动力电池组液冷结构优化设计及散热性能分析

电动汽车中传统液体冷却的动力电池组由于结构设计缺陷,导致电池包间的温度差异较大.本文对传统电池组中的液冷结构进行改进和优化,提出了一种新型动力电池组液冷结构,并通过计算流体力学分析软件FLOEFD对两种动力电池液冷板系统分别进行流场分析和热力学仿真.结果表明:优化后的电池组液冷板结构改善了温差较大问题,实现了电池包间的温度均匀性.     

圆柱18650锂离子动力电池放电及温度特性

能耗和环境问题促使电动汽车快速发展,锂离子电池在电动汽车储能系统中具有重要的作用。锂离子动力电池的特性与环境温度紧密相关,倍率放电容量特性、荷电状态-开路电压曲线是反映电池基本性能的重要特性指标,也是电池管理系统设计需要参考的重要参数。该文对圆柱18650三元锂离子动力电池进行了相关的性能试验,研究了单体和电池组开路电压变化规律、不同放电倍率下的电池容量和不同温度下的电池容量,为荷电状态估算方法的研究及电池管理系统设计积累了数据。     

不同温度下三元锂电池自放电量预测方法

针对三元锂电池自放电行为难以避免、直接检测不便及成组后影响电池组不一致性等问题,提出以温度-放电电压为输入,结合拟合参数预测三元锂电池自放电量。设定实验温度,对电芯进行实验并记录对应温度下电压和放电量的数据。基于实验数据,利用正弦曲线拟合处理同一温度下的电压和放电量数据,得到相关参数;利用傅里叶函数对7种温度和各相关参数进行拟合,结合2种算法提升其自放电量的预测精度。结果表明:正弦曲线拟合对电压和放电量的拟合精度在0.988 8以上,傅里叶拟合对相关参数与温度的拟合优度在0.87以上。所提预测方法的精度能达到0.85以上,预测精度较高,缩短了检测时间,对检测电池自身缺陷及延长电池组使用寿命具有重要的现实意义。     

混合动力汽车电池管理系统的均衡策略研究

电池组的均衡技术是电池管理系统(BMS)的最关键技术之一。均衡技术可以大大减小电池组中各单体电池之间的差异,有效防止过充电和过放电,维持电池组的平衡,从而延长电池组的使用寿命,也极大地提高电池的使用效率。首先选择了电池均衡的判断标准,列举了无损和有损均衡的利弊,并着重分析了基于电感、电容、变压器等无损均衡方案,选择基于变压器的无损均衡,设计均衡电路与均衡控制策略,通过试验论证方案可行性,极大改善电池组各单体电池的不一致性。     

碱锰电池的小电流恒阻放电特性

碱锰电池放电特性的现有研究工作,忽略了低功耗设备的工作电流范围。基于这一现状,通过实际测量研究了碱锰电池的小电流放电特性。结果表明,小电流放电特性与大电流放电特性有着显著的区别:小电流放电的电压-时间关系曲线虽然变化较慢,但电压波动较大。这说明在小电流放电过程中,松弛效应并不只在放电停止时出现,在放电过程中也会出现。在电压进入0. 7～0. 8 V之前,放电量变化较快。电压越接近0. 7～0. 8 V,电池利用越充分。然而,现有低功耗设备的截止电压较高,仅能利用电池容量的15%～30%。为了实现电池容量的充分利用,需要降低设备的截止电压或改变电池的连接方式。     

基于正交试验法的COB LED散热器优化设计

结温过高会影响寿命与可靠性,为了降低芯片温度,设计了一款带凹槽的半球型散热器。首先通过实验对模拟 仿真结果进行对比,验证了ANSYS Workbench稳态热分析模块模拟仿真的合理性,然后采用正交试验法对半球型散热器进行模拟优化设计,从翅片高度、翅片个 数、凹槽深度和翅片厚度4个方面考察了半球型散热器尺寸参数对COB LED芯片最高温度的影响,得到了一个散热效率最优的结果。优化后芯片最高温度降低到 63.705 ℃。优化后散热器体积小于太阳花型和翅型散热器,而散热效果在3者中最好。     

内阻取值方式对锂电池热模型精度的影响

采用恒定法及动态法对单体三元锂离子电池热模型中内阻参数的取值进行研究。建立了电池三维热模型,分析了不同内阻取值方式对锂离子电池热模型精度的影响,通过Ansys workbench中的瞬态热分析模块对25℃下不同倍率放电时的电池温升情况进行建模仿真,并与实验结果进行对比。结果表明:取动态内阻的热模型仿真曲线相对于恒定内阻仿真曲线的精度明显更高,在1C、2C、3C放电倍率下,仿真曲线与实测曲线的最大偏差分别为0.43、0.52、0.97℃,平均偏差分别为0.20、0.15、0.49℃。     

熵热系数取值方式对锂离子电池热模型精度的影响

为了提高锂离子电池热模型的生热仿真计算精度,研究了熵热系数取值方式对三元锂离子电池热模型精度的影响。在所建立方形电池的三维热物理模型的基础上,考虑到三元电池熵热系数的非平滑变化规律,提出了电池熵热系数的分段式表征模型。通过仿真、实验分析研究了所提新模型与传统熵热系数取值方式在常温(25℃)自然对流、不同放电倍率条件下的电池温升,结果表明:采用变熵热系数的热模型精度高于传统定熵热系数热模型,其在1C、1.5C、2C放电倍率下的仿真曲线最大误差和均方根误差均明显小于后者,其最大误差在所进行实验中均在1℃之内。     

虚火花放电初始过程的PIC模拟

比较了两种计算气体放电的模型——流体模型和PIC模型。利用PIC方法对虚火花放电初始放电过程进行了计算机模拟,揭示了三个放电阶段电离增长的特点。对不同的气压和阴极孔径下虚阳极的形成时间和传播速度进行了模拟计算。较高的气压和较大的阴极孔径能够加速虚阳极的形成,并加快向空心阴极扩展速度。研究了较高气压和低气压下空心阴极效应在形成虚阳极过程中的作用。在低气压下,空心阴极效应在起始放电过程中具有重要作用。     

大规模电动汽车应用对城市电网负荷特性影响研究

本文选取了三个典型试点城市,对电动乘用车充换电行为建立仿真模型,计算交流慢充、直流快充和电池更换等3种电能供给方式下,电动汽车占比达到当前机动车保有量4%、10%和20%时,电动汽车充电负荷特性,分析对电网负荷的影响。     

电动汽车动力电池箱模态分析及结构优化

为解决某型电动汽车电池箱在行驶中发生共振的问题,课题组对该动力电池箱进行有限元建模与模态分析,求解出动力电池箱的模态频率和振型;求解结果与模态试验结果对比分析,验证了有限元模态仿真是准确的。为避免车轮不平衡激励而产生的共振,课题组提出了3种电池箱结构优化方案。仿真分析表明,更改底板材料和增加纵梁结构的方案既实现了结构轻量化,又避免了因路面不平度对动力电池箱产生的共振。该研究为动力电池箱结构的设计与结构优化提供了参考。     

中国电动汽车产业发展现状、问题与未来

为推动中国电动汽车产业与技术的进一步发展,对“十五”到“十三五”期间中国电动汽车的发展历程进行回顾,对20年来中国电动汽车整车技术、动力电池技术、驱动电机技术与燃料电池技术等方面所取得的研究进展进行总结,从产业总体概况、动力电池、驱动电机、充电基础设施以及燃料电池产业等方面分析当前中国电动汽车产业发展现状。研究认为,中国电动汽车产业发展态势良好,在整车及关键零部件方面都培育出一批具有集聚效应的龙头企业,电动汽车产业链已初具规模,但仍存在大而不强的风险,关键核心技术与国际水平具有一定差距;国家应加强政策引导,大力推动核心技术发展,提升现有电池的能量密度,超前部署新型动力电池的研发,并优化电动汽车发展的相关激励政策,制定动力电池和电动汽车残值评估、梯次利用及回收等相关标准和规范,进一步挖掘和探索新型商业模式,建立电动汽车推广与交通体系建设、能源体系升级以及出行结构优化等多领域融合互动的协同发展机制。     

电动汽车自动变速器设计研究

由于电池和电机技术的不成熟,电动汽车仍需利用变速器提高整车动力性和经济性。本文首先简述了常见自动变速器的结构原理和优缺点,结合电动汽车电机特性和双离合器自动变速器的优点,提出将两挡双离合器自动变速器应用于电动汽车,并着重对该自动变速器的系统结构原理及其实现过程进行介绍,并分析了该自动变速器的优点。经研究表明,两挡自动变速器具有较好的应用前景。     

纯电动汽车高速齿轮传动NVH性能优化研究

汽车进入电气时代后带来了高速传动,纯电动汽车(BEV)驱动电机的输出转速超过了10 000 r/min,随后带来的高速噪音问题也成为了行业难题,因此高速齿轮传动NVH性能优化攻关作为纯电动汽车减速器核心技术备受海内外学者和研究机构关注。借助SMT/MASTA软件对变速器设计参数进行优化与仿真分析,通过不同扭矩下的齿面接触斑点试验对软件仿真的齿面接触应力分布进行标定,优化仿真模型,通过仿真数据和优化算法求解出最佳宏观参数和微观参数的组合,零件试制完装配后进行吊装试车主观评价测试,再通过西门子LMS/NVH便携式测试仪对NVH性能优化结果进行验证。     

具有功率因数校正能力的驱动充电一体化拓扑研究

针对目前电动汽车永磁同步电机牵引系统和锂电池组充电系统相互独立的问题,提出了一种电动汽车驱动充电一体化拓扑结构。驱动模式下的电机驱动系统等效为一个三相逆变器,在充电模式下将永磁同步电机驱动模块和电机重构成锂电池组充电系统中具有功率因数校正能力的升压/降压变换器,即PFC(power factor correction capability)变换器,其中IPM(interior permanent magnet)电机绕组充当滤波电感。分析一体化拓扑驱动和充电工作状态以及IPM电机绕组在不同充电模态的数学模型、IPM电机转子位置角与电机绕组电感值的关系。采用功率控制方式,根据输入功率设定值,控制输入功率跟随输入功率设定值,使功率因数达到1。仿真及实验结果表明:本文所提出的一体化拓扑结构及控制策略在充电过程中具有良好的功率因数校正能力。     

热失控状态气液两相的锂离子电池建模及修正方法研究

锂离子电池在应用过程中因滥用而发生热失控现象,导致电池内部产生大量气体,传统的固液两相模型难以准确描述热失控机理。针对以上问题,以18650电池组为研究对象,构建气液两相的锂离子电池模组的电化学-热耦合模型,研究了热失控气体对锂离子电池内部应力、温度、电解液浓度的影响规律,同时利用COMSOL Multiphysics 5.5软件进行了有效性验证和理论模型修正。研究结果表明,锂离子电池热失控气体对电池内部应力、温度、电解液浓度有着明显的正反馈影响规律。内部应力的理论修正值与仿真值峰值均在相近时刻出现,且误差为0.04 MPa,计算精确率提高了80%。电池内部温度到60℃左右时发生热失控,产生的热失控气体在内部温度升高到160℃时被点燃,640 s时达到最高仿真温度,修正温度分别为177、172℃,热失控气体产生的热点现象是影响电池包内部的温度分布不均的主要原因。电解液浓度理论修正值和仿真值从1 200 mol/m³同步下降至837 mol/m³,形成气液两相流,电解液与电极材料反应和分解造成了电解液浓度降低。     

飞轮储能用永磁同步电机温度场分析

针对飞轮储能用永磁同步电机散热困难的问题,以某额定功率为300 kW、转速为10 000 r/min的永磁同步电机为研究对象,利用磁热耦合的方法,对永磁同步电机的损耗和温度场进行模拟及测试分析,研究永磁同步电机的损耗及电机热分布;利用热仿真模型,研究电机关键部件散热的影响因素。结果表明：高温主要集中于永磁体及绕组区域;减小流道宽度、增大流道数目以及增大流道圆角半径可有效提高定子散热性能;辐射率越高,永磁体散热性能越好;改进电机结构后,永磁体最高温度下降10.5%。研究结果可为永磁同步电机的设计及散热优化提供参考。     

LiMnO_2优化三元锂离子方形电池的性能研究

三元正极材料(NMC=Ni,Mn,Co)与LiMnO_2混合优化后,制备了额定容量为17. 1 A·h的方形三元锂离子电池,并对其进行了标准充放电、倍率、高低温、不同工况及老化测试。结果表明:该电池充放电平台比未经LiMnO_2优化的电池高0. 11 V,表现出优异的大倍率和高低温性能,在GB/T31484及新欧洲应力测试工况(DST)下均有良好的使用性及动态特性,并且在老化试验中展现出长的循环寿命和良好的放电平台保持特性; 1/3C倍率放电中压为3. 76 V,明显高于纯相NMC材料(3. 65 V); 0. 9 C及1. 8 C倍率下的放电容量分别为0. 3C倍率下放电容量的99. 3%及98%;在40℃及-20℃下的放电容量分别为25℃下的89. 7%及101. 0%; 1 C倍率下经过500次循环放电容量保持率高于92%。     

电脑机箱散热性能优化问题的研究

介绍了用ANSYS软件对加装在电脑机箱表面的辅助散热风扇位置进行优化设计的方法。通过实验测试了空机箱情况下表面辅助散热风扇对CPU散热性能的影响,采用ANSYS软件对相同的情况进行了仿真,由两种方法的结果对比情况验证了用该软件仿真散热性能的可行性和准确性。并对实际的完整电脑机箱风冷散热系统的散热性能进行了软件仿真,根据仿真结果给出了风扇位置的优化建议,证实了用软件仿真方法进行电脑机箱散热性能优化设计的实用性。     

汽车直流散热风扇电磁干扰测试分析与优化

用于汽车发动机或动力电机的散热风扇广泛采用有刷直流电机。由于其换向器的电流换向过程有电刷电弧,产生干扰信号,存在严重的电磁兼容,使散热风扇成为车内重要的电磁干扰源。根据国家标准GB/T 18655与欧洲标准CISPR 25,汽车零部件的电磁干扰必须受控在规定的限值内。针对一款汽车散热风扇,结合预评估测试,详细分析了其电磁干扰机理,选取合适参数进行了滤波设计,按照GB/T 18655标准测试,结果在主要干扰频点电磁干扰强度降低了35～40 dB/μV,证明了该滤波方案的有效性。所研究的电磁干扰测试分析与优化过程可应用到解决其他类似电气电子产品的电磁兼容问题。