锂离子动力电池系统多尺度热安全研究

锂离子动力电池系统作为电动汽车最重要的核心部件，其动力性能和安全可靠性的提升是中国电动汽车进一步规模化发展的重大需求。锂离子动力电池的热安全问题贯穿于电池系统的整个生命周期，且在单体-模组-系统不同空间尺度下的表现形式不同。针对锂离子动力电池系统多空间尺度热安全问题，分别从单体电池生热、模组温度均一性、电池系统安全可靠性3个方面归纳总结了目前动力电池热安全设计的最新进展，并对一些重要研究成果进行了着重介绍，总结了锂离子动力电池系统热安全设计亟待解决的关键问题，提出了可行的解决方案，对今后的研究方向进行了展望，旨在为电池系统动力性能和安全可靠性提升提供有益的借鉴和参考。     

基于本体的仿真系统全生命周期管理

建模与仿真(M&S)作为一门新兴的综合性技术,已成为继理论分析和实验实践之后第3种认识和改造客观世界的方法.首先针对M&S的需求,提出了仿真系统全生命周期管理(SSLM)的概念,进而指出SSLM作为仿真系统支撑环境的一项关键技术,能对仿真系统全生命周期中的过程和信息进行全面管理,实现目前产品全生命周期管理(PLM)尚未实现的功能.建立了基于本体的面向全生命周期三维模型,提出了基于本体论的SSLM内容管理方法,定义了面向SSLM的本体,它包括基本本体、领域本体和应用本体.在此基础上,用SSLM本体定义中的谓词构成查询语句,实现了基于语义的模型查询.      

敏捷制造数据源及其实现技术

为满足产品全生命周期管理对制造数据敏捷性的需求,提出一种敏捷制造数据源的数据管理方法.分析了敏捷制造数据的应用需求,将敏捷数据源定义为一种面向产品生命周期不断变化应用需求的数据定义和管理架构,该架构包括核心对象与本体层、元数据元模型层、服务组件层以及实施层等4个层次,对该架构的特点进行了分析.提出了实现敏捷制造数据源的3个实现技术,分别是抽象元建模技术、基于规则的数据视图快速生成技术以及基于服务技术的组件重用与快速重构技术.所提出的敏捷制造数据源为支持产品生命周期内制造数据的敏捷管理、应用以及提升应用信息系统敏捷性提供了新的途径.     

基于蛇形通道的电池组液冷方案设计与优化

相较于传统汽车，电动汽车在大力发展新能源的背景下具有良好的应用前景。电池作为电动汽车的动力源之一，其输出性能极易受到温度的影响，电池热管理系统对控制电池工作温度、延长电池组寿命、保障电动汽车安全稳定行驶等都具有重要意义。针对动力电池在工作过程中因自身温度过高而产生不利影响的现象，先分析了电池的生热特性。然后，提出了一套基于蛇形通道的液体冷却热管理方案并进行优化。最后，温度场仿真结果表明:优化后的液冷结构对电池组的工作环境有显著影响，高温工况下能够使电池工作在最佳温度范围20 35℃之内，同时满足电池组内温差小于10℃的要求。      

基于改进卡尔曼滤波的电池SOC估算

以研究电动汽车动力电池管理系统为背景,以电池荷电状态估算为关键技术,介绍了荷电状态与其主要影响因素的非线性动态关系,建立了二阶RC等效电池模型.在此基础上,考虑了温度对电池内阻的影响,采用卡尔曼滤波算法、改进的安时计量法和开路电压法,结合基于温度的电池模型参数在线辨识,对电池荷电状态进行估算,通过MATLAB仿真,并与基于经验公式的卡尔曼滤波算法进行了对比,平均误差为2.46%,提高了估算精度,验证了算法的可行性和可靠性.      

高比能量锂氟化碳电池在深空探测器上的应用试验研究

深空探测任务由于重量制约以及光照强度减弱等原因,可供选择的电源有限。锂氟化碳电池技术被认为是未来深空探测器电源潜在可行的选项。对锂氟化碳电池进行了比能量、比热容、发热量测试以及低温性能和贮存性能测试,测试结果表明:锂氟化碳电池高比能量优势明显,长贮存寿命满足了深空探测器数月甚至数年飞行期间自放电率低的需求,针对低温应用需求,采用复合电极有效改善低温放电性能,而针对锂氟化碳电池比热容、发热量的测试为电池热仿真分析提供了必不可少的数据支撑。     

产品协同设计中异构模型数据融合的有效策略

针对复杂产品设计中，不同设计工具产生的模型数据之间的融合问题，提出了一种工具间端到端的异构模型数据融合策略。利用数据库管理动态特性，通过模型信息共享，实现异构模型数据之间的融合。在OpenMBEE系统集成环境中，通过建模工具CREO二次开发，利用所提策略获取全生命周期设计中的动态模型属性信息，通过3D模型编辑及重用功能测试，验证了所提策略的有效性。利用自动获取可视化模型属性信息的智能算法，设计一种基于Transformer模型与双向长短期记忆(Bi-LSTM)模型相结合的模型属性智能提取算法，利用神经网络的多层感知特性，通过对模型中属性文本信息进行深度学习、特征分析，实现了对异构数据属性信息的自动提取功能。利用CAMEO建模工具设计的需求分析模型构建模型数据集，验证了智能模型信息自动提取功能的有效性。      

低温锂离子电池研究进展

随着能源需求的日益高涨，锂离子电池（LIB）在各个领域内的应用愈发广泛。为满足极端气候等特殊应用环境对储能器件的需求，LIB需拓宽其工作温度范围。从材料和电池结构角度详细总结了应用于低温条件LIB的最新研究进展。首先，分析了限制LIB低温性能的根本原因；然后，分别从电解液的研发与优化、电极材料的改性和开发、新型电池体系的开发、电池热管理系统（BTMS）设计4个方面归纳并讨论了在低温情况下改善LIB性能的途径和方法；最后，总结了低温LIB研究亟待解决的问题，并为新一代低温LIB的发展提出了可行的研究方向。      

考虑倍率的平流层飞艇储能电池建模与分析

准确掌握储能电池的实际电量是确保平流层飞艇实现长航时飞行的关键因素之一。首先，建立了平流层飞艇能源系统仿真模型，对能量输入和消耗进行动态分析。随后，对储能电池进行不同电流倍率的充放电测试，采用多项式拟合的方法，根据测试数据建立了储能电池充放电过程中荷电状态(SOC)、剩余放电时间(RDT)、剩余充电时间(RCT)的分析模型。最后，结合能源系统能量输入、消耗模型和储能电池模型进行飞行模拟仿真，获取各部分变化数据，与已有试验数据进行量化对比分析。结果表明:所构建储能电池模型在SOC、RDT、RCT的计算误差分别小于3%、1.5%、1.5%，能够准确反映电池工作过程中SOC、RDT、RCT的变化，可为平流层飞艇平台制定优化的飞行策略提供量化支撑。      

基于热管散热平台的热光伏系统实验研究

针对深空探测同位素电源的发展需求,设计了一套基于热管散热平台的热光伏系统,采用分离型热管实现了热光伏系统的热控要求,并实验验证了热光伏系统的热电转换性能。研究了加热功率、充液量对热管启动特性、壁面温度的影响,分析了辐射器温度、电池温度对系统电输出特性的影响,并对系统的转换效率进行了评估,结果表明：采用热管散热器可有效将半导体电池温度控制于25℃以下,在辐射器温度为1 173℃时,系统热电转换效率达到12.1%。     

伺服动力电源技术发展概述

近年来，机电伺服系统在航空、航天领域得到了广泛应用，逐渐形成了新的推力矢量控制和舵面控制实现方式，并推动了伺服动力电源的多样性发展。研究了国外运载火箭、导弹及飞机伺服动力电源技术的发展现状，梳理了各类场景中伺服动力电源的应用特点及未来需求，对比了常见的热电池、锌银电池、锂离子电池及涡轮发电等各类伺服动力电源的技术特点，并提出了高电压、高比功率、高比容量（新型电池，涡轮发电）、一体化/智能化/高可靠等伺服动力电源技术的未来发展方向。     

高高原低气压环境对锂离子电池循环性能的影响

随着锂离子电池在中国高高原地区及机场的应用，其在高海拔低气压环境下的循环性能及老化机制成为一个亟须解决的问题。对此，在96 kPa-25℃（常温常压）及60 kPa-25℃（常温低压）环境下，通过电池健康状态、直流放电内阻、电化学阻抗、容量增量及微分电压曲线等电池电化学特征参数对NCM523软包锂离子电池的老化行为进行了分析。研究表明:60 kPa低气压环境加速了锂离子电池老化进程，电池内部结构受60 kPa低气压应力影响，致使电池欧姆阻抗和电荷转移阻抗较常压工况分别增加6.22%和45.76%，锂脱嵌反应受限，电池界面动力学衰退；因电池阻抗增大造成以正极活性锂离子损失主导的循环容量加速衰减，电池健康状态衰减率较常压工况高3.08%。      

基于热失控风险指数的锂电池安全评价方法

针对当前锂电池安全性研究侧重于特征参数实验测量及反应机理分析，基于风险评估理论提出锂电池热失控风险指数并应用于锂电池安全定量评价，以点燃参数乘以环境因子表征锂电池热失控风险发生概率，以热释放参数和火势增长参数表征风险造成后果。选取陆空联运的冷链货物温度监测装置中常用的锂锰电池（CR）和锂亚硫酰氯电池（ER），利用自主设计搭建的锂电池热失控实验平台获取上述参数并计算热失控风险指数。实例分析表明:适合于陆空联运的冷链货物ER14250型锂电池热失控风险指数为0.84，其安全性相对最高。所提方法可直接指导陆空联运冷链货物温度监测装置的锂电池选择，保证运输安全。      

基于改进相关向量机的锂电池寿命预测方法

锂电池具有轻便安全、循环寿命长和安全性能好等优点,作为一个被广泛应用的储能电源,锂电池健康管理和寿命预测是国内外研究的热点。建立锂电池寿命预测方法和模型,基于实验历史数据,建立电池衰减模型从而对整个电池的工作状态进行评估,及时对设备进行维护和替换,以确保电池工作的稳定。对相关向量机（RVM）的核函数进行了组合改进,优化了RVM的性能,减小了锂电池寿命预测的偏差度,提高了预测精度。      

连接方式对电池模块一致性与产热影响

为了研究锂离子电池成组使用时遇到的不一致性和温度不均的问题，基于电化学-热耦合模型，以8块软包电池为例，通过多种串并联方式建立不同的电路模块，分析在1C和0.5C放电过程中电池的温度特征和不一致性。结果表明:电池模块的均温性和一致性与放电倍率有关。不管是先串后并还是先并后串，并联支路的增加或者是串联单元数量的减少都会使电池模块的平均温升和最大温差降低，还会影响温升速率和放电结束时的电压。并联支路数相同时，先串后并模块的一致性要比先并后串好。对于先并后串的模块，其并联支路中串联电池的数量越多，放电过程中电池之间的一致性越差。对于先串后并的模块，其并联的支路数越多，电池的一致性越差。      

基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率分析方法

常用实验手段测得单节锂离子电池热释放速率无法真实反映航空运输包装件内大量锂离子电池因发生多米诺效应导致热量散失及传递过程间歇性变化。本文提出一种基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率等效分析方法,即通过自主设计的实验平台对3×3排布的典型18650型锂离子电池热失控后发生的多米诺效应及各节电池表面温度进行分析。利用FLUENT使用标准18650型锂离子电池热释放速率曲线用于同等实验条件下的锂离子电池热失控传播仿真模拟,采用二分法逐次修正标准热释放速率、使仿真和实验的锂离子电池表面温度相符。将获得等效的锂离子电池热释放速率曲线再次应用于仿真,得到各电池的最高温度及达到最高温度的时间和实验数据相吻合,验证了修正后的等效热释放速率模型可靠性。该方法可适用于各型号及不同数量包装件内锂离子电池热释放速率获取,指导航空运输锂离子电池火灾防控工程实际。     

储能钠硫电池保温层优化设计

为解决钠硫电池非真空保温结构存在的厚度过大、寿命短、可靠性不佳等问题,利用多层平壁导热理论建立保温结构数学模型,采用有限元分析软件ANSYS进行实体建模与数值模拟,分析不同性能保温材料对实际性能的影响,并提出一种通过了实验验证的钠硫电池保温结构优化设计方案.结果表明,优化方案满足了保温结构设计的需求;通过应用新型保温材料使保温结构厚度缩减了37.5%,从而减小了整体体积与重量;总结出根据材料属性与热阻安排保温材料布局的思路,保证了各保温材料在工作条件下的安全可靠.这对未来钠硫电池以及其他装置的保温结构设计与优化提供了技术参考.     

飞机总体设计过程中的数据管理

飞机总体设计中所涉及到的是海量数据,且具有数据种类繁杂的特点,同时具有很高的安全性方面的要求. 在如何利用数据库技术对海量、繁杂的飞机总体设计数据进行合理、有效地分类组织管理方面作了一些探讨. 分析了总体设计过程中所涉及到的数据所具有的特点,对设计过程中的数据进行了归纳分类;提出了利用近年来迅速发展的面向对象技术对飞机总体设计数据进行分类、管理的概念并给出了一个简单的实例;最后介绍了利用数据库管理飞机总体设计数据的一些需要注意的问题.