轨道交通车辆氢燃料电池系统故障分析与维保研究.pdfVIP

第48卷第2期Vol.48No.2

2025年3月20日Mar.20th，2025

◆运用维保◆DOI:10.16212/ki.1672-1187.2025.02.025

轨道交通车辆氢燃料电池系统

故障分析与维保研究

付建军，张东涛，谢庄佑，马孝楠，焦 龙，李雯珺

（国能新朔铁路有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

摘 要：针对氢燃料电池系统在轨道交通运营场景下的应用与维护，文章采用故障树分析法对某调车

机车氢燃料电池系统故障进行了定量分析，基于失效机理与运行故障记录，识别出膜电极、空压机、汽水

分离器、氢气循环泵及水泵等为氢燃料电池系统中故障概率较高的关键部件，并提出针对性维保措施。

关键词：轨道交通；氢燃料电池系统；故障树分析；维保措施

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中图分类号：U260.93；TM911.4 文献标识码：B 文章编号：1672-1187（2025）02-0133-05

种故障模式的最小割集和系统可靠性的薄弱环节。

1 概述

然而，当前故障诊断研究多聚焦于整车层面参数监

在全球能源结构转型与“双碳”战略目标的双测，既有文献中涉及氢燃料电池系统的研究也多局

重驱动下，氢能凭借其能量密度高、终端零碳排放限于单一子系统，且未提及维保措施。

的显著优势，已成为可再生能源规模化应用的重要针对上述研究缺口，本文选取某调车机车氢燃

载体。截至2023年底，全球已有包括中国在内的料电池系统为研究对象，通过故障树分析法对其热

50余个国家和地区发布国家级氢能发展战略[1-3]。管理系统、氢气系统、空气系统和电气系统在应用

在轨道交通领域，氢燃料电池系统通过电化学反应中的常见故障进行分析，并针对性地提出相关维保

实现化学能—电能高效转化，可替代传统接触网供措施，以提升氢燃料电池系统耐久性、保障整车安

电，显著降低线路建设成本，并具有高效率、无污全运行。

染、低噪声等优势，具有很强的环境兼容性。目前，

[4-6]2 氢燃料电池系统原理及参数

氢能源轨道交通已经被广泛研究和应用。

在轨道交通运营场景中，氢燃料电池车辆的安氢燃料电池系统基于质子交换膜燃料电池技

全运行需构建多维安全防护体系，其中整车系统的术，通过电化学反应实现氢气化学能至电能的转化，

故障诊断与维护保障技术尤为关键。张波[7]系统探系统原理简图如图1所示。氢燃料电池系统搭配动

讨了故障预测与健康管理（PHM）技术在轨道交通力电池组成混合动力系统，已成功应用于某调车机

装备领域应用的主要技术难点和优势。赵娟娟[8]基车上。该调车机车是国内首台2400kW大功率氢能

于深度信念网络（DBN）与支持向量机（SVM）构源机车，具有氢燃料供电、锂电池供电、混合动力

建了混合诊断模型，实证研究表明DBN算法对有供电多种供电模式，可以满足不同牵引运用需求，

轨电车燃料电池系统的多源异构故障数据具有更高实现了绿色环保低碳运营。

识别精度。明宏等[9]通过故障树分析法（FTA）对调车机车的氢