冷轧钢压印接头拉伸-剪切和疲劳性能研究

对冷轧钢圆形连接点和矩形连接点的压印接头进行拉伸-剪切试验,研究连接点形状对接头拉伸-剪切性能的影响.并对圆形连接点压印接头进行疲劳试验.试验结果表明,两种接头拉伸-剪切强度和刚度相当.圆形连接点拉伸-剪切过程中的能量吸收值大于矩形连接点,矩形连接点的失效形式为上板拉脱失效.应力比R=0.5,当最大疲劳载荷为接头强度的95％时,接头循环寿命可以达到137万次,为80％时,可以达到疲劳极限500万次.疲劳失效形式为上板接头处产生裂纹,裂纹方向与加载方向大致呈90°.提出了圆形点压印接头的拉伸-剪切强度预测公式和疲劳寿命计算公式,拉伸-剪切强度公式的误差为6.9％.     

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。     

车用锂离子电池电化学-热耦合高效建模方法

精确的电池模型是车用锂离子电池系统状态估计和能量管理的基础.电化学机理模型用途广、精度高,是下一代电池管理系统的重点研究对象.然而,目前电池电化学机理模型建立过程中存在参数获取困难、依赖后期参数标定等问题.为此,提出一种大容量车用锂离子电池电化学-热耦合高效建模方法.将电化学机理模型的参数进行分类,对可测量/辨识参数(几何尺寸、正负极初始化学计量比和固相颗粒最大嵌锂浓度等)进行精确的测量和参数辨识.利用不同温度下的脉冲充电试验来标定固相扩散系数Ds和反应速率常数ko进一步地,建立电池产热模型,搭建考虑温度影响的电池电化学-热耦合模型.不同倍率充放电、不同温度下的脉冲放电和动态应力工况测试下试验验证结果显示,所搭建的模型具有很好的精度和适应性,电压平均误差小于10 mV,温度平均误差小于1.1℃.参数敏感性分析结果显示固相扩散系数Ds的减小会导致电极颗粒内部锂离子浓度差变大,从而使得颗粒表面电势提前达到截止电压,降低电池容量;反应速率常数k的减少主要影响电池阻抗,将造成放电电压曲线整体下移和产热增加.所提出的建模方法可以快速高效地建立精度高、普适性好,成本低的电池电化学-热耦合模型.     

轻型无人机电池动态冲击性能研究

随着民用无人机在各领域的大量应用,其安全问题引起了广泛关注,现有研究大多是以硬物撞击的形式分析无人机撞击航空器问题,很少关注其机载锂离子电池可能带来的安全隐患。为了更好地分析碰撞过程中轻型无人机电池包的破坏机理,先通过放电容量和倍率性能试验,进行电池寿命及一致性的评估,开展不同冲击能量的电池单体落锤冲击试验,研究冲击能量与单体失效模式的关系,随后通过不同荷电状态电池包的落锤冲击试验,研究其碰撞安全特性。结果表明,试验用单体和电池包均处于许用寿命范围内,且具有较好的一致性;冲击能量大小与单体的破坏模式密切相关,三个区域的冲击能量对应着三种不同的破坏形式,中等冲击能量对电池产生了最严重的破坏;机械冲击致使电池发生内短路,进而诱发热失控是导致电池包严重破坏的主要原因,这些结果为民用无人机整机碰撞问题的研究提供有益的启示。     

电化学储能用锂离子动力电池充放电特性试验研究

为了研究储能用锂离子动力电池的充电容量特性和放电热特性,以15 Ah/3.2 V磷酸铁锂软包电池为研究对象,在不同试验工况下对电池单体进行充放电试验,分析了恒流-恒压充电阶段电池充电容量与充电倍率、充电截止电压及充电环境温度之间的关系,以及恒流放电阶段不同倍率、不同温度下电池的温升特性。研究结果为后续电池组的充电一致性和电池组热管理技术开发提供了可靠的数据基础。     

一种疲劳-蠕变交互作用寿命预测模型及试验验证

基于延性耗竭理论和损伤力学,对材料疲劳-蠕变交互作用下的延性消耗、损伤、循环周次和失效寿命之间的关系进行了分析,在此基础上,建立了一种疲劳-蠕变交互作用的寿命预测模型,模型形式简单,非常便于实际工程应用。通过1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃和520℃环境下应力控制的梯形波加载试验,用该模型进行了失效寿命的预测,可以很好地解释相同温度和加载条件下的寿命波动,预测结果与实测结果符合较好。     

焊接结构件疲劳寿命试验方法比较研究

以某现役高速列车车体局部结构为研究对象,应用有限元软件建立对应于试验条件下受试试件的静力学模型,计算得到不同加载形式下构件危险部位的应力分布;在实验室中,对取自相同焊接部位的不同形式的试件(板试样和T型试样)分别进行单轴拉伸疲劳和弯曲疲劳寿命测试,获得各自的寿命分布及其特征统计量。对比两种试样危险部位的应力分布和试验数据可知:在两种不同形式的试件、两种不同加载方式的试验中,合理选择加载参数,可以得到相近的失效部位和应力-寿命参数。     

高功率锂离子电池放电倍率对容量影响的研究

锂离子电池比能量高，循环寿命长，具有高稳定性，已应用于各个领域。研究高功率锂离子电池放电倍率对容量的影响，对不同放电倍率的高功率锂离子电池进行容量测试，明确高功率锂离子电池的容量衰减问题，得到不同倍率下循环使用后高功率锂离子电池的容量和电压曲线。采用混合功率脉冲特性方法对高功率锂离子电池内阻进行测试和计算，分析结果表明，高功率锂离子电池在高荷电状态下内阻伴随放电率的提高而减小，在较低荷电状态下内阻则呈现出一定的复杂趋势。通过研究，可以促进高功率锂离子电池的应用。     

动力电池组的均衡控制与设计

随着能源及环保问题的日益加剧,电动汽车成为未来汽车的发展方向。然而电池技术的不成熟,特别是电池成组使用时的不一致性成为制约电动汽车发展的最大瓶颈。基于现有的锂离子电池制造水平,电池单体存在一定的差异,为了避免个别单体的过充、过放所导致的电池组提前失效,提高电池组的使用性能,应对电池组中各单体进行均衡管理和控制。描述了电池的均衡控制方法、电路设计和实现步骤,并对锂离子电池进行均衡充放电试验,结果表明该方法能有效地弥补电池的不一致性。     

基于传荷电阻的锂离子电池剩余寿命预测研究

锂离子电池的剩余寿命预测对实现高效、精准的电池管理和维护具有重要意义.电化学阻抗能够反映锂离子电池内部物理化学过程特性,在电池寿命问题研究中被广泛应用.特别地,传荷电阻描述电极界面过程进行的难易程度,可用来表征电池的寿命状态.通过开展四种工况的锂离子电池老化试验,获取传荷电阻随寿命衰减的演变规律.采用贝叶斯信息准则,对多种寿命衰减经验模型进行评价,选择并确立一阶多项式形式的经验模型.在此基础上,提出基于粒子滤波算法的剩余寿命预测方法.结果 表明该方法可准确实现锂离子电池的剩余寿命预测,从而能够为电池管理和维护提供必要的电池寿命信息.     

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。     

储能电池外部短路的损伤与失效边界及其预测

储能电池外部短路故障发生伴随着电池大倍率放电、内部热量快速聚集、温度极速升高,是一种典型的电-热耦合滥用工况。针对电池外部短路：试验研究了不同初始条件下的外部短路特性,明确了短路开始至电池电压和电流突降为零的时间为外部短路失效边界;进一步分析了失效前短路时间与老化的耦合特性,应用电化学阻抗谱揭示了固体电解质膜增长为外部短路电池容量衰退的主因,且主要受电池温度影响。明确了短路开始至电池内部温度达到80℃的时间为外部短路损伤边界,为获取电池内部温度,构建了圆柱形电池集总参数热模型,建立了电池内部温度估计算法,误差<±2℃。应用长短时记忆神经网络算法构建了电池外部短路损伤边界和失效边界的预测模型。以外部短路前1 s和短路后2 s的电流、电压及环境温度作为输入,结果表明损伤边界预测误差<3.5%,失效边界预测误差<2%。该模型的应用能够加深外部短路对电池损伤的认识,为电池的安全监测提供有力保障。     

基于荷电状态的锂离子电池组主动均衡控制

针对锂离子电池组中单节电池间的差异性会对电池组的可使用寿命以及容量利用率造成严重影响,设计了一种电感式主动均衡电路。基于递推最小二乘扩展卡尔曼滤波(RLS-EKF)算法在线估算锂离子电池的荷电状态(SOC),同时以SOC值作为均衡准则对锂离子电池组实施均衡控制,实现了一种主动均衡控制策略,并开发了锂离子电池组能量均衡管理系统测试平台。实验结果表明,RLS-EKF算法的SOC估算误差在3.5%以内,并且所提出的主动均衡控制方法极大改善了电池间的差异性,电池的容量利用率大幅度提高。     

基于空气冷却技术的动力电池散热方式研究现状

电池温度是影响电池组性能的重要因素,高温会严重影响电池的容量和寿命,并对电池的结构产生不可逆的破坏,甚至会导致安全事故的发生,所以对电池组的散热是必要的.描述锂离子电池的热特性,阐述温度对动力电池的影响以及散热对于动力电池的重要性.介绍了动力电池常见的散热方式,重点介绍空冷散热方式的研究现状,并对强制冷却与主动冷却进行...     

基于可信度因子推理模型的电池组均衡方法

针对锂离子电池在成组使用过程中出现的电压、容量、内阻等不一致性问题  ,分析了传统电压均衡策略的优缺点,结合双向Cuk分组均衡器控制简单、均衡能量可双向传输及均衡电流易控制的特点,提出了一种基于可信度因子(C-F)  推理模型的分组均衡方法。该方法定义了单体电池的荷电状态(SOC)和端电压的不均衡度,利用C-F推理模型得到了电池组整体不均衡度,通过控制拓扑电路的均衡电流大小和方向减小了电池组的不一致性。对比实验表明,该方法能够有效地减小单体电池端电压和SOC的不一致性,提高电池组的整体能量利用率。     

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程。分析了五种电池布置间距下电池综合换热性能、电池最高温升、电池温度一致性、所需风扇功率及电池组体积利用率随电池间距的变化规律。研究表明权衡考虑各项性能的最优电池间距对于顺排布置为35mm,对于叉排布置为36mm。     

基于数据驱动的电池系统泛化SOH估计方法

准确可靠的电池健康状态估计是保证锂离子电池安全运行的关键,同时为失效预警提供参考。提出一种适用于电池单体和电池组的健康状态估计通用方法。首先,提出基于局部充放电数据的电池单体高效健康因子提取方法,保证健康因子和容量的高相关性和实现健康因子的在线可获取性。其次,提出考虑电池组容量衰减和不一致性的特征生成策略,利用主成分分析获取融合特征,利用双时间尺度滤波和电池组等效电路模型拓宽特征提取方法的应用范围。然后,基于高斯过程回归算法框架,考虑健康因子和容量衰减的整体关系和局部变化提出改进的高斯核函数提高估计精度和可靠性。最后,利用多个试验数据集验证算法在不同应用条件下的泛化能力。估计结果表明,对恒流放电工况的电池单体估计误差小于1.28%,在动态变温条件下电池单体估计误差小于1.82%;串联电池组的验证结果表明在各种应用场景下估计误差均小于1.43%。提高了电池系统健康状态估计的精度以及在广泛应用场景下的适应性。     

电动汽车锂离子动力电池健康状态在线诊断方法

随着电动汽车的快速发展,高比能锂离子电池的衰减问题日益受到关注,其健康状态是耐久性管理的核心参数,对延长电池寿命提高系统可靠性至关重要。以三元材料锂离子电池为研究对象,基于正负极的开路电压模型,描述正负极和全电池的匹配关系并在全新电池尺度上重构其开路电压-荷电状态曲线,分析正负极匹配关系在电池经历各种老化模式后的演变特性,从而在全新电池尺度上重构老化电池的开路电压-荷电状态曲线,并据此提出了改进的锂离子电池老化模式无损定量诊断方法,克服了现有方法必须以电池的真实开路电压-荷电状态曲线为诊断依据的局限性,从而更加适用于实车在线应用。采用扩展卡尔曼滤波算法,从电池动态电流工况放电数据中辨识开路电压随放电容量的变化曲线,并使用所提出的老化诊断方法拟合该开路电压曲线,可以定量分析电池遭受的正极材料损失、负极材料损失和可用锂离子损失。在此基础上,提出电池最大可用容量的估计方法和真实开路电压-荷电状态曲线的辨识方法,结果表明,在动态工况下容量估计误差在1%以内,开路电压-荷电状态曲线的方均根误差在6 mV以内。该方法应用于电池组,可以实现电池组内各单体电池的最大可用容量和荷电状态一致性估计。     

基于CAN总线的锂离子电池管理系统

针对不同车型所使用电池数量、电池容量等参数不同的情况,设计了一种锂离子电池管理系统。系统以单片机为核心,CAN总线通信为基础,采用分布式网络控制系统结构,实时检测电池的各种运行参数;根据电池状态进行电池均衡、故障诊断报警;通过人机接口进行系统参数标定;通过读取历史存储信息进行离线分析,改进SOC估算方法和减少故障分析成本。试验结果表明,系统运行稳定可靠,可以应用于不同车型,电压测量精度为±5mV,SOC精度为7％。