The expanding market of new energy vehicles has raised an urgent demand for battery safety. As a crucial component of pouch batteries, the performance of aluminum-plastic film directly impacts the overall safety of the battery. This paper conducts a macro-level study on the mechanical performance of aluminum-plastic film and presents a comprehensive modeling method for simulating the film's behavior. Since aluminum-plastic film is a thin membrane material, conventional methods for measuring material fracture parameters are not applicable. To address this issue, the paper designs a series of experiments using simulation techniques and obtains calibrated parameters for the ductile fracture criterion of the aluminum-plastic film. Consequently, a simulation model is developed to accurately represent the fracture characteristics. The simulation results effectively reflect the actual mechanical properties and fracture behavior of the aluminum-plastic film.
In this paper, a two-stage equalization topology based on Zero-Voltage Switching Quasi-Resonant Converter (ZVS QRC) is proposed to solve the problems of long equalization time and low energy utilization of series lithium-ion battery packs. The equalization topology is divided into two forms: intra-group and inter-group, ZVS QRCs are adopted in both intra-group and inter-group, which can equalize any single cell within a group, and the equalization circuit within each pack can equalize simultaneously, which greatly reduces the equalization time, and reduces the switching loss during the equalization process by introducing quasi-resonant circuit to improve the energy utilization. Taking the State of Charge (SOC) as the equalization target, a group equalization strategy based on the Credibility Factor (C-F) inference model is proposed. The strategy defines the SOC unbalance degree of a single battery, gets the group unbalance degree according to the C-F inference model, and gets the group equalization state from the unbalance degree, to control the group for equalization. Matlab/Simulink software is used to build the model and simulate it. The experimental results demonstrate that the proposed topology saves approximately 25% of the equalization time compared to the traditional Buck-Boost group equalization topology. Under the same static and charge/discharge conditions, the equalization time is reduced by about 21% and the energy utilization is improved by about 6% after using the C-F inference model for equalization compared to the fixed-threshold method.
针对某基于蛇形通道液冷电池热管理系统,10个蛇形通道入口流速相等所导致的电池组温度分布一致性差的问题,提出了一种全新的蛇形通道分组变流速优化方案.建立了电池组的三维热模型,对各组不同入口流速下电池组散热性能进行了数值研究.结果表明:在通道1与10划分为组M1,通道2～3、8～9划分为组M2,通道4～7划分为组M3的分组下,组M1、M2、M3通道入口流速比n分别为0.4、1.8、2.0时,电池模组内单体电池间最大温度差由2.47 K降低到0.24 K,温度一致性显著提高,电池组最高温度由308.78 K降低到307.86 K,电池热管理系统散热性能得到有效改善;冷板厚度增加对提高电池热管理系统散热性能的贡献较小,电池-冷板接触面平均温度最大降幅仅为0.16 K,同时使电池热管理系统体积增大,说明在对电池热管理系统散热性能优化时,应优先考虑对冷却通道进行分组变流量设计.
近几年卫星在轨出现多次太阳电池阵输出电流减小的异常问题,通过对在轨数据的分析确认是近期频繁高发的同一类型质量问题,主要由于一段时间技术、工艺条件发生变化,而地面试验验证手段没有适应该变化,导致出现异常.针对卫星太阳电池阵研制标准及其验证试验开展研究,对国外卫星太阳电池阵在研制阶段完成的试验进行分析.重点研究太阳电池片的生产、鉴定测试和试验;太阳电池板的生产和鉴定过程中完成的测试和试验;以及对太阳电池板装配成翼后进行的测试和试验验证体系进行调研与分析研究,并与国内卫星太阳电池阵研制过程的各项试验开展对比分析,为后续太阳电池阵的研制过程试验提供参考.
以多孔碳为载体负载单质硫作为正极材料对提高锌硫电池的电荷存储能力具有重要的研究价值.以柠檬酸钾钠为前驱体直接碳化得到具有高比表面积破裂的碳纳米笼(BPCs),并以此为载体,通过熔融渗透法使单质硫均匀负载于BPCs的孔隙结构中制备出BPCs-S作为Zn-S电池正极材料.BPCs的孔隙结构可以对硫单质起到吸附作用,同时在电池反应中对正极膨胀起到支撑作用,提高硫的利用率.通过非原位XRD分析验证了转换机制的存在.
研究了特殊集流结构的圆柱F型锌镍动力电池,按照混合动力汽车对电池性能的要求,从单体、模块、电池组不同层面对锌镍电池在混合动力汽车上的应用进行了系统的评估.设计的F型锌镍电池容量为10～13 Ah,比能量达到120 Wh/kg,正极端面集流结构使电池具有良好的倍率充放电性能,30 min可以充电至80%额定容量,10 C放电容量达到额定容量的94%,-29℃仍展现出良好的启动能力.特殊设计的锌负极外层导电膜阻止锌与钢壳直接接触,抑制副反应,提高了电池的循环稳定性,1 C循环寿命超过1 200次,容量保持率在70%以上;启停循环达到20万次.过充电、过放电、外部短路、针刺情况下,电池均不起火、不爆炸.本研究为锌镍电池在混合动力汽车上的大规模应用提供了重要参考.
传统热电池多以圆柱体为主,对于武器装备电源空间的限制很大,不利于满足武器装备小型化的需求.而随型设计是实现武器装备小型化的必要途径,为了提高热电池产品空间利用率,亟需开展异形单体的研究.从异形热电池的实现途径角度出发,从异形单层片冷压技术、薄膜电极技术和绝缘技术层面,对当前国内外的相关研究进行了梳理,并对未来的发展趋势进行了展望.
针对锂电池老化过程中特征不明显、对容量波动点追踪不准确、模型长期使用后精度下降等问题,提出了一种基于灰色关联分析(GRA)-反向传播(BP)神经网络的锂电池剩余容量估计方法.通过GRA筛选出能够表征电池老化的特征量,利用计算机辅助寿命周期工程中心(CALCE)公开的锂电池充放电数据集训练BP神经网络模型,并实现电池剩余容量估计.结果表明,对于同一电池,训练集占80%时,容量衰减的估计误差为2.28%,在训练集仅占20%的情况下,估计误差为5.99%.
当前新能源汽车发展迅猛,电池作为新能源汽车的核心动力,其安全性尤为重要.为满足相关标准中对电池在碰撞、挤压、球击等工况下提出的安全方面的要求,基于某型号三元锂离子电池,对大面、底面及侧面三个方向不同位置采用球头直径为25 mm的挤压头进行挤压试验,分析其失效模式,研究表明大面正、负极相近位置及侧面更容易发生电池失效风险,并通过试验得到各个位置安全阈值.此安全阈值可以为电池包设计、整车布置、安全防护设计等提供指导,并为电池包仿真提供判定依据.
在实际工程选用时,多数工程师对线性稳压器(LDO)的性能指标不了解,市场上电源管理芯片厂家比较多,市场占有率排名靠前的公司有TI、ADI&Linear、MPS、Maxim&Dallas、Microchip、Onsemi等,面对众多厂家的产品无所适从.多数文献对LDO的工作原理、功能特点、分类介绍不够全面,参考众多资料,结合实际工作经验,介绍了LDO的基本架构和工作原理,探讨了LDO的关键指标和功能,分析了LDO输出震荡的原因和补偿方式,对硬件工程师设计选型具有较大的理论和实践指导意义.
通过溶剂热法以及化学气相沉积法(CVD)制备了ZnS@C纳米颗粒作为正极材料用于锌离子电池体系中,并通过制备碳毡夹层来改善电池的电化学性能.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)及恒流充放电测试对材料性能进行表征.结果表明,ZnS@C纳米颗粒加入碳毡夹层后可以显著降低电压的滞后效应,放电平台由0.45 V提高至0.75 V,充电平台由1.6 V降低至1.2 V.采用该正极材料的锌离子电池在100 mA/g电流密度下平均首次放电比容量高达1 302 mAh/g,比能量为976.5 Wh/kg,锌硫电池体系的循环稳定性得以明显改善.研究表明,制备核壳结构ZnS纳米颗粒作为正极材料在碳毡的协同作用下可以有效提高锌离子电池的能量密度,并为提升锌离子电池的电化学性能提供了一个新的研究思路.
锂离子蓄电池组作为卫星的储能电源,在阴影期和太阳电池阵功率不足时为整星提供能源.分析中高轨锂电池的在轨特性可作为锂电池地面研制的参考.以在轨稳定可靠工作的中地球轨道(MEO)卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的钴酸锂蓄电池为研究对象,通过长期跟踪研究对象的在轨遥测数据,从单体一致性和长光照搁置周期两方面,对应用于中高轨卫星的钴酸锂蓄电池在轨特性进行了分析.中高轨卫星用钴酸锂蓄电池的在轨特性研究可为后续中高轨卫星锂电池组一致性控制、均衡和搁置管理设计提供重要参考.
将导电性优异的多孔碳材料石墨化科琴黑和具有极性锚定硫作用的过渡金属硫化物SnS2结合以改善硫正极材料的电化学性能.以一步水热法制备了二硫化锡-石墨化科琴黑复合材料(SnS2-GKB),其与科琴黑(C)一同作为载硫体,通过155℃熔融注硫,即可得到新型硫碳复合材料(SnS2-GKB/S/C).该复合材料在0.05 C下的首次放电比容量为1 256.0 mAh/g,在2C下为322 mAh/g,远高于同等放电倍率下的硫/科琴黑(S/C)的放电比容量;在0.1 C下进行循环性能测试时,SnS2-GKB/S/C循环100次后的放电比容量也明显高于S/C的放电比容量.将碳材料的优势和过渡金属硫化物的优势相结合共同作为载硫体可以显著改善硫正极材料的电化学性能.
通过Isight设计实验(DOE),研究液冷板流道支流进出口宽度、支流倾斜角度两个结构因素对支流流量分配一致性和模组顶面温差的影响,利用STAR CCM+对冷板流场特征进行仿真,总结影响规律并建立基于DOE的迭代优化方法,针对现有的一款液冷板进行流量一致性优化,优化后的各个模组顶面温差最小,通过实验验证了优化结果的可靠性.
在航天领域使用的分布式供电系统中,大多采用DC/DC模块将一次电源转换为所需的二次电源.在系统实际应用上,传统采用DC/DC变换器和与之配套的滤波器,搭配相应的控制电路在印制板进行系统装配集成,该设计在体积上和质量上已经不能满足卫星系统高集成度和轻量化的应用需求.提出了一种系统级可重构厚膜混合集成电源模块设计方法,利用厚膜混合集成工艺将多个功能单元集成到一个微组装模块中,根据系统需求重构内部功能单元,构建功能完善且体积小、质量轻、效率高、可靠性高的分布式供电模块,满足系统应用需求.
富镍层状氧化物因高比容量和良好的倍率性能被认为是最有潜力的下一代高比能锂离子电池(LIBs)正极材料之一,但界面不稳定性和结构退化等因素导致的容量快速衰减阻碍了该类材料的商业化进程.利用LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM)的表面残锂构建了均匀的LiF涂层,并通过低温煅烧使部分F-掺杂到体相,同时优化NCM晶体表层和内部的结构稳定性.优化后的复合材料(F-NCM)在4.5 V截止电压下,以1C电流密度循环400次后的比容量为130.8 mAh/g,保持率达到68.8%.通过与未改性的样品对比,该优化策略对放电容量和循环性能显示出明显的提升效果.此外,F-NCM也表现出良好的倍率性能,在高倍率10C下,可以释放出161.9 mAh/g的比容量.
针对传统最大功率跟踪(MPPT)算法在跟踪局部阴影时的光伏最大功率失效问题,以及目前元启发式MPPT算法中较多初始种群数导致算法计算负担过大,寻优时间过长的现象,提出了一种新的蝴蝶算法(BOA)-爬山法(HC)混合MPPT控制算法.该算法利用BOA进行全局寻优,在搜索至全局最大功率附近时采用HC进行后续搜索.利用传统MPPT方法的快速收敛性来提高元启发式算法的搜索速度,减小BOA的搜索空间,加快整体算法的全局跟踪速度.利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了局部阴影下的光伏发电系统,并在相同种群数目下对粒子群(PSO)和BOA算法进行测试对比,验证了所提算法的有效性.
锂电池储能具有高比能、长寿命的优点,但安全性仍具争议,电池失效后代价惨重,因此良好可靠且成本低的锂电池储能热失控早期预警极为重要.根据锂离子电池失效后喷发气化电解液并产生CO、H2等烟气特点,CO、H2探测器分别布置于电箱内以及电柜顶部,烟感探测器、温感探测器布置于电柜顶部,电解液探测器安装于电柜中部,发现电箱内部的H2探测器、CO探测器,电柜顶部的H2探测器、CO探测器,以及电柜中间位置的电解液探测器、电柜顶部的烟感探测器分别于电芯防爆阀爆开后1 234、1 234、1 407、1 710、1 750、2 230 s报警.综合实际制造难度及成本因素,推荐在储能电柜顶部设置H2或CO探测器,以低成本、高时效实现储能电柜热失控早期报警.
在局部阴影遮挡条件下,经典最大功率点跟踪(MPPT)算法容易失效,导致无法追踪到最大功率点,针对此问题,提出了一种基于鲸鱼粒子群融合算法的多峰MPPT控制策略.该算法实现了混合算法的优势互补,增强了鲸鱼算法后期收敛效率,且避免了粒子群算法易停滞于局部极值的缺陷,提高了鲸鱼粒子群融合算法的收敛精度和寻优效率.在MATLAB/Simulink环境中建立光伏阵列仿真模型,仿真结果表明:该算法追踪过程中震荡幅度减小,能够快速准确地搜索到最大功率点.
为了解决高温质子交换膜燃料电池中磷酸流失问题,以磷酸五氢铯[CsH5(PO4)2]代替磷酸作为质子导体,基于聚苯并咪唑(PBI)/CsH5(PO4)2复合膜的研究基础,进一步在PBI膜中添加六方氮化硼(BN),从而改善固体酸与基膜的相互作用,制备了一系列复合膜.扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线谱(EDS)结果证明CsH5(PO4)2均匀分散在高温浸渍制备的复合膜的表面和内部.浸渍量测试结合X射线衍射图谱(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果表明,BN掺杂量为2.5%(质量分数)的复合膜可以达到最高的固体酸浸渍率.掺杂量为10%(质量分数)时,复合膜的机械性能下降.电导率测试结果表明掺杂BN有利于提高复合膜的质子电导率,并进一步测试了PBI-CsH5(PO4)2 和PBI-2.5%BN-CsH5(PO4)2复合膜组装的燃料电池性能.结果表明,在160℃下,采用PBI-2.5%BN-CsH5(PO4)2复合膜组装的燃料电池获得了更高的性能,峰值功率密度为220.618 mW/cm2.这些研究表明PBI-2.5%BN-CsH5(PO4)2复合膜在高温燃料电池中具有良好的应用前景.
