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大连所开发轨道交通装备用混合动力包

来源: 2022-04-21

党的十八届五中全会提出五大发展理念:“创新、协调、绿色、开放、共享”。习总书记在十九大报告中指出“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策”,以及“双碳”战略的实施,都表明轨道交通未来的发展方向。同时随着欧洲排放法规越来越严格,中国中车适应国家“一带一路”走出去战略,进入欧洲发达国家市场,需要满足节能环保需求的新一代轨道交通装备用动力系统产品。

大连所秉承“低碳、环保、高效、绿色、智能”的发展理念,紧跟“双碳”及“一带一路”走出去战略,研究动车组混合动力驱动机理及集成技术和控制策略,开发满足新一代轨道交通装备用动力传动系统集成产品-混合动力包。

混合动力包由柴油机、行星传动能量耦合装置、高速永磁电机、变速箱、冷却及热管理系统、牵引逆变器、辅助逆变器、动力电池、高压转接柜、超级电容启动箱、电气控制箱等组成。满足动车组牵引的同时为车辆提供辅助供电,能够实现纯柴油机驱动、纯电驱动、混合驱动、制动能量回收及行车充电等5种工作模式。

大连所致力于新技术的不断探索,攻克混动集成、混合传动装置、能量管理、高速永磁电机、冷却及热管理等关键技术难关。根据混合动力系统中各关键部件性能特征,研究混合传动系统各工作模式节油机理,探索各工作模式条件下系统瞬态能耗最低的各关键部件的协调控制方法,以及各工作模式切换过程中的系统冲击与噪声最佳的动态协调控制方法,形成典型运行线路条件下系统油耗最低的能量管理策略技术。同时开展混动系统关键特征参数匹配与优化技术及关键零部件的动态设计可靠性评价技术研究,形成基于行星齿轮、离合器等组成的多动力源、多自由度混合传动能量耦合装置。

混合动力包创新采用机械传动方式,整车传动效率最高达92%;与串联式混合动力相比,高度集成化的动力传动系统设计为整车减少牵引电机、牵引变流器的设备,每个动力单元将为整车减轻重量约4t;双电机+柴油机的三动力源配合行星传动,可以调节柴油机工作在高效区间,实现串联驱动或者并联驱动,确保能量最优化。同等线路条件下与同等功率柴油机内燃动力包相比较:燃油消耗减少30%,二氧化碳排放减少25%,氮氧化物排放减少70%,颗粒物排放减少90%,加速度提升10%,旅行时间优化20%,敏感区域噪声降低20dB。满足动车组起动加速、高速巡航、制动储能、以及通过城市、车站、隧道、地下等需要消除排放和噪声污染的特殊区间的要求,达到低排放、低油耗、低噪声的节能降耗、绿色环保、智能的目标。为实现“双碳”目标提供有力支撑。

大连所致力于更优化的能量管理,提供基于现代化信息数据传输手段的大数据全寿命周期维保及故障预警处理方案。动力包集成远程数据采集、GPS/BDS等位置检测手段,识别位置信息并通过对预置线路图谱仿真分析精准控制车辆,最大化减少能量消耗,通过4G/5G等传输手段将动力包实时数据传输至地面服务器,配合数据挖掘及分析,实现远程故障预警及维修指导。

混合动力包内燃动力和动力电池可以实现无电网线路使用,既有线路稍加改造或未经改造就可以实现动车组的线路运行,大大降低前期的建设成本。速度等级覆盖80-200km/h,多个动力源并联快速牵引力输出,提升车辆的加速性能。满足城际铁路、市域铁路快速启动、快速站停的需求,同时市域铁路、城际铁路的站间距也更利于混合动力包制动能量的回收。从地下到地上,从支线到干线,无论严寒还是酷暑,无论冻雨还是冰雪,基于混合动力包的动车组都将驰骋于两根铁轨之间。

更高的系统可靠性和更低的全寿命周期维护成本。柴油机和电机并联输出,互不影响。三动力源的配置保证了系统冗余牵引能力,提高列车的出勤率。与内燃电传动动车组相比,混合动力包将牵引逆变器和牵引电机集成到动力包内部,整体修程不变,但电机等电气系统更便于拆卸,功率和体积更小,逆变器的重量小于14kg,高速永磁电机重量小于140kg,120万公里大修成本更低,电气系统维修成本将节约维修的60%以上。分布式电气控制系统,整体式更换维修提升作业效率。

模块化、集成化及智能化的机电液一体化系统为整车提供更加低碳、环保的智能化牵引及辅助系统解决方案。动力系统整体更换的设计理念可实现2小时内完成动力系统更换,满足动车组车辆出勤率99%以上。

目前大连所混合动力包项目已进入样机试制投产阶段,混合动力包以其优越的性能表现、灵活性和绿色环保的特点将广泛适用于城际铁路、市域铁路、既有干线铁路改造、“一带一路”走出去及既有内燃动车组的升级改造,为中国中车“一核三极多点”战略,为国家“双碳”目标贡献力量。