功率估算
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-11
功率估算的實例教程
清水泵功率的快速估算法
二、電芯熱管理設計
客戶輸入
冷卻要求：
高溫環境，告訴工況冷卻，電池溫度不允許超過45攝氏度；
高溫環境，爬坡工況（10%坡度）冷卻，電池溫度不允許超過45攝氏度；
高溫環境，快充工況冷卻，電池溫度不允許超過45攝氏度；
加熱要求
-20攝氏度低溫環境，加熱至0攝氏度，時間30min;
-30攝氏度低溫環境，加熱至0攝氏度，時間50min；
溫差要求：冷卻：<5攝氏度，加熱：<10攝氏度；
保溫要求：高溫和低溫24H溫度保持情況
根據客戶輸入轉化為不同工況電池的充放電倍率發熱功率。
發熱功率估算
電池發熱功率的表達式為：
式中：U為電池開路電壓；I為電池電流；V為電池負載電勢，以上三項分別表示不可逆內阻熱、可逆熵熱和混合熱。
隨后Thomas和Newman證實，在電池的設計過程中，如果減小極化濃度差，混合熱可以忽略不計，公式(1)簡化為：
目前多采用此方法，但是根據發熱功率影響因素一定要確定哪個SOC、哪個溫度、哪個充放電倍率下的內阻。
一般情況下會給出50%SOC25℃1C充放電下的內阻，但在充放電末端內阻值會變大，發熱功率也會變大。
展開 圖1 電動渡輪幾何體（由 DigitTread 供圖）
設計電動推進系統之前，必須了解需要多大功率才能推動渡輪。需要評估的第一項屬性就是提議渡輪設計的阻力和功率特性。只有工程師獲得有關設計的可靠且準確的流體動力學和阻力屬性信息之后，他們才能對電動發動機和電池組進行正確的選型。在我們的案例研究中，工程師使用高保真度計算流體力學 (CFD) 仿真軟件根據當前幾何體計算功率分布圖，如圖2所示。CFD 模板可供用戶迅速以高準確度進行全尺寸船型分析。此仿真僅需輸入幾何體、目標速度、對應最大位移的草圖。仿真會自動針對不同推進場景運行。結果會獲得阻力與速度對比曲線。
圖2 使用 Simcenter STAR-CCM+ 生成阻力與速度對比曲線
估算吸收功率
SIEMENS
系統仿真工程師現在會估算吸收功率。他們將船舶流體動力學阻力數據和螺旋槳數據添加到軟件中，從而獲得吸收功率的估算值。此值對應于以所需速度推動船舶所需的功率。仿真結果如圖3所示。
展開 采樣的特定時間間隔稱為同步間隔，同步間隔越小，功率估算或阻抗估算越準確。從電池管理系統和云端分析角度來看，需要將電壓和電流采樣的延遲控制在1ms內，滿足這項要求的主要難點在于：
1） 所有電池監控器和電池組監控器都有不同的時鐘源，采集信號過程本身就不同步。
2） 在800V電池系統里面，串聯的電池監控器數量大大提高，每個電池監控器可以測量6至18個電芯，每個電芯的數據長度為16位。大量數據需要通過菊花鏈通信接口傳輸，會消耗電壓和電流同步所需的時間預算。
3） 電壓電流采樣的濾波器均會影響信號延時，導致電壓和電流同步延遲。
從這方面考慮，電池監控器芯片的選擇就很重要，TI的BQ79616-Q1、BQ79614-Q1和BQ79612-Q1可以通過向電池監控器和電池組監控器發出ADC啟動命令來保持時間同步，通過支持延遲ADC采樣來補償通過菊花鏈接口傳輸ADC啟動命令引發的傳播延遲。
▲圖5. 高集成化的控制器涵蓋了BMS的計算任務
小結：隨著電池管理的主要架構從BMS本身往三電域控制器甚至是整車域控制器轉移，在電池管理系統里，需要簡化整個系統設計來降低BMS復雜性，同時要提升系統安全性。簡化設計之后，新方案可以提升電壓和電流采樣的精度，通過有效的電壓電流同步技術，可以對電池運行狀態、充電狀態和電池阻抗進行精確計算。
展開 第一次測量是在混凝土表面上進行的，以表征源功率譜。選擇混凝土表面條件進行離子源表征，因為可以將其視為具有可忽略不計的吸收力的理想剛性表面。記錄的聲壓級顯示在下面的圖4和5中。對于混凝土表面，來自聲源的聲壓級高于背景噪聲，但是對于道砟，低于200Hz的聲壓級可與測得的聲壓級媲美，這意味著低于200Hz的數據不能用于道砟吸收的反算。
圖4：混凝土表面的聲壓級。
圖5：道砟的聲壓級。
聲源功率估算
未在消聲室內測量聲源功率，因此，如上所述，它必須從現有混凝土表面聲壓級測量結果與模擬模型中得出。這個想法是根據混凝土表面“完全”反射條件來反算源功率，假設該功率不受表面吸收的影響。
考慮了兩個不同的仿真模型，一個邊界元模型和一個射線追蹤模型，它們都是基于VA One軟件建立的。邊界元模型和射線跟蹤模型可以提供相似的結果，但是射線跟蹤是此應用程序的首選，因為它具有更快的計算速度，不需要花費更多時間或精力來提高頻率，并且還能夠支持任何表面上的吸收和擴散效果。
圖6顯示了用于再現測試設置的光線跟蹤模型。
圖6：射線追蹤模型用于聲源功率預估。
建立了一個簡單的光線跟蹤模型，該模型將零吸收應用于地面并具有單位功率（1 [W]），以在傳感器處獲得ATF。然后，根據測量的和模擬的單位響應之比來縮放單位源功率，以獲得用于測量的實際功率譜。為此目的，開發了一種特殊的濾波器來消除兩個頻譜的共振和反共振。對每個頻率點執行此操作，可以很好地估算測量中使用的源功率。
圖7：聲源功率譜。
吸收估計過程
在窄帶中比較了來自測量和模擬的聲壓級，并針對吸收和擴散進行了靈敏度分析。吸收和擴散強烈影響直接波和反射波的相互作用。
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功率估算的最新內容
必須強調的是，這些標稱元器件殼溫值會發生變化，因為它們基于以下條件：
? 假定的布局
? 粗略的功率估算
? 封裝選擇的不確定性
? PCB 中未知的疊層和銅層分布
? 散熱器初步尺寸和設計（若已經知道是必需的）
但即便如此，它仍然是一個有用的起點，既有助于了解系統性能，又提供了一個可隨著設計的展開不斷進行優化的模型。
聲源功率估算
未在消聲室內測量聲源功率，因此，如上所述，它必須從現有混凝土表面聲壓級測量結果與模擬模型中得出。這個想法是根據混凝土表面“完全”反射條件來反算源功率，假設該功率不受表面吸收的影響。
考慮了兩個不同的仿真模型，一個邊界元模型和一個射線追蹤模型，它們都是基于VA One軟件建立的。
為船舶提供動力所需的電池功率或能量已經估算。估算結果添加到軟件中，從而計算所需型號。仿真模型如圖5所示。
R_C 模型計算器 2.0.1.1中文版
smith圓圖軟件 2013綠色中文版
Sunrise PIPENET VISION (管網流體計算模擬分
UC384X振蕩器計算工具 綠色版zdqjs
艾碼CRC16校驗工具 v1.0綠色版
變壓器磁心功率快速估算工具
采樣的特定時間間隔稱為同步間隔，同步間隔越小，功率估算或阻抗估算越準確。從電池管理系統和云端分析角度來看，需要將電壓和電流采樣的延遲控制在1ms內，滿足這項要求的主要難點在于：
1） 所有電池監控器和電池組監控器都有不同的時鐘源，采集信號過程本身就不同步。
2） 在800V電池系統里面，串聯的電池監控器數量大大提高，每個電池監控器可以測量6至18個電芯，每個電芯的數據長度為16位。
2）電池的脈沖峰值饋電功率估算
由電機的饋電功率及效率、制動過程舒適性要求、制動法規要求等因素確定。因僅考慮到電池饋電功率的極值，地面附著系數取最大值ε=0.8。由此得到前輪最大制動力：
式中：β——前后輪制動力分配系數，由整車提供為β=2.49（估值）。M取半載質量1347 kg，可得到：F fmax=7534.6 Nm。
進而根據公式（1）、（2）對各級功率進行計算，同時用蒸汽做功對汽輪機功率進行估算，計算結果見表5。
對于K-202，若汽輪機功率越小，1、2級壓縮機功率差值越大，則汽輪機運轉越不平衡，軸振動將增大。將1、2級壓縮機功率差值在汽輪機功率中的占比和汽輪機軸振動做成趨勢圖，見圖3。
發熱功率估算
電池發熱功率的表達式為：
式中：U為電池開路電壓；I為電池電流；V為電池負載電勢，以上三項分別表示不可逆內阻熱、可逆熵熱和混合熱。
功率估算電流口訣
電力加倍，電熱加半。①
單相千瓦，4.5安。②
單相380，電流兩安半。③
注意：此口訣僅適用于380/220伏三相四線系統?？谠E中的功率以 KW 或者 KVA 為單位，估算電流以 A 為單位。
說明:
① 這兩句口訣中，電力是指電動機。在三相 380V 時，電動機每千瓦的電流約為2A。即將“千瓦數加一倍”（乘2）就是電流。
②老電工常用的電流估算方法
◆三相380V電機的電流估算方法：
a、功率＞3kW電機的估算電流=功率(kW)×2A/kW
b、功率≤3kW電機的估算電流=功率(kW)×2.5A/kW
◆三相380V電熱設備的電流估算方法：估算電流=功率(kW)×1.5A/kW
◆三相660V電熱設備的電流估算方法：估算電流=功率(kW)×1.2A/kW
◆三相3000V電熱設備的電流估算方法：估算電流=功率(kW)
