基于电化学-热耦合模型的锂离子电池组件产热分析北大核心CSCD

研究电池电化学过程产热对锂离子电池的热管理至关重要。本工作建立了三元NMC锂离子电池的电化学-热耦合模型,首先通过对该电池进行不同倍率的放电与温度实验测试,验证了该模型在电压和温度变化预测准确性。然后针对不同温度下的表现进行模拟仿真研究。在室温下,无论倍率大小,负极产热总是小于正极产热,虽然负极的极化热高于正极,但其可逆吸热较大,导致产热水平低于正极。而随着放电倍率的增加,正极产热所占比例减小,负极所占比例先增加后减小,而集流体产热所占比例持续增加。然而,低温条件下的电池放电表现出与室温情况不同的产热特性,首先,低温导致低倍率负极产热率比例大大增加,负极可逆热为总可逆热的主要贡献热。而高倍率负极产热率减少,正极则呈相反趋势。其次在低温下放电时间随倍率增加呈现不同趋势,高倍率下放电电压快速降低导致放电不完全,在低倍率0.5~1 C放电运行时出现了电压反弹现象但基本放电完全,这是由于低温限制了负极颗粒内部锂离子及时向外扩散,造成电阻增加与电压快速降低,同时大量产热导致自身温升,从而在低倍率下获得电压反弹并保持持续放电的能力。     

18650三元锂离子电池的放电热特性

通过某18650型NCM锂离子电池在恒温箱温度为40℃、25℃时的0.5 C、1 C、2 C放电倍率实验与0℃、-25℃时0.5 C倍率的放电实验,得到不同温度与放电倍率下电池的电压与温度曲线,并验证电化学-热耦合模型的可靠性,在25℃时模型精确度最高,电压误差为0.07 V,温度误差为0.8℃,-25℃时精确度最低,电压误差为0.6 V,温度误差为1.5℃.借助模型进行25℃时电池的电极产热分析,并模拟25℃温度条件下2 C放电时的温度场分布,放电结束时电池正负极极耳处温度最高,具体数值为34.8℃,与气流正对的电池表面的温度最低,数值为34℃,在气流后侧距电池中心50 mm处的模型边界处受电池产热与气流的影响温度上升4℃.     

Simulation and verification of lithium-ion battery temperature changing process

针对软包锂离子电池放电过程中温度变化过程进行研究,依据电池产热基本理论,通过内阻实验及0.5 C放电倍率下的温升实验计算出瞬态生热率曲线,得出电池熵热系数,建立生热速率随放电深度不断变化的瞬态生热模型,基于该模型进行不同放电倍率的温度仿真模拟,并与实验进行对比。结果表明,温度变化模拟结果与实验相吻合,生热率变化模拟结果与实验计算值相符合,模型可以很好地模拟电池在不同放电倍率下的温度变化,对电池温升过程分析及电池热管理过程控制具有指导意义。     

Thermal simulation for lithium-ion capacitor during discharge process

作为一种新型的电化学储能装置,锂离子电容器的热性能尚未得到重视,因此研究锂离子电容器在放电过程的温度场分布具有重要意义。通过建立三维有限元模型,利用workbench有限元软件对不同环境温度与不同放电倍率下软包锂离子电容器放电过程的温度场进行模拟研究。结果表明,在放电过程中温度逐渐升高且最高温度出现在电芯的中心区域,放电倍率越高温升越大;锂离子电容器单体的内部温差受外部环境温度影响较小。通过与实验结果进行对比验证,表明此生热模型能较好地反映锂离子电容器在实际放电过程中的温升情况,有助于其性能优化和结构设计。     

Lithium battery thermal management system for hybrid vehicles

为研究动力电池组的温度特性以及维持其工作在最佳的温度范围内,以锂离子电池为研究对象,设计了一种新型混合动力汽车的电池热管理系统,利用空调系统和发动机排气系统来调控电池组的温度。建立了锂电池组的三维瞬态产热数值模型,以电池组的三维尺寸和进风口流速为输入参数,以降低电池组的最大温升和提高电池组的温度均匀性为输出参数,利用FLUENT仿真软件和DesignXplorer模块进行联合优化设计了电池组的结构。优化后的电池组的温升比优化前降低了5.39 K,电池组温差降低了6.41 K。分析了恒倍率放电以及对流换热系数对单体电池温升的影响,研究表明：放电倍率越大电池温升越快,放电结束后电池的温度越高,在对流换热系数小于30 W/（m²·K）时,散热效果明显。对电池组在不同条件下加热或者冷却进行了仿真分析,验证了该电池热管理系统的可行性。     

锂离子电池产热特性理论模型研究进展

本文根据近年来锂离子电池产热特性方面的研究,详细阐述了锂离子电池产热的基本原理,并总结了国内外锂离子电池产热模型的研究现状。重点针对电化学-热耦合模型、电-热耦合模型以及热滥用模型进行了详细综述,并在此基础上对锂离子电池热效应的研究和产热模型的建立进行了展望。     

Review on heat generation theory model of lithium-ion battery

本文根据近年来锂离子电池产热特性方面的研究,详细阐述了锂离子电池产热的基本原理,并总结了国内外锂离子电池产热模型的研究现状。重点针对电化学-热耦合模型、电-热耦合模型以及热滥用模型进行了详细综述,并在此基础上对锂离子电池热效应的研究和产热模型的建立进行了展望。     

锂离子电池电-热耦合模型分析及其温度场仿真研究

锂离子电池由于放电过程产生大量的热,不可避免的使得电池温度升高。研究大倍率放电时的电池温升,忽略电化学反应热,进一步简化原有的生热模型。为了得到电池温度分布,从电池内部结构出发,根据电流密度在集流板上的分布以及极耳处的收缩/扩散效应,分析集流板上电流密度的分布规律,从而建立电池的电-热耦合模型。通过生热模型模拟电池放电过程的温升现象,并与实验结果对比,发现模拟结果与实验结果能够很好地吻合。文章给出了电池在不同放电倍率条件下放电终了时的温度分布图,并解释了造成这种分布现象的原因。     

NCR18650A电池的充放电温度特性与管理

采用实验测试与数值仿真的方法对NCR18650A三元锂电池组在1 ~ 3 C放电和1.6 C充电过程的温升特性进行测试,同时验证所建立电池产热模型的准确性。结果显示,实验测试结果与电池产热模型仿真结果之间的相对误差在合理范围内,满足工程应用需求。电池组在自然冷却的情况下,仅在1 C放电状态下符合其最佳工作区间42.5 ~ 45.0℃的要求,3 C放电倍率下最高温度为89.4℃。提出并建立基于热电致冷主动热管理模型,将热电致冷组件设置在电池组上方,致冷功率为50 W时可有效控制电池组3 C放电过程的温度,在最佳工作区间实现电池单体温差小于5℃,抑制电池组的热失效并实现良好的均温性。     

超高功率密度锂离子电池放电性能及容量预估研究

研究一种以钛酸锂氧化物（LTO）为负极材料的锂离子电池，对电池在不同倍率下的性能以及温升情况进行研究，并对电池在66C(C为最大容量)的放电倍率下进行连续循环放电测试，通过实验可得：电池在66C状态下达到最大温升，最高温度51.72℃，达到最大温差25.65℃，其中最大产热率为739.97 W,66C放电倍率下电池放电深度仅为总电量的42%，随着循环次数以及放电倍率的增加，电池的内阻呈逐渐减小的趋势，最小为0.63 mΩ。最后根据电池在高倍率下的循环放电，对卡尔曼滤波算法进行改进，应用扩展卡尔曼滤波算法对电池的容量衰减进行预测，验证了此算法在高倍率放电情况下的适用程度，误差最大控制在0.05以内，达到了良好效果。     

Unerroric of control of mutual compliance of the efficiency of hydrogen engines of unmanned vehicles in the conditions of mass production

The issues related to the reliability of hydrogen engines of unmanned vehicles and increasing the efficiency of using hydrogen as fuel when using the method of its production during the decomposition of hydrogen-containing molecules of liquid-phase organic compounds in a plasma discharge under the action of intense ultrasonic exposure are considered. Experiments have shown that as a result of decomposition in the acoustoplasma discharge of liquid hydrocarbons, solid-phase carbon-containing products are formed, chemical transformations occur in the liquid phase and hydrogen-containing combustible gas is formed. Hydrogen-containing gas can be used as fuel immediately after synthesis, i.e. it does not require separation, since in addition to hydrogen it contains only impurities of CO₂ and water vapor. The purpose of the study is to formalize the basic conditions for tightening the control of mutual compliance with the efficiency of hydrogen engines of the same series in the conditions of their mass production. Methods of mathematical statistics and hardware-software modeling were used in the study. The term “unerroric of quality mutual compliance control” is introduced to describe a set of hardware and software tools for such control. The principle of in-depth testing of the technical condition of such engines of one series is described in a multidimensional formulation of the quality control problem for three of their operating parameters at once. The conditions for increasing the mutual correspondence of the measured values of such parameters in the conditions of serial production of hydrogen engines are formalized.     

煤焦混烧时粉尘化学成分和比电阻对静电除尘效率的影响

文章介绍了在煤焦混粉燃烧的情况下，粉尘化学成分和粉尘比电阻的变化对静电除尘器效率的影响。     

MgO膨胀剂细度对MgO水化和水泥浆体膨胀的影响

基于《水工混凝土掺用氧化镁技术规范》中的Ⅰ型氧化镁（MgO）,研究了该型MgO膨胀剂（MEA）细度对掺粉煤灰水泥浆体膨胀性能的影响。即采用X射线衍射分析(XRD)及同步热分析（TG DSC）分析了掺MEA水泥浆体中MgO的水化性。结果表明,养护温度相同时,MEA的细度对水泥浆体内MEA中MgO的水化和水泥浆体的膨胀无显著影响,产生的膨胀均能补偿水泥浆体的收缩;MEA的细度可从试验设计采用的45 μm筛筛余15%左右增加到30%左右,这将有利于MEA生产企业的节能降耗。     

不同方向地震激励对水工隧洞位移的影响

目前在研究水工隧洞地震响应时只考虑了单向地震激励,忽略了双向地震激励,故不能合理地分析不同方向地震激励对水工隧洞位移的影响。因此,选取合理的材料参数和模型边界条件,应用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对单向地震激励和双向地震激励下的水工隧洞进行了位移分析。结果表明,不同方向的地震激励对水工隧洞的水平位移和竖直位移影响不同,水平位移主要受x方向地震激励影响,竖直位移主要受y方向地震激励影响,并根据单向地震激励和双向地震激励存在的相关性,建立了位移数学关系模型。     

柴油理化性能的分析与质量指标的控制

对柴油的化学组成及物理性质进行了分析,叙述了柴油理化性能与柴油机工作状态的关系,探讨了柴油质量指标的控制措施,为今后的柴油检验和机车检修工作提供了实用的理论依据。     

摩托车整车振动分析

针对春兰CL250T摩托车研制过程中的出现的振动现象，分析了各种振动原因。通过试验模态分析和结构分析，找出结构存在的缺陷。通过改进局部设计和工艺等措施，使整车振动问题得到解决。     

Heat of vaporization of mixtures

General expressions for the heat of vaporization of mixtures at constant pressure; at constant temperature; and at constant pressure, temperature, and composition are proposed. The last one is related to the liquid-vapor interface where steady vaporization or condensation is taking place. Numerical examples by the proposed expressions are shown for binary mixtures of HCFC22(R22) and (HCFC123(R123) © 1997 Scripta Technica, Inc. Heat Trans Jpn Res, 25(1): 12–24, 1996     

气门锁夹槽位置检测

气门圆弧形锁夹槽中心至杆端面以及至盘锥面量规线的距离(如图1中L、H). 在过程检验中如用普通量具难以测量,如用仪器测量则速度慢,效率低.为便于生产过程控制,确保工序质量,我们采用锁夹槽定位,用标准件比较测量的专用检具(如图2)进行测量.为保证锁夹槽定位准确以适应不同型号的气门,并防止气门测量时轴向窜动和左右摆动,采用了V型定位叉,使锁夹槽以四点定位,V型叉口的宽度,根据锁夹槽圆弧半径大小确定:约为圆弧的三分之二处(图3,图4).     

小型锅炉烟尘测试时锅炉出力的计算

锅炉烟尘测试时,必须对锅炉出力进行测试。但监测中,许多小型锅炉往往不具备相关的计量装置和仪表,为解决这一问题,文章提出了用烟气量和空气过剩系数来计算锅炉的出力的公式,在实际使用中,该方法简单易行,其结果和实测值具有很好的一致怀。     

关于发展天然气电厂的讨论

世界发电燃料结构在不断的转换过程中。18世纪60年代从薪柴转到煤炭,19世纪到20世纪初大量发展燃煤电厂;20世纪20年代又从煤炭转向石油和天然气,20年代上半叶又大量发展燃油电厂;20世纪末由于天然气生产的发展,天然气因环境影响小,受到工业发达国家的青睐,加速发展天然气电厂。我国70年代初和90年代曾两次发展燃油电厂,由于石油危机和石油价格暴涨而受到制约,不得不实行以煤代油,改造燃油电厂。现在似乎认为燃油电厂不能再搞,但又出现发展燃气电厂的热流,发展燃气电厂确实是当今的世界潮流,但是同当年发展燃油电厂一样,要研究是否符合中国的国情?