锂离子电池碰撞安全仿真方法的研究进展与展望

锂离子电池以优异的电化学储能和循环性能,已成为电动汽车和电动飞机等新能源装备的主要动力源。然而,其受外部冲击、碰撞等载荷导致的结构失效、内短路、热失控以及起火/爆炸等安全问题,严重制约了其进一步的发展与应用。详细总结了锂离子电池结构特性和电池机械滥用试验方法,阐述了锂离子电池在机械滥用下从力学失效到内短路和热失控的多场耦合失效机理。在此基础上,系统地综述了近年来国内外学者在锂离子电池碰撞安全仿真方法方面的研究进展,从材料本构建模、电池单体的力学建模与仿真、多场耦合仿真方法等方面总结了仿真方法的研究现状。梳理了各类仿真方法的特点、适用性与局限性,并重点讨论建模方法、仿真精度和效率等关键问题。最后,对锂离子电池碰撞安全仿真方法存在的瓶颈问题和未来的发展趋势进行展望。可为锂离子电池的碰撞失效机理研究、建模仿真和安全设计提供系统的参考与指导。     

一种锂离子电池极片组微短路故障检测方法

锂离子电池优势突出,广泛应用于各种领域。当锂离子电池在外界条件的作用下内部潜在的微短路故障暴露,会导致自放电率变大,降低了锂离子电池的可靠性。本文设计了一种检测锂离子电池极片组短路故障检测的装置,采用该装置对极片组加压,暴露出潜在的微短路点,通过绝缘电阻计测量极片组正、负极之间的绝缘电阻值,剔除具有微短路隐患的锂离子电池极片组,避免了后续锂离子电池成品使用过程中微短路故障隐患的发生,提高了锂离子电池成品的可靠性。     

不同挤压载荷下圆柱形锂离子电池的失效机理试验研究

为满足电动汽车动力电池组耐撞性设计的要求,对不同机械滥用工况下锂离子电池单体的失效机理进行了试验研究。通过对三种不同容量的NCR18650圆柱形锂离子电池进行局部压痕和平面压缩加载试验,研究了锂离子电池样本的力-电-热响应,给出了失效电池样本的横截面破坏形式,具体讨论了加载形式和电池容量对锂离子电池失效的影响。研究结果表明,局部压痕和平面压缩将导致电池分别出现内短路和外短路两种触发失效模式。随着额定容量的提高,电池的承载能力降低,从而导致失效位移减小。机械加载形式和额定容量亦对电池表面温度变化有重要影响,局部压痕失效后电池达到的最高表面温度较高,中等容量电池的表面温度变化相对平稳。     

动力锂离子电池热失控燃烧特性研究进展

频发的电动汽车火灾事故引起了对动力锂离子电池燃烧特性与火灾消防的日益重视。在动力锂离子电池起火燃烧演进的三阶段划分中,首先是外部滥用条件引发了动力锂离子电池内部材料化学反应的自我加速过程,随着化学反应放热累积和产气气体增加,导致在一定的压力下动力锂离子电池进入释放阀打开进入泄气过程,最后释放气在多种着火源引导下进入起火燃烧过程。事实上,在动力锂离子电池的热失控燃烧过程中,这三个阶段并非完全割裂,是一个复杂的并列发生现象。与传统的火灾相比,动力锂离子电池的燃烧有其特殊性,如燃烧受控条件涉及化学反应释放的热量、动力锂离子电池电能内短路后转化生成的热量、动力锂离子电池材料体系中的可燃成份、动力锂离子电池泄气中易燃气体组成等。综述动力锂离子电池热失控的演化进程、泄气的组分与浓度及毒性、动力锂离子电池单体和模组的燃烧放热量和放热速率以及燃烧过程的质量损失等燃烧特性、电池包的火灾蔓延特点与灭火剂筛选原则。针对动力锂离子电池火灾的机理及特点,总结现有研究中存在的不足、可能的改进措施以及研究尚未涉及的关键研究点。     

多拓扑结构锂电池组外短路特性分析及模型评价

新能源汽车的快速发展受到动力电池系统安全的掣肘,锂电池组外部短路故障是导致电池热失控进而引发汽车起火爆炸的主要因素之一,而不同拓扑结构及初始荷电状态(State of charge, SOC)影响锂电池组外部短路特性。搭建锂电池组外部短路故障试验平台,进行多拓扑结构锂电池组在静置工况下的外部短路试验,模拟汽车停置时电池发生外部短路故障过程,揭示不同拓扑结构及不同初始SOC对锂电池组外部短路特性的影响,为锂离子电池单体分选成组、外部短路故障诊断等方面提供数据支撑。此外,锂离子电池外部短路模型重构是进行故障诊断的基础,对不同等效电路模型对锂离子电池外部短路电压预测精度等进行综合评价,为锂离子电池外部短路电特性重构模型选择提供指导。     

锂离子电池健康评估和寿命预测综述

随着锂离子电池的广泛应用,其健康管理和寿命评估成为很多领域的挑战和热点研究问题。为此,本文针对锂离子电池健康管理和寿命预测的研究现状进行分析,重点归纳和总结锂离子电池剩余寿命预测的方法和应用现状,涵盖锂离子电池管理系统、退化状态识别和循环寿命预测三部分核心内容。最后,给出一个面向空间应用的实例,并分析了未来的发展趋势和研究挑战。     

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。     

基于层次分析法的锂离子电池产品质量风险管理评估

锂离子电池产品近年来应用广泛,关于锂离子电池安全性问题的报道屡见不鲜,引发的安全事故已经威胁到了消费者的人身安全。针对锂离子电池产品开展风险管理,对于提高锂离子电池产品质量安全监督水平具有积极的作用。针对锂离子电池产品质量风险产生的重要环节和因素进行分析,通过建立层次分析模型,得到产品质量风险评价指标权重,并针对影响较大的因素给出了合理化建议,对于实现对锂离子电池产品质量风险的系统监管,完善质量风险管理体系,实现科学监督管理起到了促进的作用。     

电动车供电单元的性能分析与仿真研究

针对电动车供电单元的控制温升问题,对电动汽车供电单元锂离子电池包的热特性进行了分析,对锂离子电池建立了数学模型,提出了锂离子电池的仿真研究方法。通过对锂电池内部结构的研究,了解其生热机理,采用Fluent软件,对电池的三维热模型进行了分析。分别仿真了在不同放电倍率和对单体电池温升的影响和不同温度对1C放电倍率的单体电池温升的影响,并将仿真结果进行了比较。研究结果表明,电池组的温升主要与充放电的倍率、电池所处的环境温度有关。充放电倍率越大,单体电池温升越快,且初始温度越高,相同放电倍率的单体电池温度越不均衡。     

基于PSO-RBF神经网络的锂离子电池健康状态预测

针对传统方法估计锂离子电池健康状态(SOH)时内部参数测量困难等问题,提出一种基于粒子群优化径向基函数神经网络的锂离子电池SOH预测方法。通过对锂离子等效模型的研究,结合充放电过程的实验数据,确定了影响锂离子电池SOH特性的几个关键参数。将试验数据输入仿真模型进行网络训练和校验。仿真证明,相比BP神经网络和普通RBF神经网络,该算法的预测精度可提高20%,节省66.7%以上的优化时间。     

广州地铁APM列车制动机理分析

根据广州市珠江新城旅客自动运输系统(APM)列车的运行特点,介绍APM列车制动系统的制动方式及其特点,分析APM列车动态制动和摩擦制动的工作机理及其区别和联系,阐明APM列车制动系统的电控制过程和气控制过程,从而为APM列车制动系统的维护和管理提供一定的依据.     

叶切面最大厚度数值计算与应用

以叶切面最大厚度的数值计算方法为基础,探讨叶切面最大厚度计算的计算机实现,介绍叶切面厚度数值计算法的应用实例.     

某型号飞机起落架支柱减振筒内壁腐蚀原因分析

飞机起落架减振支柱在飞机起落和滑跑时,吸收撞击能量,对飞机安全起降的意义重大.减振筒是减振支柱中的重要部件,本文从工艺流程、理化分析、外场使用和腐蚀机理分析等方面,对减振支柱减振筒内壁的腐蚀原因及危害进行了综合分析,并提出了相应措施.     

浊度计仪器示值误差测量结果不确定度评定

依据JJG880-2006浊度计检定规程,介绍了浊度计示值误差测量结果不确定度的评定方法,对配制标准溶液所使用的玻璃量器所引入的不确定度分量进行了分析和评定。     

电梯轿厢隔振器设计

所谓现代化的电梯是指电梯无论在结构上还是在特性、功能上都要满足人们对电梯提出的越来越高的要求 ,这其中包括①电梯的结构———采用先进的制造工艺及控制技术 ,使电梯的结构越来越紧凑、精巧、坚固、美观及实用 ;②电梯的运行性能———采用先进的自动控制理论、先进的传动与控制技术 ,使电梯在运行过程中具有安全可靠、快速、准确、平稳的特性 ,即使电梯具有良好的乘坐舒适感。而电梯运行过程中的振动 ,则是影响电梯乘坐舒适感的“痼疾”之一 ,影响电梯运行振动的因素很多 ,其中一个因素就是隔振垫的设计。本文将以某大厦一部电梯为例…     

Theory of polyhedrons of positioning accuracy of manipulators

A method of determining polyhedrons of positioning accuracy of mechanical manipulators is developed. Practical significance of the method is illustrated by numerical examples. Polyhedrons of positioning accuracy for a manipulator of 6-R type are calculated for several positions.     

Natural frequencies of vibration of a class of solids composed of layers of isotropic materials

In a recent paper, the Ritz method with simple algebraic polynomials as trial functions was used to obtain an eigenvalue equation for the free vibration of a class of homogeneous solids with cavities. The method presented is here extended to the study of a class of non-homogeneous solids, in which each solid is composed of a number of isotropic layers with different material properties. The Cartesian coordinate system is used to describe the geometry of the solid which is modelled by means of a segment bounded by the yz, zx and xy orthogonal coordinate planes and by two curved surfaces which are defined by fairly general polynomial expressions in the coordinates x, y and z. The surface representing the interface between two material layers in the solid is also described by a polynomial expression in the coordinates x, y and z. In order to demonstrate the accuracy of the approach, natural frequencies are given for both a two- and three-layered spherical shell and for a homogeneous hollow cylinder, as computed using the present approach, and are compared with those obtained using an exact solution. Results are then given for a number of two- and three-layered cylinders and, to demonstrate the versatility of the approach, natural frequencies are given for a five-layered cantilevered beam with a central circular hole as well as for a number of composite solids of more general shape.     

Method of decomposition of the interval of the values of random variables based on results of optimization of the nonparametric estimate of the probability density

A new method of decomposition of the interval of the values of random variables based on results of optimization of the nonparametric estimate of the probability density of the Rosenblatt-Parzen type is proposed. Its application in the problem of testing the hypothesis of identity of the distribution laws of two sequences of one-dimensional random variables is considered.     

活塞销孔加工工艺的改进

我公司于８０年代末引进Aspera公司年产８０万台冰箱（冷柜）压缩机生产线及软件技术，在压缩机加工中，活塞销孔（如图１所示）的加工是难点之一。用镗床加工，质量一直难以达到要求，废品率很高。后来我们将Aspera公司的加工工艺即精镗后滚光改为精镗后用金刚石铰刀粗、精铰孔，由此解决了这个技术难题。（１）原意大利Aspera公司工艺简述其工艺流程为：钻６．５通孔→扩孔至７＋０．１→粗镗７．４７３＋０．０３６、圆柱度０．０１→精镗至７．９３５＋０．００６、圆柱度０．００２→滚光７．９３８＋０．００６、圆柱度０…     

多级离心泵噪声检测不确定度评定

对多级离心泵噪声检测的不确定度进行了评定,涉及不确定度的来源及分析,A类、B类标准不确定度的评定,合成标准不确定度的评定,以及扩展不确定度的评定和噪声检测结果的报告等.