电动汽车动力电池包结构设计分析研究进展

动力电池包是电动汽车的核心模块之一,有严格的安全性和轻量化的要求,必须通过规范的结构分析和优化来实现.简述动力电池包发展现状、总装结构设计要点以及结构设计流程,总结其结构动力学分析和温度场仿真模拟的研究进展,明确指出建立精细化有限元模型、进行温度场模拟的电池包动力学性能分析与结构优化是进一步提高电池包研发水平的重要方向...     

车载动力电池包的有限元分析及轻量化设计

为了实现动力电池包的轻量化,并避免电池包在使用时产生的频率共振问题,对动力电池包的3种典型工况进行结构强度分析及模态响应分析.采用变密度法建立了以电池包柔度最小为优化目标、单元节点位移为设计变量、电池包的刚度和模态为约束条件的优化数学模型,对电池包上盖进行形貌优化.根据优化结果对电池包进行结构改进,改进后的电池包强度、...     

计及热辐射的电动汽车电池包散热与改进研究

为研究计入外部环境热辐射因素后,电池包的布置位置对整车气动阻力和其自身散热的影响,计及高温时地面辐射和太阳辐射,采用可实现k-着湍流模型进行了CFD 数值模拟,通过实车道路实验验证仿真方案的准确性。在此基础上,对电池包前置、中置和后置的整车气动阻力进行了对比分析,以整车气动阻力最小的前置式电动汽车为研究对象,通过电池包高温工况下的温度场数值分析,提出了该布置下的电池包散热改进方案。结果表明,前置式电池包改进后,单体电池表面最高温度降幅为14.5 益,表面最低温度降幅为11.5 益,抑制了温差过大,降低了局部高温,提高了电池包的散热性能。     

空冷锂离子电池包散热特性的数值模拟研究

以36节26650型磷酸铁锂电池组成的电池包为研究对象,利用FLUENT软件对空冷电池包的散热特性进行分析,分别研究其放电倍率、环境温度、空气流速对电池包的平均温度影响和电池包内各单体电池温度偏差等问题,研究结果对电池包设计有一定的参考意义。     

改善镍氢动力电池包温度均匀性的研究

新能源汽车电池包内温度不均匀严重影响动力电池的电化学性能、循环寿命、安全性和使用可靠性,将电池包内温差控制在5℃内对上述关键技术问题的解决至关重要。文章主要通过UG软件绘制电池包三维几何模型,使用CFX软件对温度场进行仿真模拟,并通过试验进行验证。仿真结果表明,原方案中电池包内最大温差为12.7℃;优化方案1包内的最大温差为7.5℃;优化方案2的最大温差6.5℃;优化方案3最大温差4.3℃。试验结果表明,原方案最大温差为12℃;优化方案3最大温差为5℃。计算得原方案温差的试验与仿真结果相似度为94.5%,优化方案3的相似度为86%。综合考虑,优化方案3的结构设计符合要求。     

保温棉对动力电池包上盖振动响应影响仿真研究

本文利用有限元仿真前处理软件Hypermesh进行了动力电池包的建模,并进行了线性动力学随机振动分析求解,计算得出有保温棉电池包与没有保温棉电池包相比,上盖振动响应降低约10%。通过振动台台架试验,验证了电池包有保温棉和没有保温棉的情况下,上盖监测点振动响应降低约7.1%。仿真结果与试验数据较为吻合,可对电池包上盖缓振设计提供设计参考。     

基于Kriging模型多目标遗传算法的高功率动力电池包冷却性能研究

电芯温度对动力电池包性能的影响极大,为了降低某液冷型动力电池包在高倍率放电工况下的最高温度以及提升电池包的能量密度,对电池包模组进行冷却结构参数优化.首先建立了单体电芯放电发热模型和电池模组计算模型,并对电芯放电发热模型进行试验标定.接着以电芯间距和冷却液进口温度为优化变量,电池模组最高温度和体积为优化目标,最大温差、电芯间距和冷却液进口温度为约束条件,利用拉丁超立方法对优化变量进行参数化组合样本的建立,结合Kriging代理模型和多目标遗传算法对电池模组进行寻优求解,优化结果显示:相比于原始的最高温度下降了9.7％,最大温差下降了12.5％,电芯间距体积减小了7.1％.最后依照优化结果进行样件的试制并完成台架试验,优化结果与试验测试值具有良好的一致性,验证了优化方法的有效性,为提升电池包的散热性能和能量密度提供理论参考.     

车用电池包结构动力学建模及分析方法研究

汽车动力电池包多由单体电池、模组、壳体、电器联接部件及管理系统装配成整体,在变温、振动环境下完成充放电功能。其性能的可靠和安全直接决定了电动汽车的正常运行。研究复杂电池包结构的动力学建模和分析,探索其内部精细结构以及整体电池包的动力学响应,是车用电池包开发和结构、性能优化的迫切需要。提出了基于单体等效力学参数和实际接触连接条件的复杂电池包系统建模和动力学分析方法,结合电池包开发实例,建立各部分子模型并进行试验验证,通过优化算法确定最佳接触参数;对比集中质量模型、简化连接模型、接触模型的模态仿真结果,验证所建模型的有效性和精度,说明建模方法的可行性;获得了实例电池包内部关键电接触点在随机振动下的响应,发现同一振动工况下不同位置触点的加速度响应差异很大,呈现很强的不均匀性。给出了螺栓连接的电池包装配体动力学精细化建模方法和分析思路,对同类型电池包结构设计、安全性分析有实际意义。     

机械外力下动力电池包的系统安全性分析与评价

动力电池包是一个复杂系统综合体,对复杂系统而言仅考虑组件的可靠安全性并不能保证其系统的安全性,迫切需要从系统层面分析评价动力电池包的安全性。运用复杂系统安全理论结合电动汽车实际工况,提出基于整体精细化模型可量化、层次化的动力电池包系统安全性评价。保证单体锂电池模型精细化的情况下,从正碰、侧碰、振动冲击三种常见工况对动力电池包进行仿真分析,采用层次分析(AHP)和模糊综合评价(FCE)相结合的方法对影响动力电池包系统安全的关键因素指标进行综合性安全评价。结果表明动力电池包系统安全性等级较低,安全性能较差。所提方法可为动力电池包正向结构设计和系统安全改善等工作提供参考。     

某电动汽车动力电池箱随机振动仿真与试验

为保证装载在新能源汽车上的动力电池包在实际道路上运行的可靠性及安全性,需对电池包进行随机振动工况的可靠性验证。本文基于通用有限元软件ANSYS,对某动力电池汽车的动力电池箱进行随机振动工况下的仿真计算。最后通过随机振动试验对仿真分析结果进行了对比验证,保证有限元方法的正确性,得出了基于仿真分析的随机振动工况动力电池强度评估标准。     

纯电动汽车能量回馈效率特性测试分析

进行高效的能量回馈,可有效延长纯电动车辆续驶里程,而能量回馈效率受到电动机转速、制动转矩、电池组荷电状态等因素的影响。利用电动汽车动力总成性能测试试验台,测试分析电动机转速、制动转矩、电池组荷电状态及电池组温度对能量回馈效率的影响规律;讨论电动机温度对能量回馈时最大制动转矩的限制;参考实车测试数据,设定能量回馈效率特性研究工况范围,对不同电动机转速、制动转矩及电池组荷电状态下的能量回馈效率进行测试;基于实测数据构建能量回馈效率预测模型,并通过台架试验验证该模型的有效性。参考能量回馈效率模型开发控制策略,实车滑行能量回馈过程中,回收能量相对于原车控制策略提高了4.8%,这表明该模型可为高效能量回馈控制策略的制定提供参考依据。     

基于整车系统的动力电池包底部碰撞安全性试验研究

为提升电动汽车的行车安全性,揭示电动汽车车用动力电池包底部在机械滥用下的力学特征及行为特点,对电池包底部碰撞工况进行事故统计分析,设计了一种整车工况下电池包底部机械滥用的碰撞测试方案,探索电池包底部机械滥用过程中电池电压及结构等变化.结果表明:新能源汽车动力电池底部与障碍物作用过程为跳跃式接触,变形模式为锯齿波式;试验...     

基于MC9S12DP512与CAN总线的EV电池管理系统

为实现电动汽车动力电池组的实时监测与管理,采用了带MSCAN、且具有强大功能模块的嵌入式微处理器MC9S12DP512,完成了电动汽车用电池管理系统的硬件设计,并改进了CAN通讯接口电路设计,实现了对电压、电流、温度的实时精确采集.提出了基于Ah累积计量法的SOC复合估算策略.试验表明,该系统能实现对电池组荷电状态十分准确的估算.     

基于随机动态规划的混合动力履带车辆能量管理策略

混合动力履带车辆采用发动机—发电机组和电池组混合供电,必须设计满足车辆动力性和燃油经济性约束的能量管理策略。针对串联式混合动力履带车辆,提出一种基于随机动态规划的能量管理策略设计方法。以实车行驶试验数据为目标工况,将驾驶员功率需求抽象为随车速变化的马尔科夫过程。建立发动机—发电机组、电池组以及直流母线功率平衡动态模型。以目标工况中燃油消耗及电池最终荷电状态的偏差作为车辆的优化控制成本函数,建立车辆能量管理最优控制问题。采用策略迭代法求解以发动机转速、电池组荷电状态、车速和驾驶员功率需求为输入、发动机电子节气门为输出的最优控制策略。所得控制策略通过基于前向车辆模型的仿真以及行驶试验验证。结果表明,相对于原发动机多点控制策略,所得最优控制在满足目标工况同时,燃油经济性明显提高。     

ENERGY MANAGEMENT STRATEGY FOR PARALLEL HYBRID ELECTRIC VEHICLES

Energy management strategy (EMS) is the core of the real-time control algorithm of the hybrid electric vehicle (HEV). A novel EMS using the logic threshold approach with incorporation of a stand-by optimization algorithm is proposed. The aim of it is to minimize the engine fuel consumption and maintain the battery state of charge (SOC) in its operation range, while satisfying the vehicle performance and drivability requirements. The hybrid powertrain bench test is carried out to collect data of the engine, motor and battery pack, which are used in the EMS to control the powertrain. Computer simulation model of the HEV is established in the MATLAB/Simulink environment according to the bench test results. Simulation results are presented for behaviors of the engine, motor and battery. The proposed EMS is implemented for a real parallel hybrid car control system and validated by vehicle field tests.     

动力电池组的均衡控制与设计

随着能源及环保问题的日益加剧,电动汽车成为未来汽车的发展方向。然而电池技术的不成熟,特别是电池成组使用时的不一致性成为制约电动汽车发展的最大瓶颈。基于现有的锂离子电池制造水平,电池单体存在一定的差异,为了避免个别单体的过充、过放所导致的电池组提前失效,提高电池组的使用性能,应对电池组中各单体进行均衡管理和控制。描述了电池的均衡控制方法、电路设计和实现步骤,并对锂离子电池进行均衡充放电试验,结果表明该方法能有效地弥补电池的不一致性。     

电动车电池管理系统软件设计与SOC预测研究

文章针对燃料电池电动车的特点,提出了一种监测燃料电池电动车电池状态的电池管理系统的软件设计方案。该系统通过对燃料电池单体电压、温度的采集和电池包总电压、总电流的测量,实现电池荷电状态(SOC)的计算,以及与上位机、整车的通信功能。该系统提出一种新方案来提高SOC估计值的精度,采用CAN总线的分布式结构,以嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ为系统软件平台,进行多任务设计,提高了系统运行的可靠性,有利于系统功能的扩展。     

电动汽车传导性干扰的电磁兼容性研究

电动汽车产生的电磁干扰强于传统汽车,尤其是驱动系统产生的共模传导电流不但严重干扰车辆内部电子设备的整车运行,还向周围环境辐射强烈的电磁干扰。为通过减小驱动系统的共模电流,来降低电动车辆的磁场辐射强度,介绍了阻性耦合、感性耦合和容性耦合,并且给出了在电动汽车布线中减小感性耦合与容性耦合的具体措施;从电池的物理结构和电路模型入手,建立了电动汽车电池组与底盘之间的分布电容模型;着重分析了驱动系统的共模干扰源和共模干扰路径,提出了抑制共模干扰的具体办法;最后进行了电动汽车辐射强度试验。研究结果表明,通过抑制电动汽车驱动系统的共模电流,可以有效抑制车辆的磁场辐射强度,使车辆满足GB/T 18387对电动汽车磁场辐射发射限值的要求。     

基于DSP的电动汽车蓄电池电量计量及荷电状态估计

荷电状态是反映蓄电池能量的重要参数,是电动汽车整车控制器制定能量控制策略的重要依据。为了解决电动汽车蓄电池电量计量及荷电状态估计问题,设计了基于数字信号处理器(DSP)的蓄电池电量快速计量系统,采用安时法对蓄电池充放电容量进行了估计,通过放电率、温度、自放电及容量老化等补偿措施来提高计量精度,并分析了温度与充放电倍率对蓄电池容量的影响。试验结果表明,补偿后的安时法可准确地估计蓄电池荷电状态,最大充放电倍率随温度升高而增大。