不同低温下的电动车余热回收性能

研究了余热回收技术在-10,-5,0℃下电池包加热的性能差异,并与传统加热方式进行了热管理性能和能耗的对比分析。基于国内某款商用电动车的整车热管理架构,提出了一种创新性的余热回收系统,能够显著降低热管理系统能耗。为此,基于一维热管理分析软件KULI,建立了余热回收模式下的电驱电控及电池包热管理系统模型,并建立了基于规则的控制策略,实现对散热风扇、冷却水泵、电控比例阀和四通道电磁阀的控制。仿真结果表明,在低温环境中,余热回收系统能够降低电池包用于加热自身的能耗,同时充分利用电驱电控系统产生的废热。根据仿真结果,电池包从环境温度-10,-5,0℃加热电池包到15℃,与传统加热方式热管理系统相比所消耗的能耗分别降低209.5,406.4,460.0 kJ。     

基于阻抗特性的动力电池系统电磁干扰仿真与测试

以锂离子动力电池单体为研究对象,测量不同频段下电池单体的阻抗特性以表征电池特性,并采用电气模型进行全频段阻抗特性拟合,结合电池单体及BUSBAR阻抗特性,建立整个动力电池包的电气特性模型。电驱系统是汽车上主要的电磁干扰源,在研究分析电机特性及控制策略的基础上,建立包括电驱系统在内的动力电池系统电磁干扰模型。通过仿真获取动力电池系统直流母线上的总电流变化,并与实车测试结果进行对比验证。对研究动力电池系统自身的电磁干扰及其影响机理,正确及时地发现潜在电磁干扰问题并加以解决,提高电池包系统、整车性能及增强系统运行可靠性有着重要意义。     

锂离子电池组聚类筛选低温混合预热系统建模与热分析

低温导致锂离子动力电池性能衰减加速、寿命缩减、形成锂枝晶，甚至造成内短路等严重问题，因此预热已经成为电动汽车在低温地区应用的关键问题。此外，电池单体间一致性对电池组整体性能及老化有重大影响。采用聚类分析对锂离子电池单体进行筛选成组，并提出一种附有PTC加热膜和液冷板的混合电池热管理系统，通过计算流体力学建模和数值计算对此系统在-40 ℃环境下的预热效率进行分析。结果表明：对初始方案进行优化后，经过695 s预热电池组最低温度可加热至0℃以上；此外，与纯PTC加热方法相比，电池组温度标准差可降低5.9℃。因此，此系统可在无过多功耗增长的前提下，短时间内高效地将电池组加热至工作状态，预热速度为3.56 ℃/min，且能提升温度均匀性。     

纯电动汽车动力匹配计算与仿真

针对电动汽车设计动力性能指标,从车辆动力学出发建立了驱动电机功率计算模型,给出了系统传动比、最高车速、加速时间等电动汽车动力性能采参数计算一般公式。结合开发实例进行电动汽车动力电池匹配优化,并在Matlab/Simulink下进行系统续驶里程仿真计算,仿真结果表明,系统动力特性满足整车的动力性能设计要求。     

电动轿车机电传动系统的匹配计算与仿真

研究电动轿车机电传动系统匹配计算方法. 根据整车动力性能指标要求,对电动轿车机电传动系统,包括交流感应电机、减速器、电机控制器、动力电池进行匹配计算,主要是电机及其减速器传动比的综合匹配计算,并在Matlab/Simulink下进行了系统仿真. 仿真结果表明,机电传动系统具有良好的动态转矩特性和转速特性;系统动力特性仿真结果满足整车的动力性能设计要求;电动轿车机电传动系统匹配计算方法具有可行性和有效性.     

低温环境下锂离子电池组加热系统研究

低温环境下锂离子电池的充放电性能急剧变差.文中以16节37 Ah锂离子电池组成的电池组为研究对象,设计了一套加热系统,该系统主要包括加热源电加热膜、传热介质变压器油和保温隔热层二氧化硅气凝胶板等.文中利用ANSYS软件建立了锂离子电池组加热装置的有限元模型,模拟分析了该加热系统对电池组的加热效果,并通过试验验证该加热方式的有效性及安全性.结果表明:不同低温环境下,预加热到0℃以上的时间呈线性变化趋势,在极限低温-30℃下预加热时间为35 min,在一般低温-10℃下预加热时间为12 min,加热效果明显;预加热后,电池组放电电压平台升高,较好地改善电池组的放电性能;通过油液循环或静置方式可将电池之间的温度均匀性保持在3℃以内.     

电动汽车锂离子电池低温加热方法研究

为提高锂离子动力电池的低温充放电性能,以锰酸锂80A.h电池单体为研究对象,提出了宽线金属膜的加热方法,并对电池单体进行低温充放电实验,建立电池加热模型,采用等效电池加热实验验证模型的正确性,对233K低温环境下的电池单体进行加热和放电实验.实验结果表明,采用宽线金属膜加热法可显著提高电池的低温性能.     

HEV再生制动时电池快速充电模糊控制策略

为了提高混合动力汽车(HEV)再生制动时蓄电池的充电效率,保证蓄电池的使用安全,在分析蓄电池充电过程热交换模型的基础上,建立了电池开路电压-内阻模型与充电效率间的数学关系.然后,基于马斯定律,设计了适用于HEV再生制动时电池快速充电模糊控制算法.在Mat1ab环境下搭建了闭环控制系统仿真模型,通过建模与仿真计算出HEV在不同控制策略下的电能回收率.结果表明在相同制动情况下,设计的快速充电模糊控制策略与限流充电控制策略相比,电能回收率增加了8.41％.     

电动公交客车充电站容量需求预测与仿真

以明确纯电动公交客车对充电站配电容量需求为目标,叙述了充电站电力负荷计算、预测的重要性及常用的电气负荷预测和计算方法,根据电动公交客车运行机制及动力电池充电功率需求变化特性建立了电动公交客车充电站容量需求数学模型,对影响电动公交客车充电站配电容量的因素进行了分析,仿真计算了等间隔和变间隔充电机制下充电站的配电容量需求,建立了定功率工况下电动公交客车车队的充电机制,为确定电动汽车实际充电运行机制和充电站容量需求提供了理论依据.     

某型消防车储水罐主、被动保温条件下保温性能研究

为解决低温时水罐结冰问题,保证消防车在低环境气温条件下的全天候作战能力,对某消防车水罐在被动保温和主动保温等不同条件下的保温性能进行了仿真研究并给出了仿真结果,为消防车水罐的设计提供了理论依据.     

基于 AMESim 的动力电池组并联回路水冷系统研究

针对现有风冷系统和串联回路水冷系统在降低电池组最高温度和减小单体电池间最大温差不足的问题, 提出了一种并联回路形式的水冷系统。 在分析锂离子电池生热机理的基础上, 建立电池的温度模型, 并在 AMESim(Advanced Modeling Environment for Performing Simulation)软件中搭建并联回路的电池组水冷系统, 同时 通过仿真实验与串联回路水冷系统进行散热性能对比。 其结果表明, 联回路形式的水冷系统散热效果更好, 在 维持电池组最高温度的基础上, 有效减小了单体电池间的温差, 并为进一步研究并联回路水冷系统的控制算法 打下基础。     

相变材料和液冷结合的锂离子电池热管理性能优化

相变材料因其良好的控温能力在电池热管理中得到了广泛的研究,但在高温环境和高放电倍率下,单纯依靠相变材料很难满足热管理的要求。设计了相变材料和冷却板混合的电池热管理方式并对其进行数值模拟,与采用纯相变冷却进行了对比。分析了电池间距、冷却液入口速度对电池最高温度以及相变材料液化率的影响,并对充放电循环过程进行了探究。结果表明,在高温和高放电工况下,液冷的引入解决了因相变材料完全液化导致的电池温度恶化和中间电池热量累积的问题。相比于纯相变冷却,当冷却液速度为0.5 m/s时,混合冷却可将电池的间距减小至3 mm,继续增大冷却液的速度对热管理性能提升较小。同时,液冷板的加入可以减少首次充放电循环对后续循环过程的影响,增加电池的使用寿命。     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合热管电池热管理性能研究

为了改善相变材料用于电池热管理导热率较低的问题,制备了不同含量的石蜡(paraffin, PA)-膨胀石墨(expanded graphite, EG)复合相变材料,在相变储能单元中使用PA-EG复合相变材料包裹热源并耦合热管增强其散热能力。使用方形发热源模拟高密度能量电池充放电时的发热,在不同发热功率下探究不同EG含量的PA-EG复合相变材料耦合热管的热管理性能。实验结果表明：发热功率较低时,各相变材料热管理性能相当,发热功率较高时,更高的EG含量将带来更高的导热率以及更好的热管理效果。在EG含量为5%时,PA-EG复合相变材料导热率可提高至纯石蜡的6.36倍,实验中最大降温幅度可达7.6%,相变储能单元中温差峰值为纯石蜡散热系统温差峰值的37.7%。当EG含量较低时,PA-EG复合相变材料未熔融时呈现固态,导热率呈现各向同性,但当PA熔融后,PA-EG复合相变材料总体呈现液态,出现较强的自然对流换热,将导致储能单元内温度分布不均,容易导致电池表面温度不均产生应力,因此EG含量不宜低于5%。     

基于热模型的动力电池热故障诊断系统

为提高车载动力电池热管理系统的可靠性,使电池温度维持在合理的范围内,根据镍氢电池的结构及传热学原理,建立了电池的热模型,实现了电池内部及表面温度的在线预测.通过模型预测温度与实际温度的对比,对电池温度异常状况进行在线诊断,并将诊断信息通过控制器局域网(CAN)通信传送给整车控制器,使整车及时对故障做出响应.试验结果表明,该系统能准确及时地诊断风机故障、电池剩余容量(SOC)过高及电池过充故障,有效避免了因热故障引起的电池过温.     

基于半导体制冷的动力锂电池包散热优化

为提升动力锂电池包的散热性能和能量密度,基于半导体制冷方案,提出一种多目标优化设计方法,对动力锂电池包的排布间距和半导体制冷量进行优化设计。基于建立的半导体制冷方案的热分析模型,采用拉丁超立方试验及径向基函数(radial basis function, RBF)、响应面法(response surface methodology, RSM)、Kriging代理模型方法建立最高温度、最大温差及间距体积的近似模型。以最大温差和间距体积为目标,最高温度为约束建立电池包散热优化模型,运用多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm, MOGA)进行寻优求解,并通过实验验证优化方案仿真结果的可靠性。优化后仿真结果表明：电池模组间距体积减小了32.42%,最大温差降低了13.64%,最高温度降低了0.53%,该方法显著地提升了电池包的散热性能和能量密度。     

城市电动汽车铅酸蓄电池温度的计算分析

铅酸蓄电池是电动汽车常用的供能装置之一.适合的工作温度范围是蓄电池获得最佳性能和延长使用寿命的重要因素.为了设计蓄电池热管理系统需要,建立了蓄电池生热和散热综合导致的温度变化的计算模型,设定了蓄电池一定的工作环境,以电动汽车城市驾驶循环为负载,计算并分析了不同初始条件下蓄电池的温度变化过程.结果显示,在没有加热或散热的情况下,蓄电池工作温度难以保持在合适的工作温度范围,必须为蓄电池的正常使用设计相应的热管理系统.     

基于有限元分析的动力锂离子电池生热特性研究

针对电动汽车用动力锂离子电池的热安全性问题,以某11 Ah动力锂离子电池为例,进行有限元建模分析,分别对锂离子电池单体在不同充放电倍率、不同环境温度以及不同散热条件下的发热情况进行了分析.结果表明,锂电池放电倍率越高温升越高且温度分布越不均匀,良好的散热模式有助于电池温升的抑制和提高电池的热稳定性.定量化的计算仿真结果符合实际,研究结果为该类电池的建模与仿真提供了借鉴和参考,对锂电池单体的设计优化及锂电池热管理系统的研发具有指导意义.     

插电式燃料电池车锂电池热管理系统设计

采用强制风冷的方案,对世博燃料电池插电式混合动力微型车40A.h磷酸铁锂动力电池系统进行了热管理的结构设计和性能研究.详细分析了动力蓄电池的散热需求,在此基础上,结合整车布置,完成了热管理系统的结构设计,并对设计结果进行了数值模拟.将设计方案制作成实体样品,分别在不同的环境温度下,以一定的电流工况对电池加载,测试电池系统的温升情况.最后,对世博运营过程中具有代表性的两日测试数据进行了分析.仿真计算结果、测试试验结果以及实车数据分析结果均表明,设计方案在电池系统温升控制和电池单体温度一致性控制方面都达到了预期的需求.     

车用锂电池组热流场特性数值模拟与优化设计

针对车用电池温升过高、电池组温差大的问题,开展电池包热流场分析与优化设计.根据Bernardi的生热速率方程式,建立由电池电解液、正负极柱和隔膜四部分组成的单体电池热耦合模型及成组电池传热模型;利用Fluent软件分析锂电池单体在自然对流环境下的温升特性,研究成组电池在强制对流条件下的热流场特性;通过增加导流板优化电池箱内流场结构,并评估导流板对电池组散热效率的作用.结果表明:单体锂电池在自然对流下温升明显,电池内核温度远高于正负极柱温度;电池箱进出风口位置及结构决定箱内空气的流向和成组电池的散热效果;通过对进、出风口位置的设计及增加导流板,可有效改进电池组热流场的均匀性,从而提高散热效果.     

混合电动车用MH/Ni电池组热效应仿真及应用研究

对MH/Ni电池组(结构A)的充电热效应进行了分析,采用FLUENT软件模拟的方法,研究了两种新型MH/Ni电池组结构(结构B和C)热管理的通风冷却效果.根据计算,分析了流动回流因素对温度场的影响,并提出了结构改进建议.热管理系统C型在电池组充放电试验中的结果表明:8 A充电时电池组内温度升高小于5℃,温度差异小于4℃,系统冷却效果良好.