全功率燃料电池汽车散热系统设计、建模与分析

极端工况下整车的热管理问题是全功率燃料电池汽车面临的主要技术挑战之一。燃料电池汽车中的热源主要来源于电堆、空压机、驱动电机及DC/DC，提出了相应的热管理方式并构建了相应的系统结构，对散热器、水泵、风机等主要部件进行了选型与匹配。利用GT-COOL 软件建立了全功率燃料电池汽车热管理系统仿真计算平台，对极端工况下系统的散热性能进行了分析。结果表明，在该工况下电堆温度达到了84.4 ℃，在许用温度范围内，电堆进出口温差为7.6 ℃，满足内部温度均匀性要求，空压机、DC/DC、驱动电机的温度分别为58.4 ℃、59.6 ℃、61.5 ℃，均满足其温度要求。     

车用燃料电池发动机模型搭建及仿真研究

利用AMESim搭建质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机单电池和电堆瞬态仿真模型,同时利用某80 kW质子交换膜燃料电池电堆试验数据验证了该仿真模型的正确性,为燃料电池的仿真及预测分析提供了一种新的工具.通过此模型研究了燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度等对电堆性能的影响,同时也预测了阳极侧杂质气体含量对电堆性能的影响.     

氢燃料电池汽车试验体系研究

为了建立氢燃料电池汽车试验验证体系,通过分析氢燃料电池汽车的系统构型、燃料电池发动机系统、车载氢系统技术特点,提出了零部件、系统和整车级试项目,初步构建起燃料电池汽车的试验验证体系,从动力经济性、整车安全、热管理、电子电器、振动与噪声、可靠耐久维度进行分析,梳理出燃料电池汽车试验货架1 618项,其中系统及零部件1330项,整车级288项,针对重点试验项目进行详细阐述。结果表明氢燃料电池汽车试验验证体系对项目开发验证有较强的指导意义。     

氢燃料电池发动机热管理系统的控制方案研究

针对目前氢燃料电池发动机系统在变载过程中存在的电堆温度波动较大、热管理子系统响应速度慢等问题,提出了基于电堆功率、电堆进出口冷却液温差、冷却液流量等多参数跟随的热管理控制方案.利用AMESim仿真软件对某款氢燃料电池发动机的热管理系统建立了一维仿真模型,并在典型工况下对不同控制方案进行仿真分析.结果 表明:水泵转速跟随...     

车用质子交换膜燃料电池交变温度条件下的膜电极受力分析*

为了研究车用质子交换膜燃料电池实际工作过程中膜电极所受温度应力及其对膜电极物理耐久性的影响,首先通过整车动力系统模型仿真研究了外负载变化条件下蓄电池容量对电堆输出功率波动的影响,利用燃料电池热力学模型仿真得到电堆功率波动条件下燃料电池工作温度的波动情况,并导入有限元仿真模型,分析膜电极内部温度应力变化情况。由仿真结果可知,膜上微裂纹端部在温度作用下会出现集中应力,且裂纹在膜电极中的延展是逐渐加速的过程。在环境箱中对膜电极样件进行了温度循环加载试验,验证了温度应力仿真所得结论的正确性。     

燃料电池废热驱动弹热制冷装置性能分析

热驱动弹热制冷是利用形状记忆合金被加热变形来驱动弹热材料相变从而产生制冷效应的新型固态制冷技术。本文设计了一种将弹热制冷装置与燃料电池相结合的组合系统,利用燃料电池产生的废热来驱动弹热制冷装置,以提高能量利用效率,并产生制冷效果。基于燃料电池和弹热制冷的工作原理,采用Simulink建立了全系统动态耦合仿真模型,研究了组合系统的动态工作特性,并分析了运行参数对系统性能的影响规律。结果表明：增加弹热制冷装置能提高整个系统的能量利用效率,电堆工作温度为80℃时该系统可产生1.76 kW的制冷功率,调整电堆工作压强至2.5 atm可最大化系统的综合输出功率和运行效率,电堆电流密度对组合系统的输出功率和运行效率呈现相反的影响趋势。     

质子交换膜燃料电池发动机热管理研究

论述了质子交换膜燃料电池发动机热管理的重要性以及对电池性能的影响,介绍了热管理系统的设计要求及匹配计算的过程．建立了质子交换膜燃料电池发动机温度模糊控制系统,并通过试验验证,证明其对温度有良好的控制。     

水冷PEMFC热管理系统建模和控制

为了维持质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)工作在合理的温度区间,文章首先建立了PEMFC热管理系统的电堆温度模型和电堆冷却回路模型,然后建立了PEMFC本体模型,并进行了本体模型的验证,采用基于Bang-Bang控制的热管理控制策略,并进行了离线仿真和快速控制原型试验。结果表明:在不同的电流负载变化的情况下,电堆能够很好地保持在目标温度(70±1)℃,散热器冷却水温度保持在目标温度(70±2)℃,达到了预期的控制效果。     

质子交换膜燃料电池车用怠速特性仿真研究

车用燃料电池在怠速工况下的运行性能是制约其商业化的技术挑战之一。运用基于商用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件Fluent及其质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)模块,建立了PEMFC三维稳态数学模型并进行了车用怠速工况下的仿真研究。应用正交试验法,研究了燃料电池怠速性能的操作参数影响因素。在Fluent软件环境下分析了怠速工况和额定工况下燃料电池的内部流场,并分析了异同。实现对于燃料电池在怠速工况下运行性能的优化。     

燃料电池重卡热管理研究

燃料电池重卡包含电堆热管理、电池热管理和电机冷却等三套热管理子系统,根据各子系统的温度限值、散热需求和热管理方式,分析了燃料电池重卡整车热管理的基本组成和各子系统的基本原理、基本构造、特点和控制逻辑等,为后续燃料电池重卡的热管理研究提供了依据。     

车用燃料电池发动机热管理系统研究

建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型,该模型能考虑系统内各部件间及部件与电池堆间的相互影响;应用该模型计算分析了某65 kW车用燃料电池热管理系统对燃料电池堆性能的影响、热管理系统运行参数的控制依据和散热器布置形式的影响等。结果表明,应主要通过调节冷却风扇转速来调整电池堆温度,通过调节冷却水泵来保持电池堆进出口水温温差;散热器并联要优于散热器串联。     

高原环境下柴油机冷却系统性能仿真

利用GT-suite软件建立了柴油机工作过程模型和冷却系统模型并进行直接耦合,通过高原模拟台架试验验证了模型的正确性,进而研究了不同海拔外特性工况下柴油机及其冷却系统性能的变化规律。结果表明:海拔每升高1 000m,柴油机出口水温平均升高5.01%,散热量平均减小6.25%,风扇质量流量平均减小11.20%,柴油机功率平均减小3.55%,燃油消耗率平均增加4.67%;该装甲车辆在海拔1 000~2 600 m低转速区和海拔2 600m以上必须降负荷或者提高冷却系统散热能力后使用。最后以柴油机出口水温不超过报警值为目标,计算得到了柴油机最大允许负荷和风扇最小体积流量增幅MAP图,为高原环境下柴油机及其冷却系统匹配和改进提供了参考。     

流水槽对客车风阻影响的仿真及试验

基于某中型发动机后置客车,建立整车的仿真模型分析流水槽导致整车风阻增加的流动机理,在此基础上提出圆弧型流水槽结构,并通过仿真和整车等速油耗试验进行验证。     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。     

氢燃料-光伏电池汽车动力系统分层能量管理策略

汽车产业的热门趋势是新能源汽车,光伏电池汽车和燃料电池汽车的技术却未被开发,正是最好的发展方向。本文根据燃料电池和光伏电池的工作原理及输出特性,对其进行数学建模,选用双向全桥DC/DC变换器,作为系统控制的一部分,使用传统移相控制正向工作模式,并对其传输功率进行分析。利用matlab/simulink软件对上面的建立的数学模型进行建模仿真,建立出氢燃料-光伏电池汽车动力系统模型。分析研究氢燃料电池和光伏电池的能量控制理论,从而设计出系统级的协调控制与能量管理,即分层能量管理策略。     

电动汽车燃料电池增程器应用——小功率空气压缩机建模与仿真

将小功率燃料电池系统作为增程器是解决电动汽车续驶里程不理想的可选方法之一。针对适用于燃料电池增程器系统的滑片式空气压缩机,利用相关测试数据和热力学校正的方法,建立空气压缩机模型并进行相关仿真研究。仿真结果表明,该空气压缩机模型能够反映环境因素、出口背压和空压机转速对出口空气流量的影响,能为整个燃料电池增程器系统的设计和优化提供有用的信息。     

基于GT—DRIVE的整车动力性燃油经济性仿真

汽车的动力性和燃油经济性是其最基本与最重要的性能之一。为在汽车开发之初分析整车的动力性和燃油经济性,文章研究了动力性和燃油经济性的评价指标,合理选取整车参数,利用GTDRIVE软件对整车进行动力学和运动学建模与仿真计算。将仿真结果与试验结果对比,合理设置边界条件修正模型,最终得到较为精准的模型,使得在没有样车阶段,利用GT—DRIVE软件仿真可以得到整车的动力性和燃油经济性参数,能够对动力系统的匹配方案进行定量评价,为以后汽车的动力系统匹配优化提供一定的理论参考。