基于分数阶模型多新息UKF动力电池SOC估算研究

动力电池管理技术是保障新能源汽车高效、安全和可靠运行的核心和关键。动力电池的荷电状态(SOC)是动力电池管理技术的基础,然而动力电池SOC的不确定影响因素太多,如何精确估算动力电池的SOC成为关键问题。针对SOC难以精确获得的问题,搭建了动力电池测试平台,开展了动力电池的常规性能测试、寿命测试,建立了基于分数阶理论的动力电池分数阶模型,将多新息理论与分数阶模型无迹卡尔曼滤波算法结合,提出了分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法,并采用该算法对动力电池进行SOC估算。在不同的环境温度、动态工况、SOC初始值条件下对基于不同算法的动力电池SOC估算精度进行了对比分析。结果表明:基于FOMIUKF算法对动力电池SOC估算结果的平均绝对误差和均方根误差的值最小。在不同的动态工况下,采用FOMIUKF算法对动力电池SOC估算结果的平均绝对误差的最大值约为1.04%,对SOC估算结果的均方根误差最大值约为0.8586%,这表明采用FOMIUKF算法对动力电池SOC估算结果的精度高于EKF、UKF、FOUKF算法。

基于分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波算法的超级电容SOC估计

对超级电容的SOC估计展开了研究。首先,搭建了超级电容测试平台,用于超级电容的参数辨识,并对超级电容进行了常规性能测试;其次,在不同的环境温度和动态工况下采用多种算法进行超级电容SOC估计。结果表明,采用分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法对超级电容SOC的估计精度最高,对超级电容的路端电压跟随情况最好,估计结果的均方根误差和平均绝对误差的最大值分别约为1.8%和1.73%。

太阳能驱动有机朗肯循环热经济性优化

根据槽式太阳能集热特性,选择R600和R245fa两种循环工质,以系统效率和单位能量产出成本为目标构建简单有机朗肯循环(BORC)和回热式有机朗肯循环(IHE-ORC)系统热经济性模型。利用非支配排序遗传算法进行双目标优化,采用熵权-TOPSIS法决策工质的两系统最佳热经济性,分析工质的两系统热经济性随运行参数蒸发压力、过热度和冷凝温度的变化。结果表明:在优化决策下,采用工质R245fa的IHE-ORC系统最佳效率和单位能量产出成本分别为54.11%、0.1548美元/kWh,热力性优势明显,采用工质R600的BORC系统最佳效率和单位能量产出成本分别为49.89%、0.1318美元/kWh,经济性表现较优;在运行参数变化范围内,IHE-ORC系统效率和单位能量产出成本均高于BORC系统,工质R245fa的系统效率显著较高,工质R600的系统单位能量产出成本相对较低。

大容量风电场接入电网的暂态稳定特性和调度对策研究

给出了异步风力发电机组的动态仿真数学模型和含风电场的电力系统暂态稳定分析方法,与国内大型电力系统分析软件相联接,实现了含风电场的电网动态稳定分析及其工程应用。结合风电场接入系统实例,分析了大容量风电场接入系统后电网的暂态稳定特性,提出了保证风电场和电网安全稳定运行的风电场安全容量的概念。探讨了通过控制负荷侧功率因数、采取动态无功补偿装置、加强网架结构、故障后切除风电机组等措施改善电网暂态稳定水平、提高风电场安全容量的办法。通过计算风电场不同开启容量下最大可调出力及对应风速的关系,提出了风电场接入系统后的电网调度对策,采取该调度策略,可以提高风电场的接入系统容量。

开放实验室,培养大学生的创新精神和实践能力

为了加强培养大学生的创新精神和实践能力,北京工业大学热能与动力工程(汽车)专业充分利用现有的教学条件和科研条件,注重对本科生开放实验室。通过长期不懈的努力和探索,在人才培养质量、实验教学示范中心建设、实施大学生创新性实验计划等方面已经取得了显著成效。

大容量风电场对电力系统小干扰稳定和阻尼特性的影响

建立了异步风力发电机组的小干扰稳定数学模型,研究了风电场接入电网后电力系统的小干扰稳定分析方法并实现了其工程应用。通过对含有大容量高比例风力发电的实际电网的计算分析表明,风电场的运行状态对电网的低频振荡模式和振荡特性有一定影响。风电机组出力的变化,使网内常规机组的运行方式发生变化,从而导致一些局部振荡模式出现或消失。网内和网间各大机群间的振荡模式没有发生变化,但振荡特性发生变化,且增加了与风电场强相关的振荡模式,这些振荡模式一般具有较好的阻尼特性。

基于单螺杆膨胀机的发动机排气余热回收系统

针对发动机排气余热的特点,设计了有机朗肯循环(ORC)排气余热回收系统,采用单螺杆膨胀机作为动力输出装置,采用R245fa作为工质,提出了发动机排气余热利用率的概念和计算方法。结合发动机的试验数据,分析了ORC工质蒸发压力和发动机转速对ORC系统性能的影响,确定了适用于ORC系统的工质蒸发压力的最佳值。研究结果表明,当工质蒸发压力为3.0 MPa时,ORC系统能够在发动机全转速范围内正常工作,并且ORC系统的净输出功率最高可达12.1 kW,热力学第一定律效率最高可达11.27%,热力学第二定律效率最高可达25.8%,发动机排气余热利用率最高可达8.9%,发动机排气余热回收效果明显。

促研究性学习 提高人才培养质量

介绍了该校着眼于培养本科生的创新精神与实践能力,以研究性学习为重要途径,实施了多项教育教学改革措施,主要包括:科研促进教学,实现科研、学科与教学的良性互动;采取"0.5+0.5"毕业设计模式;全面开放实验室;实行4年一贯导师制;组建混合型研究团队;组织并鼓励学生积极参加科技竞赛;建设高水平的教师队伍、建设合理的保障与激励机制,引导科研与学科优势转化为教学优势;加强课程建设、提高课堂教学质量;建设研究性学习氛围等。通过上述教改措施,显著提高了人才培养质量。

基于双有机朗肯循环的柴油机余热回收系统性能分析

为了有效回收柴油机的尾气、冷却介质和进气中冷的能量,针对一台六缸柴油机,设计了一套双有机朗肯循环系统,结合Aspen plus软件对该系统进行建模,研究双有机朗肯循环系统的运行性能,分析柴油机燃油经济性.经研究发现,加装双有机朗肯循环系统可有效改善原柴油机的热力学性能和经济性能.在设定的柴油机工况下(转速2 000 r/min、转矩1 313 N·m),双有机朗肯循环系统的总净输出功率最高可达43.65 k W,柴油机-双有机朗肯循环联合系统的有效燃油消耗率和热效率分别可达191.24 g/(k W·h)和37.57%,相比于原柴油机可分别改善13.69%和15.86%.

加强实践教学内涵建设 培养应用型创新人才

为了培养应用型创新人才,提出了"创新人才培养不断线"的教改思路,将创新精神和实践能力的培养贯穿于人才培养全过程。修订教学计划并推出创新学分,为实践教学内涵建设打下坚实基础。推出多项配套措施,如建设校内外实践教学基地、举办"工程大师论坛"、加强工程训练、鼓励科研探索、组织科技竞赛等,将实践教学内涵建设真正落到实处。通过长期不懈地努力与建设,在人才培养质量、实验教学示范中心、校外人才培养基地、大学生创新性实验计划等方面已经取得了显著成效。

注重培养创新精神的热能与动力工程实验教学示范中心建设

北京工业大学热能与动力工程实验教学中心着眼于培养应用型创新人才,坚持"学生为主体、教师为主导、三创为主线"的实践教学理念。开放实验室、实行导师制、力求精细化培养;以课外科技和实践活动为主要载体,鼓励自主实践;依托学院优势、注重学科交叉;紧密接触行业、注重国际化等措施,已经形成了一条主线贯穿于3个层次的开放式实践教学体系中,形成了鲜明的办学特色,并取得了良好的效果。

车用柴油/天然气双燃料发动机的开发

为了降低发动机的有害排放物 ,以车用 X6 130柴油机为基础 ,研究开发了车用柴油 /天然气双燃料发动机。首先确定双燃料发动机的技术方案 ,然后进行天然气 /空气混合器的设计与实验 ,最后进行双燃料发动机的台架性能实验。实验结果表明 :在全负荷时 ,与原型柴油机相比 ,双燃料发动机排气烟度明显降低 ,天然气替代率可超过 70 % ,而输出转矩和输出功率并没有降低。

车用大功率柴油机电控喷油系统的开发研究

以车用 6V1 5 0柴油机原有的机械控制喷油系统为基础 ,开发电控喷油系统 ,实现了对喷油量的电子控制。采用高速开关型数字电磁阀作为电液执行器的电液转换元件 ;采用 MC68HC1 1 E2单片机作为电控单元的核心 ;在喷油泵供油齿杆位置闭环控制的基础上 ,实现柴油机转速闭环控制 ;开发了实验监控系统 ,以满足电控喷油系统与柴油机匹配的需要。进行了电控喷油系统与6V1 5 0柴油机的匹配实验 。

剪切流场中液滴形变的三维力学模型初探

分析了油水乳化液中分散相液滴的受力及形变,从理论上提出了剪切流场中液滴形变的三维力学模型。通过实验观测了液滴在由两个同心圆筒形成的旋转剪切流场中的变形情况,并对建立的三维力学模型进行了验证。测量结果表明:实验观测值和理论值有较好的一致性。未加乳化剂时,在z方向上,随着液滴拉伸率的增加,液滴的变形收缩系数也随之增加;与未加乳化剂时相比,加入乳化剂时液滴的变形收缩系数偏离理论值更大;对于有表面活性剂的自由液滴来说,液滴破裂所需要的临界剪切率比没有表面活性剂时要低。

抽气回热式有机朗肯循环系统热力学分析

为了实现发动机排气余热能的高效回收与利用,设计了抽气回热式有机朗肯循环(ORC)系统。在Matlab环境下,分析了抽气压力、蒸发压力、膨胀机入口温度等因素对系统性能的影响,并利用热力学第一定律及第二定律将抽气回热式ORC和基本ORC进行对比。研究结果表明,在固定蒸发压力下,抽气回热式ORC系统的热效率、效率随抽气压力的增大而先增大后减小,工质质量流量随抽气压力的增大而逐渐增大,蒸发器换热量随抽气压力的增大先减小后增大;与基本ORC系统相比,抽气回热式ORC系统的热效率、效率均有提高,损率降低,因此抽气回热式ORC系统余热回收效果更明显。

甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究

通过在定容燃烧室内研究不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比下甲烷—氢气—空气混合气的燃烧压力变化规律,得到了上述条件对混合气最大燃烧压力、最大压力升高率、火焰发展期、燃烧持续期以及最大燃烧压力循环变动的影响。研究结果表明:其他初始条件不变时,甲烷—氢气—空气混合气在高温低压时火焰传播的更快;随着甲烷中掺氢比增加,混合气的燃烧速率和最大燃烧压力均逐渐增大,最大燃烧压力出现的时刻提前,最大燃烧压力的变动系数明显降低。

以教学基地建设为契机,促进实践教学的改革与发展

北京工业大学在“十五”期间，高度重视教学基地的建设工作。通过教学基地建设，显著地改善了实践教学条件，有力地促进了实践教学的改革与发展，为提高学生的综合素质、培养学生的创新精神和创新能力提供了坚实可靠的保障。

快速压缩机试验台架设计与性能试验

设计了一套快速压缩机试验台架,并进行了压缩性能试验。在分析液压缓冲、驱动压力等因素对快速压缩机试验台架性能的影响,并进行压缩性能优化后,快速压缩机压缩平均速度大于8 m/s,燃烧缸内压缩温度的可控范围为650～1 120 K。使用DME-O2-N2混合气进行了快速压缩机的燃烧性能试验,观察到了混合气两阶段放热现象与两阶段着火延迟期。在不同的压缩比、压缩温度与压缩压力条件下,对DME-O2-N2混合气两阶段着火延迟期、总着火延迟期的变化规律进行了研究。试验结果表明：在相同初始压力下,随着燃烧缸内压缩温度与压缩压力的增加,DME-O2-N2混合气的第一阶段着火延迟期与总着火延迟期均缩短;在相同压缩温度下,燃烧缸内压缩压力的增加导致混合气第二阶段着火延迟期与总着火延迟期均缩短,混合气第一阶段着火延迟期略有缩短。

车用492M甲醇发动机的试验研究

为了开发汽车代用燃料,在车用492QA汽油机的基础上,开发出车用492M甲醇发动机.采用进气预热来保证燃料的雾化效果和混合气的形成质量、缩短暖机时间;采用M90甲醇燃料和PTC加热器来改善甲醇发动机冷起动性能;采用提高压缩比、选配火花塞、调整点火提前角等多项措施来确保甲醇发动机的动力性、燃料经济性、排放性和工作可靠性,注意严格限制发动机缸内最大爆发压力.492QA汽油机和492M甲醇发动机台架性能试验结果表明:采用上述技术措施,可有效地改善车用492M甲醇发动机的起动性、动力性和热效率,最夫功率增加2.4%,最大转矩增加6.2%,摄高热效率增加20.7%,最高排气温度下降9.4%,从而证明车用492M甲醇发动机的开发是成功的.

柴油机排气余热的有机朗肯循环发电系统

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统.在该系统中,采用R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律.研究结果表明,当蒸发温度低于367.46 K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367.46 K低于404.6 K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高.