摘 要：混合動(dòng)力動(dòng)車組突破傳統(tǒng)的內(nèi)燃動(dòng)力動(dòng)車組和電動(dòng)動(dòng)力動(dòng)車組模式，采用混合動(dòng)力的模式，是一種新型的動(dòng)車組產(chǎn)品，在我國支線鐵路等重點(diǎn)區(qū)域有著廣闊的應(yīng)用前景，本文結(jié)合我國混合動(dòng)力動(dòng)車組的市場需求分析，提出混合動(dòng)力動(dòng)車組的概念，重點(diǎn)分析混合動(dòng)力動(dòng)車組需要解決的關(guān)鍵技術(shù)；對我國譜系化動(dòng)車組技術(shù)發(fā)展方向具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力動(dòng)車組；混合動(dòng)力；關(guān)鍵技術(shù)

1 引言

混合動(dòng)力動(dòng)車組是一種滿足市域中短距離鐵路運(yùn)輸需要而提出的新型動(dòng)車組，對于彌補(bǔ)當(dāng)前鐵路運(yùn)輸?shù)牟蛔悖浞职l(fā)揮鐵路運(yùn)輸節(jié)能、環(huán)保、高效等特點(diǎn)具有非常重要的意義。

2 混合動(dòng)力動(dòng)車組需求分析

2.1 混合動(dòng)力動(dòng)車組可實(shí)現(xiàn)電氣化與非電氣化鐵路間跨線運(yùn)行，具有大密度、小運(yùn)量、靈活編組等特點(diǎn)，有廣闊市場前景

截止2012年底，我國電氣化鐵路占全國鐵路線路的53%；根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，預(yù)計(jì)2020年，電氣化鐵路將占全國鐵路線路的60%，非電氣化鐵路仍將長期占有很大比例，例如我國東北地區(qū)一直存在電氣化線路與非電氣化線路共存的現(xiàn)狀（如圖1所示）。此外，由于我國幅員遼闊，東西、南北跨度大，而主要城市人口密度大，軌道交通的發(fā)展主要針對兩種出行人群的需求，即中長距離的較大跨度出行需求和短距離的城市內(nèi)部出行需求。而我國人口的頻繁流動(dòng)尤其是節(jié)假日人口的大規(guī)模遷移，也帶來客流的巨大反差。

當(dāng)前的鐵路列車具有僅適用單線模式、運(yùn)量大、密度較小等特點(diǎn)，面臨上述問題，無法給出合適的解決方法。如何實(shí)現(xiàn)電氣化與非電氣化鐵路之間跨線運(yùn)行，解決中短跨度間的城鎮(zhèn)化市域小運(yùn)量運(yùn)輸和客流反差問題，仍是一個(gè)亟待解決的問題。

混合動(dòng)力動(dòng)車組可以實(shí)現(xiàn)跨線運(yùn)行，運(yùn)量較小，但可根據(jù)客流變化需求進(jìn)行靈活編組，提高運(yùn)輸效率，縮短旅行時(shí)間，對于彌補(bǔ)當(dāng)前鐵路運(yùn)輸?shù)牟蛔悖浞职l(fā)揮鐵路運(yùn)輸節(jié)能、環(huán)保、高效等特點(diǎn)具有非常重要的意義，具有廣闊的市場前景。

2.2 混合動(dòng)力動(dòng)車組技術(shù)完全自主創(chuàng)新，對打破國外相關(guān)核心技術(shù)壟斷，開拓新技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義

近年來，我國的軌道交通取得了令人矚目的成績。通過不斷的引進(jìn)、消化、吸收，我國已經(jīng)具備了生產(chǎn)和制造多種動(dòng)車組的能力，諸多重要部件也逐漸實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。然而，對于動(dòng)車組中最關(guān)鍵的牽引系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)尚未完全掌握核心技術(shù)；在軌道交通大發(fā)展的需求下，通過企業(yè)、高校、研究院所的科研攻關(guān)，我國在軌道交通核心技術(shù)上已經(jīng)取得突破，積累了非常寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為獨(dú)立開展混合動(dòng)力動(dòng)車組研制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

混合動(dòng)力動(dòng)車組采用多種動(dòng)力模式，其關(guān)鍵核心技術(shù)與其他軌道交通模式具有共性和特殊性，研制具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力動(dòng)車組，重點(diǎn)攻克牽引、動(dòng)力電池組、網(wǎng)絡(luò)、制動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵核心技術(shù)，既開拓了一個(gè)全新的前沿技術(shù)領(lǐng)域，創(chuàng)造了動(dòng)車組新的技術(shù)體系，又對原有動(dòng)車組技術(shù)體系提供支撐，打破了國外對相關(guān)核心技術(shù)壟斷。

2.3 混合動(dòng)力動(dòng)車組具有節(jié)能、應(yīng)急救援等優(yōu)點(diǎn)，為綠色、經(jīng)濟(jì)出行提供了一種全新的運(yùn)輸模式

隨著國家大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗理念，綠色、節(jié)能、環(huán)保的軌道客車將擁有廣闊的市場。無接觸網(wǎng)時(shí)可通過動(dòng)力電池組吸收利用制動(dòng)能量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保，與《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中“高速軌道交通系統(tǒng)、低能耗與新能源汽車”優(yōu)先主題的規(guī)劃相吻合。還可實(shí)現(xiàn)在電氣化線路故障時(shí)自救和救援其它動(dòng)車組，也可以作為移動(dòng)電源進(jìn)行供電。

3 混合動(dòng)力動(dòng)車組關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 混合動(dòng)力動(dòng)車組系統(tǒng)集成技術(shù)研究

混合動(dòng)力動(dòng)車組系統(tǒng)集成技術(shù)是確保整車性能的重要因素，主要技術(shù)難點(diǎn)是系統(tǒng)集成和系統(tǒng)匹配，包括電力供電與蓄電池供電的牽引系統(tǒng)集成、電力供電和油電混合動(dòng)力的牽引系統(tǒng)集成、動(dòng)車組的能量管理、動(dòng)力包和蓄電池混合動(dòng)力的系統(tǒng)集成、列車牽引系統(tǒng)與制動(dòng)系統(tǒng)的集成、實(shí)現(xiàn)列車功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與其它各子系統(tǒng)間的接口關(guān)系、控制邏輯的集成等。

3.2 混合動(dòng)力動(dòng)車組牽引系統(tǒng)技術(shù)研究

混合動(dòng)力動(dòng)車組包含2套相對獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的動(dòng)力系統(tǒng)，分別為EEMU和DDMU。

對于EEMU混合動(dòng)力動(dòng)車組動(dòng)力系統(tǒng)，如圖2所示，在無接觸網(wǎng)條件下，牽引系統(tǒng)采用動(dòng)力電池供電，此時(shí)牽引變流器停止工作，動(dòng)力電池通過DC/DC控制器連接在牽引變流器的中間直流環(huán)節(jié)上，為動(dòng)車組提供能量，通過牽引逆變器驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，動(dòng)力電池組采用能量密度較高的磷酸鐵鋰電池。

對于DEMU混合動(dòng)力動(dòng)車組動(dòng)力系統(tǒng)，如圖3所示，在無接觸網(wǎng)條件下，牽引系統(tǒng)采用內(nèi)燃動(dòng)力包和動(dòng)力蓄電池混合供電方案，

（下轉(zhuǎn)第86頁）

（上接第19頁）

車頂高壓系統(tǒng)及主變壓器停止工作，牽引系統(tǒng)采用柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)（動(dòng)力包）供電，整流到中間直流環(huán)節(jié)為牽引逆變器提供電源從而驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)。DEMU同時(shí)配有動(dòng)力蓄電池組，制動(dòng)時(shí)能夠吸收電制動(dòng)能量，牽引時(shí)將吸收的電能釋放出來，實(shí)現(xiàn)真正意義的能量回收再利用。

3.3 混合動(dòng)力動(dòng)車組動(dòng)力電池組及充放電技術(shù)研究

動(dòng)力電池的關(guān)鍵技術(shù)包括：電池建模及在線參數(shù)辨識技術(shù)、電池SOC估算方法的優(yōu)化、電池SOH的評估體系、充放電功率預(yù)測與控制、電池的一致性評價(jià)體系及均衡策略、電池系統(tǒng)的多簇協(xié)調(diào)控制；電池系統(tǒng)的加熱、保溫和散熱方法，電池模組和電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，開發(fā)與之匹配的電池模組；電池本體、高壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、連接技術(shù)等方面的安全性分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.4 混合動(dòng)力動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)研究

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括：針對混合動(dòng)力動(dòng)車組技術(shù)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)方面的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率、帶寬占用率及優(yōu)化算法，硬件方面的元器件選型、布局，軟件方面的整車控制邏輯與診斷等關(guān)鍵技術(shù)的仿真試驗(yàn)、功能驗(yàn)證、安全性評估和特定故障工況復(fù)現(xiàn)。

混合動(dòng)力動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制、監(jiān)測與診斷系統(tǒng)采用的TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)和WTB列車總線，構(gòu)成列車級、MVB多功能總線構(gòu)成車輛級和設(shè)備級三層結(jié)構(gòu)。混合動(dòng)力動(dòng)車組采用3輛車固定編組，可采用相同的三列動(dòng)車組聯(lián)掛后進(jìn)行重聯(lián)運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖4。

3.5 混合動(dòng)力動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)研究

制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：研究適用于混合動(dòng)力動(dòng)車組制動(dòng)頻繁、減速度大、負(fù)荷變化大等特點(diǎn)的大功率盤形制動(dòng)技術(shù)、優(yōu)化的制動(dòng)控制技術(shù)、防滑控制技術(shù)、完善的故障診斷技術(shù)和安全保障技術(shù)，開發(fā)出滿足上述要求的大功率盤形制動(dòng)裝置、制動(dòng)控制裝置、防滑控制裝置和故障診斷系統(tǒng)。

混合動(dòng)力動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)以既有產(chǎn)品技術(shù)平臺為基礎(chǔ)，采用電空直通制動(dòng)系統(tǒng)，基于故障導(dǎo)向安全原則，采用模塊化、簡統(tǒng)化設(shè)計(jì)，制動(dòng)控制系統(tǒng)圖見圖5。

4 小結(jié)

我國幅員遼闊，呈現(xiàn)不同地域、不同氣候、不平衡經(jīng)濟(jì)等多種狀況，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國民素質(zhì)和生活追求質(zhì)量等提高，對高速動(dòng)車組的個(gè)性化、多樣化需求增大；混合動(dòng)力動(dòng)車組是適應(yīng)我國鐵路現(xiàn)狀需求的新型產(chǎn)品，與國內(nèi)現(xiàn)有動(dòng)車組相比具有跨線運(yùn)行的能力，混合動(dòng)力動(dòng)車組關(guān)鍵技術(shù)研究為研究成熟的動(dòng)車組產(chǎn)品提供了技術(shù)保證；預(yù)計(jì)未來十年內(nèi)將需要數(shù)百列的混合動(dòng)力動(dòng)車組，因此具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化前景。

作者簡介：尹華 （1982—），男，內(nèi)蒙古赤峰市，工程師。