燃料电池发动机-20℃冷启动研究

文章对上汽燃料电池发动机进行了-20℃冷启动试验研究。基于现有系统架构和控制策略,利用环境仓内开发试验台架,成功完成-20℃冷启动,启动时长为40 s,电堆单池一致性满足要求,无明显单低和反极现象。同时对启动过程中的能量分配和停机吹扫进行了分析,为后续-30℃冷启动策略开发提供宝贵经验。     

质子交换膜燃料电池低温停机研究综述

系统总结了质子交换膜燃料电池低温停机条件下的损伤机理以及除水方法。冷冻/解冻循环试验研究表明，湿润条件下的低温启停循环会导致气体扩散层的纤维断裂、粘结剂分离，微孔层的疏水涂层团聚和脱落，催化剂层的裂缝生长、界面分层以及活性面积下降，并造成电池性能下降以及寿命缩短。停机除水是有效的损伤缓解方法，其中基于高频阻抗的快速吹扫因其效率高、操作简单成为车用的主要方法，但高频阻抗弛豫限制了除水效率以及边界的确定，完善水含量的表征方法将是低温停机的主要研究方向。     

基于单片阻抗一致性吹扫的燃料电池低温冷启动策略研究

车用石墨板燃料电池低温冷启动能力弱,是影响燃料电池技术在北方寒冷地区大规模推广的重要瓶颈。饥饿自升温是一种常见的低温冷启动策略,其基本原理是通过降低反应物供应速率来增加过电势,短时间在电池内部产生大量热量从而实现快速升温。该方法原理简单,但对电堆单体初始含水量一致性要求高、且易出现单片反极和尾排氢浓度超标的情况,影响系统安全性和电堆耐久性。针对上述问题,课题组研制了单体多通道交流阻抗在线测试装置,提出了面向单片阻抗一致性的电堆优化吹扫策略,建立了基于定电压变流量泵氢控制的低温冷启动方法,实现了低温启动瞬态过程的高产热、高安全、高动态的电压、电流、进堆/旁通空气流量的多目标多参数的耦合协调控制。台架实验结果表明,采用优化吹扫策略后,单片阻抗间最大差值由0.7降低至0.2 mΩ以下;燃料电池发动机系统可实现124 s内-40℃下快速启动,且重复性好。相关技术在北京冬奥会燃料电池示范中获得了应用,验证了其有效性。     

氢燃料电池汽车发动机低温冷启动研究

目前,汽车行业燃料电池发动机普遍实现了-30℃启动,且燃料电池汽车冷启动能耗低于锂离子电池电动汽车冷起动能耗。为实现低能耗的快速启动燃料电池汽车,总结和梳理了冷启动技术理论和大量的试验和优化方案。从部件设计布置、管道设计、开关机与吹扫策略、冷启动故障诊断策略和辅助加热方面开展研究,形成了一系列有利于冷启动的软硬件解决方案,并通过台架和车辆测试进行了验证。立足工程应用,通过结构优化、策略开发和故障诊断及保护机制,提升燃料电池发动机可靠性和低温冷启动成功率,降低冷启动失败风险和对系统的损伤。     

车用PEMFC电堆低温起动试验研究

根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆起动和停机的控制策略,建造了PEMFC电堆低温起动平台。用20mm厚的软橡塑泡沫、聚苯乙烯和真空绝缘板将电堆密封,在-10℃环境舱内分别进行保温试验研究;当电堆中最冷的电池阴极催化层的温度达到触发温度(0℃)时,起动并加载PEMFC电堆至某一低温起动试验工况。试验结果揭示了PEMFC电堆低温起动的某些规律,为燃料电池汽车的商业化提供技术基础。     

新型动力电池热管理系统设计及性能研究

为提高动力电池液冷系统和加热系统的冷却和加热效果与安全性，本文中基于理论分析和数值模拟的方法设计了一种新型冷热集成系统。其中，液冷板采用独立式盘绕铝管嵌入铝材基板结构，并设计了流量分区以适应电池模组差异化的冷却需求，而低温条件下电池模组的快速加热，则通过集成PTC热敏电阻模块来实现。实验结果表明，在环境温度为40℃条件下进行快速充电和大功率放电循环时，电池包4个分区的最高温度均低于45℃，且各分区温差在1℃左右；在环境温度为-20℃时，内部加热方案可快速将电池包温度由-20℃上升至可大电流充电的温度，且其能耗比外部循环加热方式降低41.4%。     

低温环境下车用锂电池预加热策略研究

为提升电动车在低温环境下的续航里程，提出基于加热目标温度优化的电池组预加热策略，充分提高电池在低温环境下的能量效率，满足目标行驶里程的需求。首先通过实验测试确定不同温度下电池的最大放电能量；其次基于不同温度下电池的能量保持率和考虑温度对电池寿命的影响，建立非线性多目标约束方程并求解，得到不同环境温度和不同SOC状态下电池的最优加热目标温度；最后基于实测数据标定的整车物理模型对加热策略进行验证。实验结果表明，在-15和-5℃的初始温度下，基于优化的电池加热目标温度，整车的续航里程最大分别提高了8.41%和4.77%，说明所提方法能够明显提升低温下电动车的续航里程。     

低温条件下汽车的使用特点及正确使用

发动机启动困难 一般气温在-10℃～-15℃范围时，发动机冷启动即有一定困难；当气温降至-40℃以下时，不经预热，则根本无法启动。造成发动机低温条件下难以启动的主要原因：一是发动机曲轴旋转阻力增大。随着外界温度的降低，发动机润滑油粘度增加，从而加大了曲轴的旋转阻力矩，使发动机启动转速降低，由此引起汽油机的燃料汽化质量变差，使着火困难；柴油机也因转速降低，导致缸内压力和温度不足而难以启动。     

PEM燃料电池电堆低温起动试验

为评价不同参数对PEM燃料电池电堆低温起动性能的影响,搭建了燃料电池电堆低温起动试验平台,对5 kW燃料电池电堆在-5℃、-10℃和-15℃下的低温起动性能进行了试验研究。结果表明,在低温下恒电压模式比恒电流模式更有利于电堆升温;电堆起动电压为30 V时升温速度快于40 V和20 V时;初始温度越低时电堆升温速率越慢。另外,经过低温起动后电堆性能发生了衰减,电镜扫描结果也显示经过低温起动后电堆质子交换膜局部出现了破损,应采取措施减缓低温起动对电堆的损伤。     

电源配电车低温启动后停机的故障树分析

某型号电源配电车做环境试验,低温环境启动成功后停机。更换手打输油泵后,启动成功,工作正常。针对这种现象,根据低温启动的技术要求和原理、发电机组低温启动成功后停机故障树,分析原因,现场采取措施有效,实施效果良好,得到了同行的认可及推广。     

温度对盐渍土抗剪强度和变形特性的影响

为了明确因冻结温度和结晶差异造成的温度对盐渍土抗剪强度和变形特性的影响，以高含盐量和不同盐分类型的盐渍土为研究对象开展试验研究。首先，选用青藏高原察尔汗-格尔木高速公路沿线采集的含盐量为10%~36%的氯盐含量高、硫酸盐含量低的盐渍土土样（HC-1，HC-2）和硫酸盐含量较高而氯盐含量较低的盐渍土土样（CS）3种高含盐量盐渍土作为试验土样，对3种土样进行冻结温度试验，验证其降温至-20℃时，土体不会发生冻结。其次，在5个不同控制温度（-20℃、-10℃、0℃、10℃和20℃）下，分别进行盐渍土直剪试验以得出温度与抗剪强度参数关系函数。最后，分析温度对抗剪强度和弹性模量的影响，同时，利用数值拟合建立考虑温度影响下的盐渍土抗剪强度和切线弹性模量公式。研究结果表明：当温度由20℃降低至-10℃，3种盐渍土的抗剪强度和初始切线弹性模量均增大后趋于峰值，而随温度继续降低至-20℃后，HC-1和HC-2土样指标呈下降趋势，CS土样各参数结果却趋于稳定；不同含盐类型的盐渍土，温度对其破坏比R_f的影响也不同；在温度由20℃降至-20℃的过程中，HC土样的R_f在-10℃出现峰值，且在较低荷载（100 kPa）下，呈现出先增大后减小的特点，在较高荷载（200，300，400 kPa）下呈现出先增大后趋缓的特点；CS土样的R_f在20℃~10℃、10℃~-10℃和-10℃~-20℃降温段呈现出先增大中趋缓后减小的分段式变化特点。     

低温对纯电动汽车动力电池系统性能的影响分析

以某搭载磷酸铁锂动力电池系统的轻型商用电动车为研究对象,对比分析了动力电池在低温-10℃及常温25℃时的充电时间、能量、续航里程、百公里能耗、输出功率。研究了在-10℃低温环境下,以40 km/h匀速行驶时系统电压及单体温度的变化规律。分析结果为低温环境中纯电动汽车的动力性能研究和电池管理系统低温策略提供依据。     

盐雾—温度耦合作用对沥青混合料性能影响规律研究

为了研究滨海地区盐雾环境对沥青混合料性能的影响,采用中性盐雾试验方法模拟滨海环境,设置15℃、25℃、35℃、45℃等4个养护温度,采取工程中常用的沥青混合料AC-13和SMA-13为研究对象。通过水稳定性、低温抗裂性及耐久性实验,对比分析沥青混合料在不同温度的盐雾环境作用一定时间后性能变化规律,分析盐雾侵蚀作用影响。研究结果表明:温度与盐雾的耦合作用对沥青混合料的低温抗裂性、水稳定性及耐久性均产生较大影响,尤其较高温度的盐雾环境作用一定周期后,其强度降低幅度超过40%。滨海盐雾地区服役的沥青混合料设计,需要进行耐盐雾作用影响分析。     

电动汽车低温充电性能的研究与分析

本文以纯电动汽车为研究对象,开展了集体样车与同一样车的充电性能分析试验,通过试验数据结果,对整车充电控制策略、影响充电性能的关键技术指标等相关内容进行分析。试验结果表明:在低温环境下所有样车都可以正常启动交流充电,而在低温与常温车辆充电电量衰减比、充电时间衰减比略有差异;在同一样车的充电性能分析试验中,分析了低温与常温条件下充电电流趋势、电池输入电流、电池温度、最大充电电流的不同。     

新型检测仪器录

1．无电池式轮胎气压监控系统 日本ALPS电气公司开发成功的无电池式的轮胎气压监控系统（TMPS），通过在轮胎气阀部位的装置发出2.45GHz信号，就可监测到轮胎压力和温度，而无需电池。其电路的专利属于德国IQ-MobiL公司。整个系统除气阀之外，自重仅6kg；工作温度范围为-40℃-150℃，比电池式提高50℃；测定次数则是过去的600倍。     

基于热平衡法的方壳电池电芯温度预测模型

据不完全统计，电动汽车大多在充电过程中发生自燃，如何在热失控前通过温度进行预警显得尤为重要。针对方形锂离子电池，构建了适用于嵌入式应用的电芯温度预测模型。通过试验精准测量电池各项热物性参数，对电池表面和电池卷芯分别进行热平衡分析，建立不同的能量守恒方程，对电池进行网格划分，进一步构建电池三维温度预测模型。仿真结果表明，热平衡模型不仅能够预测出电池每一部分的温度，而且预测的电芯温度误差不超过0.35 ℃，对快充条件下的电池温度预测有重要意义。     

环氧沥青混凝土铺装材料低温性能研究

为了解环氧沥青混凝土铺装材料的低温特性,采用劈裂试验、小梁三点弯曲试验、断裂性能试验、约束试件温度应力试验、温缩系数试验对环氧沥青混凝土的低温性能进行全面的试验研究,试验结果显示环氧沥青混凝土在-15℃条件下劈裂强度和断裂韧性分别为13.0 MPa和2.02 MPa.m1/2,材料的断裂和转化点温度为-28.4℃和-27.8℃,且在-20~0℃低温范围内环氧沥青混凝土的线收缩系数平均值为1.40×10-5℃-1。研究表明,在低温条件下环氧沥青混凝土具有很高的强度、优良的抗断裂能力、稳定的变形能力以及良好的追从性能,完全满足国内大部分钢箱梁桥面铺装的低温设计要求。     

静置存储温度与时间对橡胶沥青胶结料性能影响研究

为了确保橡胶沥青具有良好路用性能,分析了黏度、三大指标和弹性恢复随静置存储温度与时间变化的规律,提出了橡胶沥青适当的静置存储温度与时间。试验结果表明:在190℃高温静置存储状态时,橡胶沥青后续溶胀较为充分;在170、150℃中温静置存储状态时,橡胶沥青后续溶胀需要一定的时间来完成;在135℃低温静置存储状态时,橡胶沥青后续溶胀比较缓慢且不充分;从橡胶沥青整体性能最优考虑,静置存储温度为190℃时应不超过2h,静置存储温度为170℃时应不超过7h,静置存储温度为150℃时应不超过18h,静置存储温度为135℃时应不超过48h。     

寒区有水模式下沥青混合料矿料界面力学性能研究

研究沥青混合料在有水介入时其矿料界面的低温黏结性能衰减效应.基于矿料界面强度测试试验,分析了不同荷载效应(拉伸荷载及剪切荷载)及不同温度条件(-10℃、-20℃及-30℃)下水对矿料界面的黏结强度的影响.试验结果表明,在持续的低温环境中一旦有水介入,矿料界面的黏结强度有很大幅度的衰减,不同温度条件下衰减的幅度存在差异,...     

一种适用于低温环境的锂离子动力电池充电方法

采用电池的一阶RC等效电路模型对低温充电过程进行分析,提出一种适用于低温条件的锂离子电池多阶段恒流充电方法。以三元聚合物锂离子电池和磷酸铁锂电池作为对象,分别在0℃和-10℃条件下进行常规恒流-恒压与多阶段恒流充电方法的测试与对比分析。试验结果显示,与常规恒流-恒压充电方法相比,采用多阶段恒流充电方法,0℃和-10℃条件下,两种电池的充电时间明显缩短,充入电量显著提高。