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中车唐山李明:燃料电池轨道车辆及能效提升技术

2019-04-22 00:00:00


备受业内瞩目的“2019第四届中国国际锂电暨电动汽车技术发展高峰论坛”于4月17日-18日如期而至,在上海大华虹桥假日酒店隆重召开。本次大会由第一锂电网,电动出行网,中国充电桩网,锂电百人会,贺励博览集团联合主办。汇聚了800余位来自国内相关政府领导、协会领导、院校专家学者、新能源汽车、动力电池、氢燃料、固态电池、充电桩、研究机构、投资机构、行业媒体等专家领导与行业高管,人士出席。论坛同期举办:2019第四届中国国际电动汽车充换电产业大会、2019中国锂电池行业十大品牌评选活动、2019中国十大充换电品牌评选及颁奖典礼。

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中车唐山李明 首席专家

李明:各位嘉宾大家上午好,我来自轨道交通行业,来这里也是向大家学习,想分享一些问题请教大家。我参与了雄安新区的轨道系统的方案研究工作,发现汽车行业和轨道交通行业都是交通系统里面的一部分,我们有很多技术可以分享。我们公司可以研制的车辆包括所有的铁轨上的车,甚至基于汽车技术的轨道车辆。我们公司也从11年开始研究锂电池、超级电容等新能源技术,在这些年里面,我们也推出了一些储能式的混合电力电车,我在这里想跟大家分享一下我们的第二代车,燃料电池/超级电容混合动力驱动的有轨电车。

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分以下三个部分,大家也知道城市的问题就是交通拥堵和环境污染,在欧洲、日本还有我们国家都提出了一些取消燃油车的概念性政策和规划,同时我们在新能源轨道交通方面,现在在广州、苏州、淮安等11个城市都已经有了储能式和燃料电池的线路及运营车辆。在基础建设方面,我们的大功率轨道车辆用的充电桩,还有加氢站,都在大量建设中。这两年也推出了一些新概念的基础设施建设方式,比如说油氢加油电的方式。尤其是两会以后,国家专门要成立关于加氢基础设施建设的主管部门,以便于我们行业的推动工作。

在轨道交通方面,可能大家涉及不多,简单给大家分享一下。绿色、节能、环保、大运量是我们的特点,我们对比分析过各种大巴车和三节以上的轨道车辆的能耗分析情况,发现更高载客量的列车,其能耗更低,这是我们推广的一个很重要的优势。在城市轨道交通方面,大家都坐过地铁、轻轨,有轨电车,还有一些新的方式,比如说上海的磁浮,还有清远,北京、长沙的。还有其他的各种各样的,我们跟清华大学交通学院的老师也是合作了很多。这几年我们国内在南北方各个城市都涌现出了很多轨道车辆的定单,用的主要是超级电能,也有部分用动力电池,我们公司用的是超级电容,充分利用储能电池的高能量密度的特性,实现较长的里程。现在发现,如果我们每到一站建立充电桩,我们的机电成本,包括土建改造代价很大。包括国家的轨道交通重点专项,也在考虑研发更高能量密度,和更高密度的储能,有不同的设备同时可以提升我们车辆的里程,也可以提高我们车辆的充电桩性能,这样我好几十吨的车,在上车的时候可以把我的电量大量的回馈到我的系统里面,提高我们整车的能效。因此我们认为,像这种车,也就是我们轨道车辆,在城市领域用的话,它的发展趋势首先就是全程无网,欧洲很多国家,尤其瑞士这些发达国家,还有德国科隆,密密麻麻的全是电网,对城市景观影响特别大。如果能实现站间,或者全线没有网,会是对城市景观很好的一个保持。这几天大家看到巴黎那边的事,如果我们建设的这些交通方式对我们城市环境影响越小,这样跟我们的人类社会未来的发展应该是更加的协调的。同时我们还要研究从根源上污染物0排放,以及高能量回收,能量综合利用和整车能效提升的方案。在国内外我们轨道交通车辆上采用了多种无网运行的攻坚技术,包括第三轨,其实是有接触的,是通过车下接触实现的。还有电池感应式的轨道车辆,就像现在我们手机也有无线充电的,那是静态的,我们车辆要在动态运行时,通过切割磁感线的方式为我们的车辆提供电能。我们也是有车辆正在研发,已经做到第二代了,现在相对比较成熟,而且越来越应用比较多的就是储能式的有轨电车。

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因为我们跟小汽车不一样,动辄60吨,比我们的小汽车大很多。所以我们配备的储能系统,不管是超级电容,还是动力电池,对它的功率和能量都要求很高。我们目前在国内运行的车也是保守一点,就是5公里左右续驶里程,还是要频繁的进站。因此我们后续研发了第二代燃料电池混合动力有轨电车。该项目也得到了科技部的经费支持。

正因为我们得到了国家科技部的支持,我们也在国内外的会议上进行了宣讲以后,后来欧洲和日本、韩国等都已经逐渐的开始了他们新能源电池的研究计划。比如说国外的西门子和阿尔斯通,他们为多个城市都提供了新能源电池和有轨电车的方案,英国、奥地利、韩国,尤其是德国他们都开始了运行。在我们国内,尤其是中车,在轨道交通方面,我们和工业研究院都已经推出了车辆,甚至是轨道交通用的燃料电池系统。我们公司从11年开始研究新能源轨道车辆,第一代基于超级电容和动力电池,两种能源互相弥补缺点,发挥自己的优点,可以实现至少5公里续驶里程,优化版可以实现10公里。我们的轨道车辆大家也知道,因为是在铁轨上走的,比汽车循规蹈矩,相对比较简单,对我们的混合动力系统和寿命的保持,和能效的提升还是有很大的帮助。在此基础上,我们依托这几年来新能源电池及配套技术的发展,开发了我们的新燃料电池超级电容的混合有轨道电车,,里程可以到60公里。

第二部分给大家讲一下我们的第二代氢燃料电池,我们公司可以生产轨道上跑过的所有车,包括高铁,和谐号、复兴号,以及城轨,包括不锈钢的车体等等。也分了好几个阶段,尤其是08年到现在,我们公司的产品得到了快速的发展。我们的产品速度等级可以从40~400公里,目前正在研发时速600~800公里的轨道车辆。这个车我们是依托我们出口土耳其的轨道车辆的平台开发的,它是自主知识产权,从16年到现在,我们先后完成了验证、运行以及各种升级改造工作。从技术原理上来说,这个氢燃料电池,就是我们身边的氢气,还有我们空气中大量存在的氧气。它的反应效率远远高于内燃机的效率,因此我们认为是城市有轨电车的新能源。我们现在是三编组的配置,两边是动车带电机的,还有一个拖车。我们制订了一系列的技术指标,进行了大量关于氢系统、整车能效方面的关键技术研究。这是我们的第一代方案,包括两套燃料电池,相对我们各位看到的不一样,小汽车往往就是一堆,冗余性比较低,我们这个是两套,如果有一套出现问题,另外一套还是可以正常运行。我们的储氢罐,还有一些提升。

我们跟小汽车不一样,是多套的储能系统,是一个集群的解决方案,因此我们要对它进行控制,这样我们自主开发的能量控制器,相对国外的其他方案,我们的能效可以提升好几个百分点。同时大家可能也听说过氢的安全性的问题,我们在车内还有这些系统都布置了大量的氢泄露的传感器,保障我们的安全。同时在系统里面,我们也有很多的相关措施,包括防过压、过温等等一系列的措施。包括用了一些钛酸锂电池,充分利用我们的材料,以及车内的空调功能,实现整个的储能装置的均衡控制和安全控制。同时我们把整车进行了庖丁解牛,从各个系统上技术节能的一些优化设计。在16年的时候完成了各种第三方的检测,具备在线运行的条件。在17年10月份,我们开始在唐山市一个上百年的铁路公园的工业旅游线路上开始持续的运行载客。

第三部分就是一些展望,我们公司还有一些后续的研究计划,包括已经开发完的真正意义上的轨道车辆,大家可以看到这个数据,我们现在准备面向欧洲,还有国内张家口等地进行推广。它的尺寸、重量、寿命和成本方面都有很大的提高,想借这个平台向在座的各位请教一下,有没有一些资源可以帮到我们。我这个系统的出水是70多度,有280千瓦左右的散热量,我调研过可以用这些热量给我们的整车进行供暖,我们已经做到了,但是如果用这些热水给我们的车辆发电,或者形成一些制冷效应,这样可以更多的提升我们的整车能效,同时把我们车辆上很庞大的散热器取消掉,如果可以做到这个,将是一个非常大的提升。这是我的第二代方案,可以看到我们的第二代方案储氢罐可以实现空间的翻倍,相当于我可以做到以前的4倍,可以做到200公里左右的里程,一次十几分钟就可以满足。这就是我们正在向欧洲推介的一个可以到1000公里的方案,基本满足一天的运行。在储氢系统散热器等等方面我们都要做相应的优化设计,同时我们在地铁还有高铁上,都已经不断的涌现出这种需求。之前用储能系统做备用电源,以满足它在故障情况下的运行能力。我们在考虑如果把电池和燃料电池比起来,可以实现一个更高效的方案。燃料电池不是替代动力电池,是一个互相补缺合作,发挥更大能效的解决方案。同时我们公司也正在考虑跟相关产业链进行合作,拓展我们的整车集成,和成本控制领域。在用氢方面,我们有很多种,包括最近跟包头在沟通,各种方案制氢,帮我们解决用氢成本的问题。我们现在遇到了很多政府以及基地,他们都在考虑把汽车、轨道车辆和我们的家庭用氢综合示范工作建立起来,如果大家有兴趣可以一起探讨,谢谢大家!
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