Development and Verification of the Equilibrium Strategy for Batteries in Electric Vehicles

The inconsistency of the cells in a battery pack can affect its lifespan,safety and reliability in the electric vehicles. The balanced system is an effective technique to reduce its inconsistency and improve the operating performance. A hybrid equilibrium strategy based on decision combing battery state-of-charge（ SOC） and voltage has been proposed. The battery SOC is estimated through an improved least squares method. An equalization hardware in loop（ HIL） platform has been constructed. Based on this HIL platform,equilibrium strategy has been verified under the constant-current-constant-voltage（ CCCV） and dynamicstresstest（ DST） conditions. Experimental results indicate that the proposed hybrid equalization strategy can achieve good balance effect and avoid the overcharge and over-discharge of the battery pack at the same time.

Modeling and Optimization of Heat Dissipation Structure of EV Battery Pack

In order to solve the problems of high temperature and inconsistency in the operation of electric vehicle（ EV） battery pack,computational fluid dynamics（ CFD） simulation method is used to simulate and optimize the heat dissipation of battery pack. The heat generation rate at different discharge magnifications is identified by establishing the heat generation model of the battery. In the forced air cooling mode,the Fluent software is used to compare the effects of different inlet and outlet directions,inlet angles,outlet angles,outlet sizes and inlet air speeds on heat dissipation. The simulation results show that the heat dissipation effect of the structure with the inlet and outlet on the same side is better than that on the different sides; the appropriate inlet angle and outlet width can improve the uniformity of temperature field; the increase of the inlet speed can improve the heat dissipation effect significantly. Compared with the steady temperature field of the initial structure,the average temperature after structure optimization is reduced by 4. 8℃ and the temperature difference is reduced by 15. 8℃,so that the battery can work under reasonable temperature and temperature difference.

基于两级均衡电路的电池组智能均衡方法

为解决传统均衡电拓扑均衡效率较低的问题,文中提出了一种两级均衡拓扑结构。该均衡拓扑将电池组分为组内与组间两种形式,组内采用Buck-Boost均衡电路,组间采用可重构均衡电路,组内与组间可同时均衡,提高了均衡效率。以SOC(State of Charge)作为均衡变量,组内均衡算法采用基于SOC的模糊逻辑控制策略,减少均衡时间,提高均衡效率。使用MATLAB/Simulink软件对电路拓扑建模仿真,并与传统Buck-Boost电路进行对比。仿真结果表明,在充放电状态下,相较于传统Buck-Boost电路,所提算法及均衡拓扑使均衡时间减少了约28%,表明该均衡电路及算法具有良好的性能。

侧面柱碰撞工况下动力电池结构安全研究

为提高侧面柱碰撞工况下纯电动汽车动力电池系统的安全性,建立了包含动力电池系统的侧面柱碰撞有限元模型,并利用整车侧面柱碰撞试验验证了有限元模型的准确性,以结构变形量和加速度冲击为评价指标,利用该模型分析了侧面刚性柱碰撞工况下的电池包变形状态和加速度响应,结果表明,侧面柱碰撞工况下,动力电池包外框架及内部支撑结构均发生较严重变形,电池系统各位置均承受较大加速度冲击。基于该结果,提出了在动力电池包和车身门槛梁结构设计时应面向该工况进行针对性安全设计的建议。

锂离子动力电池不同调荷方式下放电性能的研究

结合实际项目经验,针对锂离子电池在开发过程中采用Pack环模进行低温放电功率标定后对整车冬季低温放电性能进行验证时两者存在差异的现象,通过采用二阶Thevenin等效电路模型来研究分析电池的充放电机理,并根据电芯的脉冲充放电的实测结果对电池的极化现象进行研究与分析,识别出了不同调荷方式下对放电性能带来的差异。采用控制变量法重新采用不同的调荷方式对Pack环模低温功率标定方法进行调整及验证后,最终Pack环模得到的放电性能结果和整车进行低温放电性能的验证结果一致,从而可为后续Pack环模进行低温放电功率标定试验来模拟整车冬季低温放电性能验证的方法设计及改善整车低温的动力性提供指导,并能一定程度上提前识别整车开发问题及风险,对于缩短电动汽车整车的开发周期具有重要意义。

纯电动汽车安全风险分析及灭火救援处置技术研究

我国能源结构存在富煤、贫油、少气的特点,为切实推动可持续发展理念,构建人类命运共同体,我国“十四五规划”明确提出能源转型“减煤、降油、增气、加新”的发展路径,并宣布了2030年达到“碳达峰”2060年达到“碳中和”的目标。截止2022年初,我国新能源车保有量约800万辆,其中纯电动车保有量就有约660万辆,占新能源汽车的82.5%。本文将介绍纯电动新能源汽车的结构特点及事故风险点,结合消防实战经验,针对纯电动汽车不同事故风险总结相应的处置措施。

新能源电动汽车模块化电池包并联控制策略

为了促进新能源电动汽车换电模式的推广以及实现新能源电动汽车电池容量的灵活配置,须要将新能源电动汽车电池包标准化和模块化。针对新能源电动汽车模块化电池包并联系统,首先提出一种SOC均衡算法,可以求出最短均衡时间,并确定各个模块化电池包工作电流;然后基于改进下垂控制实现模块化电池包电流按要求分配,并维持母线电压恒定;最后搭建了3个模块化电池包并联的实验平台进行验证。实验结果表明,模块化电池包并联系统能够稳定输出电压,并且能够按要求分配电流,电流分配误差为1.4%~4.8%,实现了模块化电池包SOC的快速均衡。文章所提的并联控制策略有利于新能源电动汽车电池包模块化应用,促进新能源电动汽车换电模式的推广。

ZL210A铝合金动力电池包的精密铸造研究

设计了电动汽车ZL210A铝合金动力电池包结构及浇注系统,基于ProCAST软件建立铝合金动力电池包精密铸造仿真模型,对动力电池包精密铸造的凝固、缩孔缩松特性进行研究和分析,并运用试验进行了验证。结果表明:设计的铝合金动力电池包铸件浇注系统简单,且能准确控制合金液流动、充型时间、凝固温度;铝合金动力电池包铸件整个凝固过程中基本呈现对称分布,电池包精密铸造模拟的缩孔缩松率总和为3.68%。试验铸件缩孔缩松率总和平均值为3.72%,与仿真3.68%基本一致,验证了仿真结果的准确性。

Battery package design optimization for small electric aircraft

The increasing gross weight of electric Unmanned Aerial Vehicle(UAV) poses a challenge in practical applications. The range and endurance of the electric UAV are limited by the fixed mass of the battery package. In this work, a design optimization method for the battery package topology of small electric UAV is proposed to enhance the performance. To improve the accuracy of the method, the dynamic battery model and simplified electric component models are presented.These models are utilized by the trajectory optimization method, which takes the dynamic characteristic into consideration to calculate the aircraft performance. The direct optimal control method is used for solving the trajectory optimization problem, and this method is tested on a small blended-wing-body electric aircraft. The test result shows that the range and energy-consumption are mainly influenced by the parallel topology of the battery package, while the flight time in climb phase is more sensitive to the series topology. It is deduced that the range-and energy-optimal design points can be considered concurrently in design optimization. The work proves the feasibility of integrating the trajectory optimization and battery package design.

基于多学科优化的锂离子动力电池包设计

为了解决电动车锂离子动力电池包结构耐久性问题,分析了噪声振动粗糙度、结构耐久性和碰撞安全工况。将频域随机振动载荷等效成时域随机信号,开展焊点疲劳分析。设计了多学科自动化样本计算流程后,开展优化分析。实验证明,采用多学科优化设计方案显著提高了计算性能。基于多学科优化的锂离子动力电池包设计能够快速、准确地找到全局最优解。

电动汽车动力电池变流放电特性与荷电状态实时估计

通过对电动汽车常用的铅酸动力电池大电流变流放电实验数据与特性的研究,建立以能动势和计算等效内阻为基本参数的电池动态模型,并得到了当电池放电电流大于某一特定临界电流时电池等效内阻趋于稳定的规律。基于这一重要规律,实现了以能动势为依据来估计电池荷电状态(SOC)的方法。该方法在电池大电流放电时,可以仅根据放电电流和在线端电压来估计SOC。分析和初步实验表明,这种电池SOC估计方法简单易行,实时性强,应用前景良好。

动力锂离子电池管理系统的研究进展

锂离子电池是发展电动汽车的最具潜力的能源载体之一,从锂离子电池应用于电动汽车的研究现状出发,阐述了锂离子电池管理系统对于锂离子电池组的重要性以及研究的必要性。介绍了动力锂离子电池管理系统的发展现状,包括电池组外部参数的在线检测、SOC估计以及电池组的均衡,并对动力锂离子电池管理系统未来的发展方向做出了展望。

电动汽车用锂离子电池组充电方法

提出了电池管理系统和充电机协调配合的一种新型充电模式,由电池管理系统根据电池的当前状态计算电池组的最大允许充电电流,并将该数据实时地传送到充电机,控制充电机改变充电策略和输出电流,实现优化充电。分析了影响电池充电电流的因素及其最大允许充电电流的计算方法。

电动汽车动力蓄电池组不一致性统计分析

国家863计划电动汽车重大专项及北京绿色奥运规划将对电动汽车发展起到重大推动作用。通过电动公交车的运行试验,对电动汽车用动力电池组不一致性表现形式和形成原理进行了研究,重点讨论了电池组的电压不一致性,对不一致性分布规律进行了总结,指出了电压不一致性与使用时间的关系,确定了其理论正态分布的基本参数,并检验了理论与实际分布的接近度。提出了在使用中防止电池组不一致性扩大的措施。

新型电动汽车绝缘检测方法研究

电动汽车高压绝缘性能直接关系到司乘人员的人身安全,传统无源绝缘电阻测量方法存在抗干扰能力差、在特定条件下无法测量等缺点,具有一定的使用局限性。在深入分析无源绝缘电阻测量方法的基础上,提出一种新型的绝缘检测方案,通过电压注入的方法检测绝缘电阻,从根本上解决了正负母线对地对称绝缘故障无法测量的问题。实际样机检测证明,绝缘电阻检测误差控制在5%以内,符合预期目标,可有效监测车体与高压线路之间的绝缘故障,避免司乘人员受到伤害。

BFC6100-EV电动大客车动力传动系统参数设计

为提高纯电动大客车的加速性能和续驶里程,采取电池和超级电容混合驱动.根据动力传动系统参数设计原则,对电池和超级电容选型提出了一种新的设计方法,得出了电池组容量与整车加速性能和续驶里程的关系,以及根据超级电容放电时间进行特征参数设计的步骤.通过对BFC6100-EV纯电动大客车匹配计算及实验结果表明,整车0～60km/h加速时间缩短了9s,续驶里程达到306km,验证了设计方法的正确性和可行性.

电动汽车电池组热管理系统的关键技术

电池组热管理系统的研究与开发对于电动汽车的安全可靠运行有着非常重要的意义。本文分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池组热管理系统设计的一般流程,并对设计热管理系统提出了建议。文章重点分析了设计电池组热管理系统过程中的关键技术,包括电池最优工作温度范围的确定、电池生热机理研究、热物性参数的获取、电池组热场计算、传热介质的选择、散热结构的设计等。

电动汽车电池包箱体及内部结构碰撞变形与响应分析

目前关于电池包碰撞安全性问题研究较少,且大多的关注点在于电池包箱体及电池包安装位置,无法清楚地了解电池包内部的安全性.针对这一问题,文中结合一款实例电池包的开发,建立了考虑电池包内部电池单体、触点、固定装置以及电池包内架等的精细化结构模型,从变形量和加速度两个角度、电池包整体和内部结构两个层面对电池包碰撞结果进行分析,探讨了电池包在碰撞过程中箱体及内部结构的变形与响应规律。结果表明,电池包撞击侧吊耳、内架、螺钉和电池模组均发生了不同程度的变形,电池触点及附属构件安装点处加速度峰值过大.

新型充放电均衡一体化电池管理系统研究

电动汽车串联动力电池组的不一致问题,使得成组电池在容量利用、使用寿命及安全等方面的性能远不及单体电池。分析了电动汽车动力锂电池组不一致产生的原因,以及现有均衡方案存在的问题。提出了一种基于SOC的新型充放电均衡一体化电池管理系统(BMS)方案,并依据车载在线均衡要求设计了均衡硬件电路。实车验证表明,通过均衡模块作用整组电池的可用容量提高了1.2%,降低了电动汽车电池的使用和维护成本。

车载动力电池组用空气电加热装置设计

随着电动汽车行业的蓬勃发展,动力电池组热安全问题越来越突出,需要有高温散热和低温加热的有效措施。与高温散热相比,电池组低温加热关注较少。根据传热学原理,建立了电热丝的换热模型,利用该模型设计并加工了一个加热箱。加热箱通过并联电热丝通电后加热空气:在箱子进口为恒定20℃空气,加热不足8 min,出口温度可达到90℃。再用加热箱出口的高温空气加热低温电池组:加热箱与电池箱串联后,置于-15℃环境中,加热约21 min,电池组表面温度达到0℃。证明了利用电热丝加热的高温空气为低温电池组加热是一种有效的方法。