相变材料/导热翅片复合热管理系统应用于三元体系锂离子动力电池模组实验研究

以三元动力电池模组为研究对象,通过研究自然对流、相变材料（Phase Change Materials,PCM）、相变材料/导热翅片3种不同散热技术,分析3种不同热管理系统（Battery Thermal Management System,BTMS）在室温（25℃）和高温（45℃）工况下不同恒定倍率放电及充放电循环过程中的温度变化规律、产热速率及温升速率,测试整个电化学反应进程中的最大温度及最大温差技术指标,深入研究不同散热介质对于电池组安全性能的影响机理。结果表明,无论室温/高温环境条件恒定倍率放电和大电流充放电循环工况,相变材料/导热翅片电池组通过对电池组侧面和正负极处进行强化传热,具有明显有效的降温和均衡温度的能力,可以实现电池组最高温度的快速降低,并维持电池模组最高温差在5℃以内,满足动力电池模组的散热需求。     

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.     

太阳能温差发电系统的性能

建立太阳能温差发电系统的数学模型,利用温差发电技术将太阳能直接转化为电能.考虑冷却系统的功耗,分析聚焦倍率以及冷却水流量对太阳能温差发电系统的净输出功率与净发电效率的影响.结果表明,存在最优的冷却水流量及最优的聚焦倍率,使得系统发电性能最大,最大净输出功率与净发电效率分别为15.86 W和5.61%;对温差发电器热端进行必要的保温,能够提高系统的发电性能.     

基于CFD仿真的工程车辆动力舱散热性能改进分析

为改善工程车辆动力舱散热性能。首先,利用CFD数值仿真对国内某工程车辆动力舱模型进行分析,通过试验对仿真结果进行验证;随后,针对动力舱提出4种改进方案,并且利用CFD数值仿真对改进方案进行分析;最后,提取对比散热器组各热流体出口温度。结果表明:CFD仿真结果与试验数据最大误差为1.38%,在可接受范围内,验证了CFD仿真方法是可行的;对比4种改进方案,其均改善了动力舱的散热性能;采用规则的动力舱几何特征的换热效果最好,较原方案相比,总散热量提高了37.22 k W,液压油散热器的热流体出口温度下降最大为3.19℃。     

电动汽车锂离子电池散热加热设计

锂离子电池热管理已成为制约电动汽车商业化的瓶颈,为解决此问题,将微热管阵列应用于锂离子电池散热和加热系统.通过测量布置热管前后电池表面温度可知:在1C充放电倍率下,散热系统能有效降低电池模组的温度及电池间温度差异,将温度和温度差值分别控制在40℃与5℃之内;通过加热片加热热管,有效提高电池低温放电性能,从而提高电池持续充放电过程的稳定性和安全性.     

直升机动力舱整流罩热防护技术研究

针对直升机易出现的动力舱整流罩高温焦化问题,建立了整流罩平衡状态时的受热传热数学模型,据此计算并分析了不同热防护措施——降低整流罩内表面发射率和增加隔热垫的防护效果.结果表明,单纯降低整流罩内表面发射率和增加隔热垫都可有效降低整流罩内表面温度,但由于当前工艺水平和动力舱的空间限制,采用隔热垫和降低表面发射率结合的方法才是当前最可行的动力舱热防护方案.本文所建立的模型及采用的研究方法可为动力舱热防护方案的设计及优化提供参考.     

电池排布方式对21700锂电池相变热管理系统的影响

以21700锂离子电池组为研究对象,对不同排布方式下的锂电池分别控制电池间距、对流换热系数和相变材料(PCM)导热率,并对其进行有限元仿真。研究了电池间距、对流换热系数和PCM导热率对相变电池热管理系统(BTMS)下不同排布方式(长方形、四边形、六边形)的电池组温度场的影响。结果表明：当电池间距为4 mm和6 mm时,3者具有近似的最高温度,而当电池间距为2 mm和1 mm时,长方形排布的电池组最高温度最大,在2 mm时长方形排布的电池组最大温升分别为四边形排布下和六边形排布下的电池组的105.86%和108.25%,而3者的温差均随间距增大,总体呈现出变小的趋势;在不同的对流换热系数下,长方形排布的电池组最高温度总是最大而四边形最小,随着对流换热系数的增大,3者温差呈现出变大的趋势;随着PCM导热系数的增大,3者的最高温度均不断下降且下降速率越来越小,在5种不同PCM导热系数下,长方形排布的电池组最大温升平均是四边形排布和六边形排布电池组的105.31%和106.02%,3者的潜热储热阶段的温差均有减小,显热阶段对长方形和六边形的温差没有影响,四边形的温差却不断增大。综合考虑最高温度...     

电动汽车锂电池SOC预测方法研究

为有效地对电动汽车锂电池荷电分布状态(SOC)进行预测,在分析与电池剩余电量相关因数,对动力电池组进行不同工况充放电试验的基础上,建立电池组的神经网络仿真模型。提出基于BP神经网络的电池剩余电量预测模型,利用模型可逼近任何多输入输出参数函数的性能,系统通过样本训练达到较好的仿真结果。与实验结果对比,仿真结果与实验基本吻合,验证了该方法的正确性.     

考虑V2G影响的光伏电动汽车充电站多目标容量配置优化方法

大量电动汽车接入微电网将带来很多问题.本文在考虑V2G的情况下,提出了两种充放电模式,构建了基于出行习惯的无序充放电模式和考虑峰谷电价的有序充放电模式的电动汽车充放电负荷模型,运用蒙特卡罗法对实例进行仿真验证.在基于V2G的两种不同充放电模式下,建立以能源利用率最大化和系统投资、运行成本最小化为目标函数的数学模型,给出...     

FSEC方程式赛车电池充放电特性研究

为了满足全国电动方程式赛车(FSEC)对电池的性能要求,模拟比赛时对耐久性能、弯道性能和加速性能的工况要求,对NCM三元锂离子电池在不同的充放电工况下的特性进行研究与评价.对比该电池在不同倍率下的放电特性,以及不同倍率放电时内阻的变化情况.结果表明:FSEC方程式赛车采用NCM三元锂离子电池,充电时内阻小温升可控,但在弯道性能和加速性能工况下放电时,必须要做好散热设计才能满足比赛的要求.     

风切变对风力机功率的影响

风切变是风的典型特征之一.在风场建设和风力机设计与安装时,风切变的因素往往被忽略,从而造成风力机的功率损失.为此,基于对数律分布的风切变模型,以真实的风场情况为例,模拟风切变状态和额定功率为1.5 MW的风力机,就风切变对风力机功率的影响进行了详细的研究.结果表明,风切变引起的风力机总功率损失由风场风含功率损失和风力机设计功率损失两部分构成.提出了对应于由风切变所引起的影响的解决方案,可为风场的建设和风力机的设计与安装提供参考.     

Characteristics for wind energy and wind turbines by considering vertical wind shear

The probability distributions of wind speeds and the availability of wind turbines were investigated by considering the vertical wind shear. Based on the wind speed data at the standard height observed at a wind farm, the power-law process was used to simulate the wind speeds at a hub height of 60 m. The Weibull and Rayleigh distributions were chosen to express the wind speeds at two different heights. The parameters in the model were estimated via the least square(LS) method and the maximum likelihood estimation(MLE) method, respectively. An adjusted MLE approach was also presented for parameter estimation. The main indices of wind energy characteristics were calculated based on observational wind speed data. A case study based on the data of Hexi area, Gansu Province of China was given. The results show that MLE method generally outperforms LS method for parameter estimation, and Weibull distribution is more appropriate to describe the wind speed at the hub height.     

风力机风轮设计中风速的处理

风力发电是风能利用的最好形式.随着单机容量的不断增大，风力机的整体尺寸也越来越大，包括塔架高度.一般情况下，无穷远来流风速随高度的增加而逐渐增大.所以在设计大功率水平轴风力机风轮时，风轮设计者是否要考虑无穷远来流风速在铅垂高度等于直径的范围内的速度梯度将是一个值得注意的问题.为准确计算风轮的气动特性，就必须针对这一速度变化范围用合理的方法给定设计风速.分析并证明了用风轮中心处的速度作为设计风速是相当合理的.     

湍流风对铰接式海上风力机动力响应的影响

为适应中等水深风电开发的需要,进一步降低成本,在铰接塔平台的设计基础上,设计了一种铰接式海上风力机,研究了其在工作海况和极限海况下湍流风对风力机动力响应的影响.采用叶素动量理论计算气动载荷,势流理论计算波浪载荷,考虑风浪流的联合作用,以及瞬时湿表面变化及铰接接头的摩擦阻尼,编写了风浪流时域耦合动力响应分析程序.使用NPD谱模拟湍流风,从而计算得到了定常风和湍流风作用下铰接式海上风力机的动力响应,分析了湍流风对于风力机运动响应和发电效率的影响. 结果表明,湍流风作用下,风轮加速度和铰接点的垂向拉力变化较小,摆角、风轮推力、发电功率和铰接点水平推力的均值分别减小,但摆角和发电功率的响应变化幅度增加.另外,湍流风本身的低频特性会增大系统的低频响应,使系统产生共振.极限海况下,铰接式基础最大摆角显著增大,但依然满足生存需求.因此,湍流风对铰接式风力机的动力响应影响较大,铰接式海上风力机运动和强度分析时不可忽略湍流风的影响.     

风力发电机组载荷计算中的极端风况分析

针对大型风力发电机组设计中与风机最大载荷设计存在较 大关系的极端风况模型,利用Matlab软件进行仿真和载荷计算.建立了极端风速模型、极端 运行阵风、极端风向变化、极端相关阵风、极端风切变等模型,实现了1年或50年重复周期 极端风况各模型的模拟.以国家863项目“兆瓦级变速恒频风电机组”样机SUT1000为例, 依据IEC标准,进行了各级负载级别的载荷计算.风况的模拟和载荷计算得以系统化、简单化 ,在风机的设计过程中可直观地利用已知信息获得风机载荷的极限情况,在工程应用中具有推广价值.     

变风速条件下风电齿轮随机可靠性优化

为了在变风速条件下对风电齿轮强度可靠性进行分析及优化,提出了齿轮随机可靠性优化模型.利用风速观测数据推导轮齿载荷的波动特性,定义相关随机量以适应应力强度干涉模型,应用蒙特卡罗法建立齿轮参数和强度可靠度之间的响应关系,同时,制定相关约束条件并以遗传算法作为求解策略.该优化模型不仅能够定量分析风速变化对齿轮强度可靠性的影响,并且可在随机参数情况下对齿轮强度可靠性进行优化.算例对5种风速模式下的风电齿轮强度可靠度进行了分析,结果表明：风速变化将导致传动齿轮强度可靠度下降,经过优化后强度可靠度得到明显改善,在5种模式下均不小于98.89%.     

风力发电机组风轮建模和仿真研究

对风力发电机组风力机的重要部件风轮进行了仿真分析和研究.首先进行风速的模拟,然后在数学模型的基础上建立风轮Matlab仿真模型.风轮仿真分析分别按照空载和负载情况进行,得出并分析不同风速下的风轮功率、转矩、转速曲线,进而分析了风速突变情况下的风轮输出特性.     

WRF模式在风电场风速预测中的应用

准确的风电场风速预测是风电场安全稳定运行的基本保障.从风速预测的准确性和效率两方面分析利用WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度数值预报模式时不同嵌套网格分辨率对风电场风速预测的影响.在此基础上,对宁夏某风电场进行提前102h的逐时风速预测并与实测资料进行对比.结果表明:随着网格分辨率的提高,风电场风速预测精度略有提高,但计算时间变长.兼顾预测精度和效率,建议使用3层网格.WRF模式能够较好地捕捉风速随时间的变化趋势,有效增加预测时效,使风电场风速预测可以提前到2～4d,为风电场的运行和控制提供依据.     

风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响

为分析非高斯风荷载作用下风机结构的疲劳寿命,在穿越模型基础上,根据Monte Carlo模拟生成某典型风机正常风速条件下,高斯、非高斯硬化和软化3种风场的风速时程,用于分析风场的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域特性进行分析.基于线性损伤累积和线性裂纹扩展理论,对裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行详细讨论.结果表明:不同概率特性风场作用下风机动力响应的最大值有所不同,且风机响应的非高斯性较风场的非高斯性减弱;在年平均风速较小地区,风场的非高斯性对风机疲劳寿命影响较小;但随着年平均风速的增大,非高斯性对疲劳寿命的影响显著增大,当年平均风速为7 m/s和9 m/s时,相较于高斯风场,软化过程的裂纹形成寿命减小约10%.因此,在年平均风速较大地区,需要考虑风场的软化特性对风机结构疲劳损伤的影响.     

风力机风轮设计中计算风速影响的两种新形式

根据指数律的风速分布函数，在两种坐标系中采用不同的数学处理形式，对风轮扫掠面积上的风功率做精确计算，并与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率做对比。定量分析结果证实采用风轮中心处的风速做为单一的设计风速具有很好的合理性，非均匀的风速切面对于风力机的气动设计基本无影响。