车用锂离子电池系统热蔓延试验与机理研究

动力电池的安全问题始终阻碍着电动汽车的推广,而热失控是安全问题的主因.锂离子电池在极端滥用条件下会发生热失控,同时热失控的能量会引发模组乃至系统的热蔓延.目前,单体热失控及模组热蔓延的机理被广泛研究,有关系统层级的热蔓延研究还较少.为研究电池系统热蔓延的机理,进行电池系统热蔓延试验.根据试验中系统热失控能量释放的剧烈程...     

圆柱形锂离子电池组强制风冷性能研究

随着新能源汽车的发展,动力电池成为纯电动汽车的核心技术之一.为使电池热管理系统对车用电池组温度的控制过程更加节能高效,采用合适的电池布置间距尤为重要.以26650圆柱形锂离子电池组为对象,通过Fluent仿真模拟了顺排与叉排两种布置形式下28mm、31mm、34mm、37mm、40mm五种电池间距对应的电池组强制风冷过...     

车用锂离子电池热管理系统研究

近年来,随着能源和环境问题越来越突出,锂离子电池驱动的电动汽车在缓解这些问题方面显示出了巨大的潜力和优势。与其他电池相比,锂离子电池具有比能量高、能量密度高、使用寿命长等优点。然而,受限于电池的工作温度,锂离子电池电动汽车发展面临巨大挑战。在高温环境下,锂离子电池可能会产生热失控,导致短路、燃烧、爆炸等安全问题。本文介绍了锂离子电池所使用的热管理方法,并对其优缺点进行了讨论和比较。同时,本文的最后,提出了锂离子电池的发展前景。     

锂离子电池电化学-热耦合模型对比研究

电池模型对电池系统的健康管理和故障诊断至关重要。随着电池技术的发展,电化学模型正成为研究热点。电化学模型由偏微分方程构成,计算复杂度高。模型数学重构和模型结构简化是两类降低复杂度的方法。不同复杂度模型的对比研究可为模型工程应用选择提供指导,然而现有研究多基于仿真数据且忽略了温度对电池电化学行为的影响。针对上述不足,通过理论分析、数值仿真和试验测试开展了电化学-热耦合模型的对比研究工作。基于理论与仿真分析,明确不同模型的误差来源;通过敏感性分析,提升了模型参数的辨识精度和效率;通过耦合热模型,考虑温度对电化学反应的影响,并在-10℃至45℃区间开展试验验证。结果表明,反应电流的均匀分布假设是简化模型的主要误差来源。该假设在低倍率条件下成立,在大倍率下将造成较大误差;耦合热模型来引入温度修正可有效提升电化学模型在不同温度下的精度;非简化的电化学-热耦合模型在不同温度和工况下均能保证高精度,端电压均方根误差小于25mV。简化的电化学-热耦合模型在小倍率工况下精度较好,但在低荷电状态和大倍率工况下将出现明显偏差,其最大端电压方均根误差超过50mV。     

电动汽车用锂离子电池热管理系统的研究

锂离子动力电池的能量密度较高,且具有长循环寿命特点,因而在电动汽车储能系统中得到了广泛应用。文章以微通道液冷式电池热管理系统为研究对象,深入探讨强化换热和强化结构体力学强度,以不断优化系统整体换热性能和结构强度,合理控制锂离子电池的温度,使电动汽车更具安全性和可靠性。     

锂离子动力电池热失控与安全管理研究综述

锂离子动力电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点,被认为是最具前景的一类动力电池。随着整体能量密度的不断提高和制造成本的降低,以热失控为特征的锂离子动力电池安全事故频发,严重威胁着乘客的人身和财产安全。因此,以防止锂离子电池热失控为核心的研究成为近几年电动车辆研究领域的热点,同时,相关领域的发展也需要这样的综述类文章来的引领。从动力电池安全角度出发,对目前锂离子动力电池热失控研究现状进行综述,总结了最新研究成果。较为具体地阐明了热失控触发条件和发生机理,比较全面地总结了提高锂离子动力电池系统安全性的方法,以期促进先进锂离子动力电池系统安全管理方法与策略的开发,进而提高动力电池系统的安全性。填补了该领域缺少中文综述的空白。     

交流电作用下电热致动器的热疲劳失效机理研究

针对电热致动器在交流电作用下承受交变温度载荷而发生热疲劳失效的现象,分析热疲劳失效机理。建立电热致动器的瞬态温度分析模型和力学模型,实测致动位移,实测位移与理论计算、有限元仿真结果一致。温度和应力计算表明,结构形式和施加的电压直接影响致动器的温度分布和应力大小,因最大应力小于屈服强度极限而不会发生应力引起的疲劳失效。测试交流电作用下致动位移和循环次数的关系,试验结果和理论计算表明,温度低于脆性-韧性转换温度,电热致动器不发生热疲劳失效,否则在长期循环后会发生热疲劳失效。300~600℃的温度对电热致动器的工作最有利,在此温度范围内能够精确稳定地提供数千万次的致动循环。根据失效现象,分析热疲劳失效机理,得出高温变形是引发热疲劳失效的直接原因,交流电压的幅值和频率对热疲劳的作用都能统一到温度上。     

一种不同挤压―旁路比载荷的测试方法研究

对国内外不同挤压—旁路比载荷的测定方法进行研究,在总结其优缺点的基础上,经过反复推敲、多次试验研究,提出一种简单、易行、比较准确的测定方法,并在铝合金试验件上、下两部分用应变测量法进行验证,效果良好。进而对复合材料结构常用的挤压—旁路比进行两种不同铺层材料结构测定试验,使所研究方法得到有效应用,测试结果可供飞机结构设计部门参考使用,试验方法可供结构连接件试验部门参考使用。     

六自由度振动老化条件下锂离子电池的 衰退机理诊断与 SOH 预测

电动汽车锂离子电池会受振动与老化影响而加速衰减,为了诊断振动老化条件下的衰退机理,实现健康状态(SOH)预测,采取如下措施:首先,分析电池受振动影响的衰减结果;其次,辨识衰退模式,利用容量增量-微分电压(IC-DV)曲线对衰退模式进行量化,Z组结果为:活性物质损失(36.94%)、锂离子损失(35.12%)、电导率损失(1.9%);最后,将量化结果输入建立的GA-Elman模型实现SOH预测,结果误差保持在5%以内,满足电池管理系统(BMS)预测的要求。该研究为振动老化条件下锂离子电池的衰退机理诊断与SOH预测提供了依据,有助于BMS制定相关策略延长电池使用寿命。     

锂离子电池外部短路电压行为预测模型评价

锂离子电池外部短路瞬间产生大电流引发安全事故频繁发生,精确的模型是风险预警的基础。围绕外部短路故障,从不同初始荷电状态(State of charge,SOC)、不同温度两方面开展了Thevenin等效电路模型与单粒子电化学模型的电压预测精度评价与复杂性对比。结果表明,Thevenin模型精度随初始SOC降低而下降,随环境温度升高上升;单粒子模型精度受初始SOC影响较小,随温度升高先上升后下降。针对Thevenin模型短路中精度下降等问题,提出了应用电感元件的模型优化方法。模型方均根误差小于60 mV,精度提升了76%;针对单粒子模型在外部短路大电流中精度变差的问题,提出了使用双电层放电和锂离子扩散限制进行建模的模型优化方法。模型方均根误差小于40 mV,精度提升了64%。优化后的模型分析结果表明：Thevenin模型实时性高,单粒子模型弥补了电池漏液时Thevenin模型的失效,但计算复杂;前者可用在外部短路的前期诊断和预警中,后者可用在外部短路发生后的热管理或热安全研究中。     

锂离子电池简化电化学模型理论误差分析研究

准确的电池模型是电池状态估计和能量管理的基础。锂离子电池电化学模型描述电池内部机理,具有物理意义明确和准确度高的优点。目前,常用的电化学模型为P2D伪二维电化学模型、SPM单粒子模型和SPMe考虑电解质动态的单粒子模型。其中,P2D模型的精度最高而计算量最大,而简化模型SPM或SPMe的计算效率高,但存在模型简化产生的误差。为探究误差的产生机理,首先比较SPM、SPMe和P2D模型的电极电流源、固相浓度和液相浓度,然后从平衡电势、过电势、液相浓差极化电势、液相欧姆压降和端电压对简化模型进行了误差分析,并指出误差传递路径。结果表明,电极电流源是模型端电压误差产生的根源,液相正负极欧姆压降和负极平衡电势误差是端电压误差的主要来源。上述结果可为SPM和SPMe模型的误差补偿方法设计提供理论依据。最后还提出了模型端电压误差补偿建议。     

车用并联电池组不均衡电流建模与仿真分析

车用锂离子电池在实际使用过程中通常需要进行串并联以满足功率输出和能量存储的需求。然而电池间不一致带来的并联电池组内不均衡电流会影响电池组寿命和安全。建立一种N节单体电池并联的电池组等效电路模型。试验结果表明,此等效电路模型在稳态和动态工况均有较好的精度。此等效电路模型可以用于预测并联电池组内部的不均衡电流,分析不均衡电流的分配原理。仿真分析结果表明,容量和内阻的不一致性增加会带来并联电池组内部不均衡相对量I_Re和SOC_Re的增加。容量增加20%,I_Re增加17.0%,SOC_Re增加3.7%;内阻增加100%,I_Re增加18.2%,SOC_Re增加5.7%。     

基于充电曲线特征的锂离子电池容量估计

准确的容量估计对锂离子电池管理具有重要意义。通过电池循环老化试验,归纳出老化过程中与电池容量衰减相关的充电曲线特征。通过计算充电曲线特征与衰减容量的相关系数进一步确定特征的电压区间。建立以径向基函数为核函数的相关向量机模型,以5个特征为输入量、电池容量为输出量进行数据训练,然后以筛选出的相关矢量进行在线容量估计。结果表明,该电池容量估计算法精度在2.2%以内,且算法收敛性较好。     

利用双卡尔曼滤波算法估计电动汽车用锂离子动力电池的内部状态

以电动汽车的研发为背景,建立用于电动汽车中作为辅助动力源的锂离子动力蓄电池的等效物理模型及其离散形式的状态空间方程,然后分别介绍如何基于卡尔曼滤波算法在线估计电池内部的荷电状态和寿命状态。在此基础上,介绍利用双卡尔曼滤波算法同时在线估计荷电状态和寿命状态的算法原理,并设计出相关的电池测试试验,利用在此试验过程中所采集的包括电流、电压等数据对电池的内部状态进行估计。对试验结果的分析表明,利用双卡尔曼滤波算法在线估计电池内部状态是有效的,并且估计精度也相对较高,可以较好地反映电池内部的真实状态。     

面向“双碳”战略目标的锂离子电池生命周期评价：框架、方法与进展

在国家“双碳”重大战略驱动下,锂离子电池在迎来了重大发展机遇的同时,它的全生命周期碳足迹追踪与环境指标评价成为研究热点,在碳排放计算及减碳措施方面遇到严峻挑战。首先,对全生命周期评价的基本框架、基本方法、评价指标等基础共性问题进行简要概述。然后,从锂离子电池可持续发展出发,提出从“摇篮”到“摇篮”的全生命周期闭环评价路线,对电池全生命周期内(包括电池生产、电池使用、梯次利用、电池回收与再制造等环节)各阶段碳排放计算的研究现状与进展进行详细综述,总结各阶段潜在的研究热点与难点,提出一种“技术-生态-价值”综合评价框架。在此基础上,对锂离子电池生命周期价值评价存在的机遇与挑战进行讨论,对资源风险与供应链风险进行分析与梳理。最后,总结与展望了能源脱碳、体系创新、智能制造、优化管理、材料回收、碳捕集等六大潜在的锂离子电池全生命周期减碳措施。     

变速箱同步器失效过程与失效机理分析

为分析变速箱同步器的失效过程和失效机理,在自行研制的试验台上对变速箱同步器进行试验。试验过程中,获得每一次换挡时锥体的转速、结合套的位移和摩擦力矩与换挡时间的关系曲线,以及摩擦因数与换挡次数的关系曲线。试验完成后,对摩擦副表面利用扫描电子显微镜和白光干涉形貌仪进行观察,对润滑油内的铁含量利用原子发射光谱仪进行测量。结果表明,随着换挡次数的增加,摩擦因数在不断降低,使得同步器锥体获得的加速度不断减少而在同步阶段所经历的时间不断延长,并最终导致同步器失效。在换挡过程中摩擦副表面的微凸体被磨损以致油膜难以破裂,使得固体摩擦因数所占比例不断降低而油膜摩擦因数逐渐占主导优势,是引起摩擦因数不断降低的主要原因。     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。     

武器击发机构典型失效机理灵敏度分析

灵敏度分析在设计和修改、优化设计、产品维护等方面都起着非常重要的作用,灵敏度分析的方法是一种可以获得零部件灵敏度的数值方法。基于iSIGHT-FD多学科优化软件,分别运用了拉丁方和正交数组的试验设计方法对武器击发机构典型失效机理,即摩擦力引起的击发机构失效情况进行了分析。