优秀博士成长故事——孟翔:轨道交通氢能动力系统的相关研究
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优秀博士成长故事——孟翔:轨道交通氢能动力系统的相关研究

2022-12-13

  我叫孟翔,现为西南交通大学电气工程专业博士生。西南交通大学是一所以轨道交通见长的高等院校,十年前我机缘巧合地考入其中,一入学便被学校到处充满着的铁路气息所深深吸引,自此便决定投入我国铁路事业的建设发展中来。2016年我有幸加入学院陈维荣教授领导的轨道交通新能源技术研究团队。多年来一直坚定地跟随导师李奇教授开展轨道交通新型供电技术——氢能动力系统的相关研究,为我国铁路事业的可持续发展贡献自己微弱的力量。

  铁路是支撑我国国民经济发展的重要支柱。但随着经济的发展,大规模客运及货运给国家带来了严重的能源消耗和环境污染问题。尤其在“双碳”目标提出后,铁路系统正面临着巨大的节能减排压力。在这一背景下,氢能动力系统受到了广泛的关注。2008年,我所在团队的学术带头人陈维荣教授率先在国内提出并引领开展了轨道交通机车氢能动力系统的研究工作。经过十余年的研究,团队相继开发出了中国首辆氢燃料电池电动机车、世界首列氢燃料电池混合动力有轨电车等。在参与上述项目并深入实践的过程中,我逐渐意识到轨道交通氢能动力系统的复杂性。首先,轨道交通机车的负载功率往往较高,甚至可达到数兆瓦以上,因此必须要采用多堆燃料电池系统作为系统的主动力源,而多堆系统又具有电、热、氢等多能流耦合、多时间尺度、强非线性等复杂特性。另一方面,轨道交通机车也具有载荷冲击性强、运行工况复杂多变、运行环境恶劣的运行特性。上述特性共同作用,使得轨道交通氢能动力系统当前主要存在着可靠性差、能效水平低、服役寿命短三个严峻的问题,阻碍着氢能轨道交通的进一步应用落地。

  而在我心中,一直坚定地认为氢能轨道交通是实现铁路用能清洁化的重要技术路径之一。基于上述技术瓶颈,我大量查阅了相关国外先进资料,通过走进现场、与技术人员交流等方式,深入分析了氢能轨道交通机车的实际需求与问题。最终,综合多年来所掌握的理论知识,近年来终于在相关领域获得了一些创新性成果,包括:第一:提出了多堆燃料电池堆间健康状态趋同分布式控制方法,提升了系统在复杂运行环境下的可靠性,延长了多堆系统整体使用寿命,使系统在故障及故障修复后可“即插即用”;第二:提出了兼顾燃料经济性与动力源耐久性的燃料电池混合动力系统能量管理方法,在提升混合动力系统能效水平和使用寿命的同时,进一步结合随机动态系统优化理论,实现了在实际复杂多变运行环境下的各动力源最佳出力配合。第三:提出了氢能轨道交通机车“源-荷”协同节能运行方法,通过探索电机-混合动力系统的制约、交互关系,实现了氢能源机车的可靠牵引控制及再生制动能量的最大化回收利用,降低了整车运行的氢气消耗。

  通过对上述科研工作进行提炼,我在团队的支持和导师的指导下,目前已以第一作者/通讯作者身份发表SCI/EI论文7篇,其中一区TOP期刊论文3篇;以第一发明人授权发明专利4项;参加国际学术会议并作口头报告3次。基于以上成果,我还有幸获得了国家奖学金2次,西南交通大学学生最高荣誉“竢实扬华”奖章1次。基于上述创新成果的创新创业项目,也获得了中国大学生“互联网+”创新创业大赛国家级铜奖1项,省级金奖2项。

  铁路“双碳”进程征程漫漫,我作为科研新人的摸索成长之路也刚刚起步。能够有机会将个人的进步成长与国家战略结合起来,我感到非常自豪、荣幸!日后,我还将继续投身于伟大的铁路事业中,踏实肯干,求是创新,为建设交通强国,早日实现铁路“双碳”目标而不懈努力!

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