軌道交通裝備用混合動力包構型與能量管理策略

類延磊 孔令昊 胡明輝 陳爽 孟凡杰

摘要：搭載傳統燃油動力包的內燃動車組是運行在非電氣化軌道交通中的主力機型，存在效率低、油耗高的缺點。針對這一問題，設計了一種軌道交通裝備用混合動力包的構型方案，建立了混合動力動車組的數學模型，分析了不同模式下該構型方案的運行狀態，結合整車線路運行條件，提出了一種基于動態規劃算法的能量管理策略。仿真結果表明，在該能量管理策略控制下，裝備混合動力包的動車組相較于純燃油動車組燃油經濟性提升了32.11%。

關鍵詞：軌道交通裝備；混合動力包；能量管理策略；燃油經濟性

中圖分類號：U491????????? 文獻標志碼：A?????????? 文章編號：1000-582X（2024）01-052-17

Hybrid power pack configuration and energy management strategy for rail transit equipment

LEI Yanlei1a，2， KONG Linghao2， HU Minghui1a，1b， CHEN Shuang1a， MENG Fanjie2

（1a. College of Mechanical and Vehicle Engineering; 1b.State Key Laboratory of Mechanical Transmissions， Chongqing University， Chongqing 400044， P. R. China; 2. CRRC Dalian Institute Co.， Ltd.， Dalian， Liaoning 116021， P. R. China）

Abstract： The main type of rail transit equipment used in non-electrified railways is diesel multiple units （DMUs） powered by traditional fossil fuels， which suffers from low efficiency and high fuel consumption. To address this issue， a configuration scheme for a hybrid power pack for railway equipment was designed， and a mathematical model for the hybrid locomotive was established. The operational status of this configuration scheme under different modes was investigated， and an energy management strategy based on dynamic programming algorithm was proposed， with considering the operating conditions. Simulation results demonstrate that with this energy management strategy， the fuel economy of the hybrid powertrain locomotive is improved by over 32.11% compared to that of the pure fossil fuel locomotive.

Keywords： rail transit equipment; hybrid power pack; energy management strategy; fuel economy

21世紀以來，全球各國均面臨嚴峻的能源危機問題。軌道交通作為能源消耗大戶，在節能減排方面有巨大提升空間，推行具備高運行效率、低能量消耗特性的電氣化軌道與動車組是各國應對能源危機的重要措施[1-2]。然而，受建設成本與地理環境因素限制，難以實現所有軌道線路的電氣化，工況多變的非電氣化線路仍會大量、長期存在[3-5]。傳統燃油動車組作為非電氣化軌道交通中的主力機型，受發動機特性的限制，難以高效率、低油耗運行[6-7]。為解決該問題，當務之急是開發高效節能的非電氣化軌道交通用新型動車組。

混合動力系統作為一種高效節能的動力驅動裝置，適用于非電氣化軌道交通。混合動力系統按結構形式可分為串聯式、并聯式與混聯式[8]。……