实用化壁面切应力测量技术的综述与展望

本文围绕“实用化”这一主题对低速条件下常用的壁面切应力测量方法进行综述。实用化壁面切应力测量技术指的是能够方便、可靠、经济地测量运载工具局部摩阻的方法。具体包括天平法、近壁速度法、普莱斯顿管法、图像法、热膜法等。在实用化过程中，现有的测量方法展现出各自的优缺点，其中缺点包括：不便于安装、使用与维护；传感器对运载工具姿态、振动、加速度、温度变化等因素有过大的响应；传感器无法标定或标定结果不唯一；传感器结构强度弱、易损坏、易被污染或易氧化变性；传感器昂贵导致无法实现大规模部署，等等。这些缺点限制了实际应用。本文分析了多种方法的特点和局限性，介绍了应用案例，并评估了实用化潜力。本文重点介绍了新型双层热膜摩阻测量技术。该技术利用一种具有上、下两层金属膜的双层“三明治”热膜传感器测量壁面切应力，两层热膜在相同的温度下协同工作，这样下层热膜“封堵”了上层热膜产生的热量，使其仅传给流体，进而解决了困扰该技术发展的热损失问题。该方法可根据上层热膜的发热量直接计算壁面切应力的大小，这一“免标定”特性提高了测量的便利性及可靠性，令其具有良好的实用化前景。     

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。      

锂离子电池快速寿命评价技术与方法

随着锂离子电池寿命特性的提升，以及电力储能、电动汽车和航空航天等应用领域对长期运行可靠性的需求，迫切需要在较短时间内完成锂离子电池的高精度全周期寿命评价。近年来，针对锂离子电池剩余寿命的研究较多，但对以锂离子电池寿命特性验证与鉴定为目的的快速寿命评价技术和方法缺乏系统梳理。本文分析了锂离子电池寿命评价的快速、高精度、强适用性等特点，归纳了锂离子电池寿命预测的通用技术和加速寿命试验设计流程，总结了4种可操作性强的快速寿命评价方法实例，为锂离子电池设计、制造和应用提供参考和借鉴。     

镁硫电池硫硒化合物正极材料的研究

镁硫电池是较具发展潜力的新型电池,其与锂硫电池相比具有体积能量密度高、安全性好的优点,在航空航天领域具有良好的应用前景。作为正极材料,硫理论比容量高、价格便宜,但导电性能不佳;硒导电性好,但理论比容量较低、价格较贵。制备了兼具两者优点的硫硒化合物(硫硒摩尔比分别为15∶1、1∶1、1∶15),并与微孔碳复合,发现硫硒比为1∶1的硫硒化合物/微孔碳复合正极材料SSe/C表现出最高的循环比容量,在50 mA·g~(-1)电流密度下45次循环后仍然能具有400 mAh·g~(-1)以上的比容量。因此,硫硒化合物是一种较具有潜力的镁硫电池正极材料。     

气压及加热功率对锂离子电池热安全的影响机制

随着锂离子电池的普及应用，其在航空低气压环境下的热安全问题受到广泛关注。对此，在20～95 kPa的气压环境下，以30～100 W的加热功率诱导电池热失控，通过电池热失控现象、温度及时间的分析，研究航空低气压环境下加热功率对锂离子电池热安全行为的影响机制。研究表明：气压的降低导致电池安全阀打开时间提前，但由于低气压环境下对流换热系数和特征达姆科勒数的减小，电池从安全阀开启到热失控的过渡时间延长；而加热功率的提高显著缩短了电池的热失控时间，加剧了电池热失控燃爆，同时也缩短了电池的加热时间，导致外部热源传递给电池的热量减少，热失控过程中电池表面峰值温度降低；在二者的综合作用下，电池的热失控时间总体呈现出随功率增加而减小的趋势，但气压的作用导致其变化规律呈现出明显差异。为实现气压及加热功率综合影响下电池热失控时间的预测，通过多项式拟合，构建电池热失控时间预测模型，预测精度控制在(3±2) s。     

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。