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基于混合储能的新能源汽车能量管理策略研究

基于混合储能的新能源汽车能量管理策略研究

作者：余文宾吉林大学

学位级别：硕士

近年来,电动汽车行业蓬勃发展,然而动力电池的续航能力和容量衰减问题一直以来制约着电动汽车的普及与发展。作为构建绿色交通体系的核心成员,电动公交车对于实现节能减排和促进交通能源结构多元化具有关键作用。由于工作性质的要求,电... 详细信息

近年来,电动汽车行业蓬勃发展,然而动力电池的续航能力和容量衰减问题一直以来制约着电动汽车的普及与发展。作为构建绿色交通体系的核心成员,电动公交车对于实现节能减排和促进交通能源结构多元化具有关键作用。由于工作性质的要求,电动公交车频繁启停时需要电池承担大功率和大电流输出与回收。然而,这种大电流对电池的冲击会影响其使用寿命。为了解决单一能源储存系统存在的不足,本文提出了一种由电池和超级电容组成的混合储能系统,该系统可以充分发挥电池高能量密度和超级电容高功率密度的特性,通过利用超级电容器“削峰填谷”的功能,可以减小电池工作时所需的工作电流,并避免频繁电池充放电,从而延长电池的使用寿命并降低储能系统成本。合理的混合储能系统结构设计和能量管理策略是确保充分发挥锂电池和超级电容储能特性的关键。本文通过查阅国内外相关文献,总结了混合储能系统、容量配置和能量管理策略研究现状。在确定以纯电动公交车为研究对象后,对电动公交车混合储能系统进行构型分析、容量配置优化,并根据电动公交车工作特性设计了能量管理策略。具体研究内容包含以下5个方面:(1)对车辆混合储能系统发展现状和混合储能系统容量配置和能量管理策略进行了总结叙述,选择纯电动公交车为研究对象,确定了本文的主要研究内容。(2)建立了电动汽车动力学模型,可根据输入工况计算在该工况下动力系统需求功率,便于后续控制策略的设计。同时对目前常见的三种混合储能系统拓扑结构进行分析对比,并确定了最适合的拓扑结构。对混合储能系统关键部件电池和超级电容进行了等效电路建模和充放电特性分析。在Matlab/Simulink中搭建混合储能系统模型得到DC/DC变换器在不同输入功率下的效率特性曲线。(3)根据所选电动公交车的整车参数和性能要求,对电机、电池和超级电容主要部件进行选型和参数匹配,为后续混合储能系统容量配置以及整车能量流动模型的建立奠定了基础。(4)以NSGA-Ⅱ算法进行电动汽车混合储能系统容量配置优化,以电池寿命目标和车辆百公里运行成本为目标函数,得到了最佳容量配置方案,该方案能够同时兼顾电池寿命和储能系统成本。(5)据前文的计算和参数匹配结果,在Matlab/Simulink中搭建了整车能量流动模型,以WLTP和UDDS循环工况作为输入条件,基于电动公交车的工作特性设计了模糊逻辑控制算法,仿真结果显示,相较于单一电池能源系统,引入超级电容器后分别在WLTP和UDDS驾驶循环工况下,电池峰值电流降低了50.9%和50.5%;电池容量衰减度分别降低了20.3%和18.4%,结果表明所设计的模糊逻辑控制算法可以有效降低电池的工作电流,并延长其续航里程和使用寿命。

关键词：电动公交车混合储能系统容量优化模糊逻辑控制算法

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自升式海工平台升降系统改进优化设计

船海工程 2024年第S1期53卷 11-16页

作者：关建宾中国船级社广州分社广州511458

以自升式钻井平台改造为自升式风机作业平台为研究对象,以提升升降系统抬升能力及安全性为目标,通过对升降系统的抬升齿轮、驱动电机、动力系统、控制与检测系统进行选型计算,选择满足平台需要的合适的设备替换旧系统,使升降系统满足预... 详细信息

以自升式钻井平台改造为自升式风机作业平台为研究对象,以提升升降系统抬升能力及安全性为目标,通过对升降系统的抬升齿轮、驱动电机、动力系统、控制与检测系统进行选型计算,选择满足平台需要的合适的设备替换旧系统,使升降系统满足预定用途,同时满足规范及安全性要求。通过抬升试验及FMEA验证了改造后的系统的稳定性。

关键词：升降系统抬升齿轮变频驱动同步控制逆功率

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电动汽车混合充换电站选址定容建模及求解

电动汽车混合充换电站选址定容建模及求解

作者：宾涛重庆交通大学

学位级别：硕士

“碳中和”目标大背景下,电动汽车在推动节能减排、实现“双碳”目标等方面发挥了重要作用,大力发展电动汽车产业成为世界各国应对能源危机、环境污染等问题的重要战略举措,但其飞速发展的同时也面临着许多亟需解决的问题。电动汽车与... 详细信息

“碳中和”目标大背景下,电动汽车在推动节能减排、实现“双碳”目标等方面发挥了重要作用,大力发展电动汽车产业成为世界各国应对能源危机、环境污染等问题的重要战略举措,但其飞速发展的同时也面临着许多亟需解决的问题。电动汽车与充电基础设施之间的“车桩比”水平较高,而现有充电基础设施建设位置不合理、容量配置不科学等问题,导致区域间充电需求与电网负荷不平衡,充电设备无法得到有效利用。随着换电、移动充电等新兴充电技术的发展,单一离散的规划建设,加剧了城市土地利用紧张,且无法满足不同充电模式下用户的充电需求。基于此,本文以可提供多种充电模式的电动汽车混合充换电站为研究对象,实现对多种充换电设备进行集中统一的规划管理,以加快形成公共充电基础设施网络建设目标,提升电动汽车用户的充电便利度。首先,利用获取的POI数据,采用基于城市功能属性的网格化划分方法将研究区域按照POI属性分布密度划分为四类不同的区域。并结合电动汽车拥有量历史数据,采用自回归差分移动平均模型对当前拥有量进行预测,根据车辆数量与充换电次数间的函数关系,得到研究区域内电动汽车的充换电需求量。随后,以城市功能属性网格化划分后不同类别属性在研究区域内的分布特征,依托电动汽车充换电需求与城市用地功能属性之间的匹配关系,得到研究区域内的电动汽车充换电需求点的分布位置。然后,针对以往研究中主要关注单一充电模式下的充电站规划问题,提出一种引入换电、移动充电模式的混合充换电站选址定容方法。从混合充换电站经营者与电动汽车用户双方利益出发,以混合充换电站建设维护成本、电动汽车用户损失成本、设备自充电成本总和最低为目标函数。通过分析电动汽车的充电行为特性,得到充电需求分布特征,并基于最近距离原则采用排队论方法计算电动汽车充电损耗成本,优化移动充电设备自充电时刻,求取电动汽车自充电成本,设计遗传算法求解混合充换电站选址定容模型,确定混合充换电站的建设数量、位置及不同设备的配置数量。最后,选取重庆市南岸区为研究区域进行实例分析,对建立的混合充换电站选址定容模型参数进行标定,调用遗传算法求解,得到研究区域内的混合充换电站规划结果,并从车辆数量、充电功率、充电方式与建成设施多个角度分析对建立模型的影响程度,验证所提模型的有效性。

关键词：电动汽车选址定容遗传算法充电站换电站

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数据驱动的车云协同车辆动力学建模技术研究

数据驱动的车云协同车辆动力学建模技术研究

作者：王龙宾吉林大学

学位级别：硕士

随着全球信息技术的快速发展,人工智能正日益成为汽车产业技术革新的关键驱动力。对于智能汽车而言,建立准确的车辆动力学模型是实现车辆精确控制的基础。传统的车辆动力学模型基于物理机理建立,存在参数获取成本高、强非线性工况下误... 详细信息

随着全球信息技术的快速发展,人工智能正日益成为汽车产业技术革新的关键驱动力。对于智能汽车而言,建立准确的车辆动力学模型是实现车辆精确控制的基础。传统的车辆动力学模型基于物理机理建立,存在参数获取成本高、强非线性工况下误差大等缺点。数据驱动的车辆动力学模型可显著降低建模所需的经济成本,并提高模型在强非线性工况下的模型精度,然而,数据驱动模型对数据的全面性和时效性提出了更高的要求。本文的研究目标为通过数据驱动方法进行车辆动力学建模,采用增量学习方法实现数据驱动车辆动力学模型对真实车辆动力学的不断逼近,同时应用车云协同技术建立自动化的车辆动力学模型更新方法。本文主要的研究工作包括以下内容。首先,构建车辆动力学数据集。对基于机理的车辆单轨模型进行分析,得到基于机理的车辆动力学模型存在的不足,而基于数据驱动的车辆动力学模型可避免其不足。随后,分析数据驱动车辆动力学建模所需数据集包含的标准工况。基于Carsim/Simulink软件构建车辆仿真行驶数据集,基于Apollo D-KIT构建Apollo D-KIT行驶数据集。然后提出了数据预处理方法。为后续的研究提供数据支撑。其次,基于神经网络进行车辆动力学建模方法研究。首先总结了数据驱动建模的一般流程,随后对全连接神经网络和GRU神经网络的原理进行分析,分别构建了基于全连接神经网络和GRU的数据驱动车辆动力学模型。然后,基于不同数据集对全连接神经网络和GRU模型进行训练,对训练结果进行分析,证明了良好的数据驱动车辆动力学建模效果依赖于车辆全面的行驶工况数据。通过对比分析,验证了全连接神经网络与GRU均可对车辆动力学进行良好的表征。再次,基于增量学习进行车辆动力学建模。首先研究了增量学习机理,对不同增量学习方法进行对比分析,选定SI(Synaptic Intelligence)增量学习算法作为本文的增量学习算法。提出适用于车辆仿真数据和Apollo D-KIT数据的增量学习算法有效性的验证方案。然后对SI增量学习结果进行分析,证明了SI增量学习在车辆仿真数据集和Apollo D-KIT数据集均有良好的效果,避免了灾难性遗忘,在学习新数据隐含的知识的同时,对旧数据隐含的知识有所保留。最后,提出车云协同车辆动力学模型更新方法。首先分析了车云协同建模需求,然后,基于Apollo D-KIT平台和华为云平台建立了车云协同车辆动力学建模流程。最后,分析了车云协同车辆动力学建模的效果。通过车云协同技术可实现车辆动力学模型的不断更新,使其持续逼近真实的车辆动力学,实现车端和云端算力的合理应用,自动化流程节约了人力资源。

关键词：车辆动力学数据驱动神经网络增量学习车云协同

老年2型糖尿病患者踝臂指数、趾臂指数与衰弱的相关性研究

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老年2型糖尿病患者踝臂指数、趾臂指数与衰弱的相关性研究

作者：曹文宾重庆医科大学

学位级别：硕士

酸性环境下复合改性防腐砂浆耐侵蚀特性与寿命预测研究

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酸性环境下复合改性防腐砂浆耐侵蚀特性与寿命预测研究

作者：徐吉宾西安理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展,我国工业和生活污水排放量逐年上升,污水排放量的增加对人居环境的挑战日益严峻。研究污水环境下构筑物防护与修复问题,可有效缓解污水腐蚀造成的影响,保证结构健康运行。因此,研制一种既能保证力学性能恢复同... 详细信息

随着我国经济的快速发展,我国工业和生活污水排放量逐年上升,污水排放量的增加对人居环境的挑战日益严峻。研究污水环境下构筑物防护与修复问题,可有效缓解污水腐蚀造成的影响,保证结构健康运行。因此,研制一种既能保证力学性能恢复同时可对主体结构进行防腐保护的复合改性防腐砂浆对保障实际工程中污水设施的安全使用和延长使用寿命具有重要意义。为提升腐蚀环境下砂浆耐腐蚀能力,本课题在普通纤维砂浆的基础上,通过添加矿物掺合料和两种防水剂（甲基硅酸钠和无机铝盐防水剂）对砂浆进行改性,开发了一种复合改性耐腐砂浆。为研究两种防水剂对砂浆耐腐蚀性能的影响,本试验设计不同防水剂掺量配合比,并设置普通纤维砂浆和聚合物砂浆两组对照组,得到十组砂浆配合比。设置了周期270d的草酸环境快速腐蚀试验,每个腐蚀周期（90d）结束后,观察并分析试块表观样貌、吸水率、质量损失率、抗压强度、相对动弹性模量等宏观性能数据,研究酸环境下砂浆性能退化规律;结合SEM电镜扫描、X射线衍射分析及TG测试,对材料微观层面耐久性能进行分析。在试验研究基础上,开展了草酸环境下砂浆腐蚀机理及寿命预测研究。研究结果可为防腐砂浆工程应用提供技术支撑,促进腐蚀环境下结构工程修复与防护技术发展。主要研究结论如下:（1）砂浆复合改性后力学性能明显提升,复掺纤维砂浆初始抗压强度52.17MPa,较普通聚合物砂浆提升近30%;加入掺合料和防水剂后砂浆初始抗压强度高达70MPa以上,强度提升90%以上。腐蚀后改性砂浆仍保持较高强度,其中S6剩余抗压强度为64.25MPa,为聚合物砂浆的2.39倍,耐腐蚀能力优异。防水剂和掺合料的加入对提升砂浆的力学性能和耐腐蚀性能具有显著效果,无机铝盐防水剂贡献最为突出。（2）草酸腐蚀作用下砂浆表层迅速生成白色草酸钙结晶,表面出现砂化脱落现象,试块损伤逐渐加剧。改性后试块质量损失率约为聚合物砂浆的1/6,质量吸水率仅为5.24%,相较普通聚合物砂浆性能提升27.5%,吸水率和质量损失率均较低且总体稳定。（3）本文基于试验结果,引入耐久性综合评价指标D值,分析不同配合比砂浆试块耐久性能,并利用灰色系统理论中GM（1,1）模型预测不同配合比砂浆试块的使用寿命。腐蚀810d后S1、S2试块D值退化50%以上,改性后砂浆退化保持在40%以内;以D值小于0.75为失效标准,砂浆改性后预计使用寿命比传统聚合物砂浆提高630天。（4）综合考虑试验结果、耐久性综合指标D值和寿命预测模拟结果,在实际工程中推荐使用单掺无机铝盐防水剂高耐腐砂浆来保证砂浆在酸性腐蚀环境下的使用寿命,并将掺量控制在24kg/m3。

关键词：酸腐蚀防腐砂浆甲基硅酸钠无机铝盐防水剂腐蚀机理

公路边坡高位崩塌风险综合评价及应对策略研究 ——以G公路K2050段为例

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公路边坡高位崩塌风险综合评价及应对策略研究 ——以G公路K2050...

作者：鲜宾南昌大学

学位级别：硕士

铋基复合氧化物/rGH光辅助充电超级电容器的制备及其光电性能研究

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铋基复合氧化物/rGH光辅助充电超级电容器的制备及其光电性能研究

作者：郑成宾景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

光辅助充电超级电容器（Photoassisted Charging Supercapacitor,PCS）是一种可以将光能转化为电能并进行储备的器件,与传统通过导线将光伏器件与储能器件连接的方式相比,PCS可以减少器件内阻,缩小器件体积,具有能量密度高、充放电速度... 详细信息

光辅助充电超级电容器（Photoassisted Charging Supercapacitor,PCS）是一种可以将光能转化为电能并进行储备的器件,与传统通过导线将光伏器件与储能器件连接的方式相比,PCS可以减少器件内阻,缩小器件体积,具有能量密度高、充放电速度快和可持续性好等优点。但目前PCS的有着光电转化效率低、循环寿命短和比容量较低等缺点,而其光电性能在很大程度上又取决于光阳极材料。因此研发不同种类光阳极材料构建PCS,实现更高效、稳定和可持续的能量存储就成为了主要研究热点。铋基复合氧化物是一类具有特殊光电性质的材料,具有良好光吸收能力、高光电转换效率和良好稳定性等特点,有望制备高性能光阳极材料。本文采用水热法合成钼酸铋（BiMoO）、钨酸铋（BiWO）和钒酸铋（BiVO）作为光阳极,以改进Hummers法和水热法合成石墨烯水凝胶（Reduced graphene hydrogel,rGH）作为阴极构建PCS,探究合成产物的物相组成、微观形貌以及PCS的光电化学性能。具体研究内容和结果如下:（1）通过水热法制备rGH和不同Ag掺杂的BiMoO粉体,研究其物相组成、微观形貌对PCS光电化学性能的影响。结果表明:在最佳工艺制备的rGH拥有较高的比表面积（258.9m/g）。制备3%Ag的BiMoO,通过SEM和UV–vis显示粉体呈纳米片状结构,平均粒径在0.2-0.5μm,具有较大的表面积有利于光子的吸收,其带隙宽度2.37eV,相较于未掺杂时（2.5eV）,掺杂后对太阳能光谱中的大部分光子都具有良好的吸收性能。所构建PCS在电流密度0.1A.g、光照强度***条件下,其比容量为408F g,且在2A g的电流密度下循环10000次,容量保持率为98.3%,展现出良好的循环稳定性。在仅光充电条件下,电容器的可以获得0.75V光电压,比容量为58.3Fg,光照1h后其光电转化效率（PCE）为0.01%。（2）通过水热法制备Ag掺杂BiWO的粉体,研究Ag掺杂量对BiWO物相组成、微观形貌以及水热时间对其PCS光电化学性能的影响。结果表明:制备1%Ag掺杂量BiWO粉体具有良好的结晶性能,通过SEM显示粉体呈纳米薄片状结构,平均粒径大小在0.3-0.5μm,在水热30h后通过UV–vis显示禁带宽度为2.38eV,与未掺杂相比（2.66eV）拥有更高的可见光吸收范围。所构建的PCS在电流密度0.1A.g、光照强度***条件下,可以获得比电容353.4F g,且在2A.g的电流密度下循环10000次,容量保持率为97.3%,展现出良好的循环稳定性。在仅光充电条件下,电容器可以获得电压为0.61V,比容量为46.8F.g,能量密度为2.42 ***,功率密度为91.1 ***,光照1h后其PCE为0.005%。（3）通过水热法合成单斜钒酸铋（m-BiVO）,研究其物相组成、微观形貌、光吸收性能和光电化学性能等影响规律。通过SEM和UV–vis显示粉体呈杆状结构,其平均粒径在1–2μm,禁带宽度为2.39eV。该PCS在0.1A.g电流密度、95 ***条件下,实现比电容309.3 F.g,比仅电充增加26.3%。同时,在光电协同充放电条件下,经10000次循环测试,容量保持率仍为100%,展现出色光充电性能与循环稳定性。在仅光充电条件下,超级电容器的比电容为26.7 F.g,能量密度为1.43 ***,功率密度为***,超级电容器在5min内电压就可以达到0.56V,此时PCE高达0.04%。

关键词：铋复合氧化物 rGH 组成与结构超级电容器光电化学性能

具有石墨和泡沫金属协同导电网络的双极板设计与制造

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具有石墨和泡沫金属协同导电网络的双极板设计与制造

作者：杨洛宾吉林大学

学位级别：硕士

随着我国能源结构向可持续化发展,清洁、高效和可再生的氢能逐渐得到应用和发展。质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）作为氢能应用装置,凭借无噪音、低工作温度、能量转化效率高和可便携性等特点被越来越... 详细信息

随着我国能源结构向可持续化发展,清洁、高效和可再生的氢能逐渐得到应用和发展。质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）作为氢能应用装置,凭借无噪音、低工作温度、能量转化效率高和可便携性等特点被越来越多的产业作为发电装置。双极板作为PEMFC的重要组成部分之一,占其体积约80%,占其质量约70%,占其成本约30%40%。石墨复合双极板凭借耐腐蚀性好、成本低、可批量化生产和工艺简单成为PEMFC最优选择之一。传统石墨复合双极板的导电性能和机械性能难以同时兼顾。为进一步增强其导电性能,以拓宽石墨复合双极板在PEMFC中的应用。本文提出一种具有石墨和泡沫金属协同导电网络的复合双极板,在石墨复合双极板内利用泡沫金属构建金属网络,使石墨导电网络与金属导电网络在复合双极板内协同作为其导电网络。泡沫金属的结构连续且稳定,能够提高复合双极板导电网络的稳定性,减少石墨颗粒之间导电通路构建过程中的随机性,利用金属网络为电子在双极板内提供稳定且快速传导的导电通路。本文主要工作内容如两点下所示:（1）制备具有协同导电网络的复合双极板:利用模压成型工艺制备了一种具有石墨和泡沫金属协同导电网络的复合双极板。双极板以石墨作为主要导电填料,热固性酚醛树脂（PF）作为粘结剂,泡沫铜与石墨相互接触,为电子在金属导电网络与石墨导电网络之间传导提供通路。金属导电网络为电子快速穿过复合双极板提供稳定的、快速的导电通路。与传统石墨复合双极板G80相比,Cu G80-20ppi的面积比电阻（ASR）降低了11.1 mΩ·cm2,热导率提升了3.13W/（m·K）。利用电导率-弯曲强度散点图,观察导电填料含量、泡沫金属和泡沫金属孔隙密度变化对复合双极板性能的影响。电导率为294.1 S/cm和弯曲强度为52.2 MPa的Cu G80-20ppi能够更好的平衡复合双极板电导率和弯曲强度。（2）具有协同导电网络的复合双极板在PEMFC上的应用:模压成型制备具有传统平行流场M0和仿生分型平行流场M4的复合双极板,通过PEMFC测试系统对比双极板材料和流场结构变化对电池极化曲线、功率密度曲线及欧姆阻抗谱的影响。Cu G80-20ppi复合材料制备的M4双极板,通过提高双极板导电性能,优化流场均匀传输反应气体,Cu G80M4实现PEMFC的最大功率密度相比G80M0提升了0.212 W/cm2,其最大功率密度为0.52 W/cm2,其欧姆损耗相比G80M0降低了5.25%,降低至0.05536Ω·cm2。

关键词： PEMFC 复合双极板导电性能协同导电网络泡沫金属