4000 kWh锂电池货船碰撞安全性分析

船舶碰撞事故一般会引起船体结构损坏、人员伤亡、环境污染等问题。对于锂电池船舶来说,其电源为锂离子电池,碰撞事故可能会导致电池柜损坏,使得锂电池变形产生热失控,造成严重后果。为了降低船舶碰撞的风险,使用Abaqus软件对4 000 kWh内河锂电池货船进行碰撞数值模拟,根据碰撞结果使用Comsol软件对电池柜进行数值仿真,最后对船舶结构或布置方案进行改进。这对于降低由锂电池货船碰撞引起电池热失控事故的可能性具有积极意义。     

锂电池船用安全风险分析及防控策略

通过对不同锂离子电池正常工作和热失控的化学机理的对比分析,识别出不同锂离子电池的安全本质区别,初步确认锂离子电池热失控两个非常重要的因素是热量和氧气,依据热失控过程中是否释放大量的氧气,将船用锂离子电池划分为1级和2级两个安全等级.结合电池船用潜在风险、船舶结构和航行环境特点,将电池系统与船舶布置综合考虑,提出多层级安全防护策略.针对不同安全等级的锂离子电池在防控措施实施的差异化,提出船用锂电池从电芯到系统,再到全船的整套安全防护措施.     

燃料电池锂电池混合动力船舶建模与仿真

全电动绿色船舶除了使用电力,还越来越多地采用替代能源,如燃料电池、太阳能电池等。本文建立船舶混合动力推进系统,采用燃料电池和锂电池并联作为混合动力。在功率不足时,锂电池提供额外的功率以满足负载需求。为了模型比较贴合实际,使用真实数据对混合动力系统的子部件进行建模,生成Simulink模型并进行仿真。     

某锂电池模组不同工况放电性能研究

某锂电池模组以不同工况进行放电测试,通过测量放电过程中温度变化及放电容量,对该锂电池模组不同倍率、不同功率下的放电性能进行研究。结果发现:该锂电池模组3 C放电最高温度达到63.1℃,0.2C放电最高温度31.7℃,3 C放电容量为0.2 C放电容量的97.3%,表明随着放电倍率的增大,电池模组的温度上升,放电容量下降;该锂电池模组5000 W放电最高温度达到56.3℃,500 W放电最高温度30℃,5000 W放电容量为500 W放电容量98.4%,表明随着放电功率的增大电池模组的放电容量下降。说明,锂电池以不同倍率、不同功率放电会产生不同温度,不同的温度对锂电池放电性能有重要影响。因此维持在合理的工作温度对锂电池放电性能很关键,本文通过锂电池模组不同工况放电性能研究,为该电池模组后期装备热管理设计提供试验支撑。     

方形锂离子电池热失控情况下的热管理研究

为了研究某种方形锂离子电池中单个电芯发生热失控事故时电池的整体性能,本文利用ANSYS软件进行热仿真分析,同时通过实验对电池中单个电芯进行过充强制其发生热失控分析热失控。模拟过程中根据电池箱中电芯和冷却装置的结构特性对电池三维模型进行简化,通过设置均匀热流密度内热源来模拟电池发热过程。热失控实验时对单个电芯进行强制性的过充使电芯发生热失控至电芯过压保护。结合模拟仿真和热失控实验中电池系统的温度分布情况,模拟结果和实验结果十分接近从而验证了仿真模型的准确性。根据热失控仿真结果中的电池系统温度分布云图,该型电池的冷却装置能够保证在单个电芯发生热失控的情况下整个电池的安全性。     

船舶失控撞击高桩码头结构的数值仿真分析

以5万吨级散货船在失控状态下以1 ms的速度垂直撞击某高桩码头为例,运用有限元软件模拟该撞击的过程,得到对应撞击的能量转化情况以及船舶撞击作用力的时程曲线,并将撞击力仿真计算结果与各类船桥碰撞规范撞击力计算结果进行比较。同时,通过对撞击后码头结构破坏情况进行分析,提出防止码头结构由于船舶失控撞击而破坏的措施,为同类码头的设计、维护及改造提供理论依据。     

船用电池系统主动均衡控制研究

描述船用电池系统的特点,详细分析船用磷酸铁锂电池的Shepherd模型、双向反激直流变换器原理和基于LTC3300-1的主动均衡电路.通过实测和仿真,验证该电池模型的正确性;通过设计和仿真,验证该主动均衡电路的可行性.从系统建模的角度出发,分析纯电池动力船舶和混合动力船舶电池系统的主动均衡控制变量和控制策略,并通过Matlab/Simulink平台仿真验证理论分析的正确性.     

锂电池动力船舶研究进展

作为航运大国，我国船舶数量巨大且其中柴油机船舶占比较高，在“碳达峰和碳中和”战略目标牵引下，引入节能减排的纯电动船舶是大势所趋。锂电池（LIB）以能量密度高且安全性能好的优势在纯电动船舶储能系统中脱颖而出，目前锂电池船舶相关研究大多借鉴成熟的纯电动汽车技术，但两者运行需求与运行环境仍存差异，并不能一概而论，因此有必要对锂电池船舶的发展现状进行总结分析，梳理当前所面临的困难与挑战，为锂电池船舶的安全发展提供思路。基于对国内外锂电池船舶发展概况的调研，对船用锂电池性能优化和安全防护两方面的研究进展进行讨论，并对当前我国锂电池船舶发展利害因素进行梳理分析，着重分析船舶锂电池组管理系统及其面临的特有安全问题，对锂电池船舶今后的研究热点进行预测，以期能够为锂电池船舶安全研究提供有益的参考和借鉴。     

船舶碰撞过程的实时动态仿真

为了进行船舶碰撞事故的海事分析、船舶操纵方案论证、船舶通航安全评估,应用MMG分离建模方法,建立了船舶操纵运动的仿真模型。根据两船发生碰撞时的水域范围、当时水域的海况和天气情况,制作相应的电子海图,在此基础上,建立了船舶操纵与碰撞过程的仿真平台并对当事两船舶的碰撞过程进行实时动态仿真。对仿真的结果进行海事分析并得出相应的结论,该结论可靠,对船长、驾驶员具有重要的参考加值。     

基于模糊理论的船舶复合碰撞危险度计算

基于船舶领域和动界的概念,在船舶碰撞几何原理的基础上,利用模糊规则和模糊综合评价方法,本文提出一种船舶复合碰撞危险度的计算方法。确定最近会遇距离(DCPA)、最近会遇时间(TCPA)、两船距离、相对方位、船速比5个主要因素的隶属度函数,并考虑航行区域状况、能见度情况和船舶的操纵性能等对船舶碰撞危险度的隶属度函数修正。用原始数据对3种不同会遇态势进行仿真和对3种不同碰撞危险度计算结果分析比较,结果表明该方法的有效性。     

基于循环寿命的船用锂电池组能量管理策略

为提高小型船舶上锂电池组的循环寿命,针对某类纯电动游览船的综合电力推进系统,基于能量守恒理论,建立船舶航行里程与电池剩余容量模型.综合考虑船舶航行里程、到达时间和锂电池循环寿命3者之间的关系,建立锂电池组老化模型,提出一种基于降低锂电池组老化速率和逻辑门限优化算法的锂电池组能量切换策略.仿真结果表明,在相同环境下,相比一般的充放电管理系统,采用该策略的锂电池组容量衰减量大大减少,减少的衰减量之差占原衰减量的比值可达69.8％,验证了该能量管理策略能较大地提高锂电池组循环寿命这一结论.     

船用锂离子电池成组技术综述

锂离子电池在电动车船等领域有着广阔的前景,随着动力需求增大,成组使用是锂离子电池使用的大势所趋。然而锂电池大规模成组使用时,安全性问题制约了锂离子电池在上述领域的广泛应用。本文简介了国外船用锂离子电池系统最新技术,提出将系统级安全问题化解至单元可控级以及完善热失控烟气处理系统技术的建议,为后续研究提供参考。     

基于模糊理论的船舶复合碰撞危险度计算

基于船舶领域和动界的概念,在船舶碰撞几何原理的基础上,利用模糊规则和模糊综合评价方法,本文提出一种船舶复合碰撞危险度的计算方法.确定最近会遇距离(DCPA)、最近会遇时间(TCPA)、两船距离、相对方位、船速比5个主要因素的隶属度函数,并考虑航行区域状况、能见度情况和船舶的操纵性能等对船舶碰撞危险度的隶属度函数修正.用原始数据对3种不同会遇态势进行仿真和对3种不同碰撞危险度计算结果分析比较,结果表明该方法的有效性.     

舱内液货对双层舷侧碰撞性能的影响分析

随着大型油轮及液化气船的相继开发和应用,载液货船在碰撞中的损伤问题越来越备受关注.采用大型动力非线性有限元软件ABAQUSXEXPLICIT,对空载和80%装载两种状态下的碰撞动力学过程进行了数值仿真计算.通过两种装载状态下碰撞力载荷、舷侧各构件(舷侧外板、内板及之间十字隔板)损伤变形模式、范围及塑性变形能吸收等的对比分析发现:舱内液货对舷侧外板影响不大,但十字隔板及舷侧内板在损伤范围和能量吸收上均得到了很大的提升,尤其以与液货接触的舷侧内板最为显著.这说明舱内液货对船舶舷侧碰撞性能影响极为不利,在结构设计时必须予以充分考虑.     

碰撞载荷作用下加筋板架动响应分析研究

研究碰撞载荷作用下加筋板架的动态响应对于深入理解船舶碰撞力学机理和开展船舶耐撞性结构设计具有重要的指导意义。基于最近国外加筋板架碰撞模型系列试验结果，应用数值仿真的方法对其中5种典型加筋板架进行计算分析，得到不同加强筋情形下板架的动态响应特征，并从损伤变形模态及变形大小、应变三个方面与模型试验结果进行对比分析，结果表明两者具有很好的一致性，同时证明了本文碰撞数值仿真方法的有效性。     

基于卡尔曼滤波法的船用磷酸铁锂电池SOC仿真估算

针对已应用于船舶的磷酸铁锂电池包，根据其充放电性能测试数据，选择一种合适的电池模型对其电池单体进行建模与仿真。对卡尔曼滤波算法进行理论分析，并采用该算法对已建立的电池模型进行单体电池荷电状态（SOC）估算，采用MATLAB/Simulink软件进行算法仿真验证。仿真结果表明，卡尔曼滤波法对SOC的估算精度较高，对初值依赖小，自适应能力强，但对电池模型精度要求较高。     

船舶舵机液压系统的构成及仿真研究

舵机是船舶航行方向的控制器,决定了船舶的操纵性能,目前装机量最大的船舶舵机是电动液压舵机。由于船舶在航行时不仅受到动力系统的作用力,还会受到海风、海浪等干扰的作用力,因此,研究船舶舵机的电液控制系统,提高船舶舵机性能有重要的意义。本文首先介绍了船舶舵机的结构与工作原理,然后对船舶舵机的水动力特性进行分析,建立了船舶舵机液压系统数学模型,最后对船舶舵机液压伺服控制系统进行了基于平台Simulink组件的仿真。     

基于MSC.Dytran的液舱晃荡分析

液货船发展的关键技术之一是解决液舱内流体的晃荡问题。MSC.Dytran有限元程序能较好的模拟贮液容器的液面晃荡问题。以载液船舶液舱为研究对象,利用MSC.Dytran程序对矩形液舱在一确定装载水平下的液面晃动进行仿真分析,得到了不同时刻舱内液体的液面形状。     

基于SOC估算的船用锂电池组健康管理研究

船用锂电池是新能源船舶的重要设备,如何精确的估计锂电池的荷电状态以及根据船舶运行工况进行对锂电池组的健康管理是保障船舶安全经济运营的关键。通过Vmin无迹卡尔曼滤波法对船用锂电池组的荷电状态(SOC)估计,仿真验证了Vmin无迹卡尔曼滤波法在估算电池组SOC时有较高精度；同时,结合船舶运行工况研发锂电池组健康管理策略,对船用锂电池组的SOC,单体电压,电流,光伏发电功率多参数综合分析,把电池状态分为健康,亚健康,不健康三种状态。实船运行表明,该电池组健康管理能保障锂电池组工作在安全范围内,有效促进船舶的安全运行。     

基于MD Nastran的船-冰碰撞数值仿真研究

船舶与海冰的碰撞过程十分复杂,涉及多种非线性问题。文章运用 MD Nastran对船舶艏部与冰的碰撞进行数值仿真计算,来模拟这一过程。得到了碰撞结束后,船首和海冰的损伤变形情况,船体结构的应力应变情况,以及在船—冰相互作用过程中的能量变化,应力应变变化。研究结果描述了船舶与冰碰撞的详细过程,揭示了冰载荷作用下船体结构的响应规律,可为船舶抗冰载荷设计提供参考。