Integrated batteries layout and structural topology optimization for a solar-powered drone

The purpose of this paper is to demonstrate an integrated optimization scheme for a solar-powered drone structure. Consider a primary beam in the wing of large aspect ratio, where 100 lithium batteries are assembled. In the proposed integrated optimization, the batteries are considered here as parts of the load-carrying structure. The corresponding mechanical behaviors are simulated in the structural design and described with super-elements. The batteries layout and the structural topology are then introduced as mixed design variables and optimized simultaneously to achieve an accordant load-carrying path. Geometrical nonlinearity is considered due to the large deformation. Different periodic structural configurations are tested in the optimization in order to meet the structural manufacturing and assembly convenience. The optimized designs are rebuilt and tested in different load cases. Maintaining the same structural weight, the global mechanical performances are improved greatly compared with the initial design.     

富锂正极材料的制备及电化学性能研究

用溶胶-凝胶法结合高温煅烧过程制备富锂正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,对800℃和900℃煅烧后得到的2种材料（标记为S8和S9）进行物相和形貌表征以及电化学测试。电化学测试结果表明,样品S9具有较高的放电容量、较好的循环稳定性和较小的电荷转移电阻。样品S9在0.1 C（25 mA·g-1）时的首次充电容量为345.0 mA·h·g-1,首次放电容量为273.9 mA·h·g-1,首次库伦效率为79.4%。1 C时,首次放电容量为188.1 mA·h·g-1,循环30周后放电容量为173.3 mA·h·g-1,容量保持率为92.1%。结果表明,尽管富锂正极材料R-3m层状结构在800℃煅烧后已经形成,但仍需要经过更高温度煅烧,以提高锂离子和过渡金属离子在各自层中的有序度,从而有效地提高材料的电化学性能。      

发电-储能一体化柔性电源系统结构热特性仿真研究

基于柔性薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池、全固态薄膜锂电池(TFB)和柔性管理电路组成的发电-储能结构一体化电源系统,可以用作便携式应急电源,也可与无人飞行器、便捷式电子设备、无线传感网络节点等结合,实现自身能源的闭合供给,满足相关装备对电能源全天候、长时间、模块化等多样化应用的需求。但在实际工作中,系统的电转化效率只有30%左右,大部分太阳光的能量经太阳电池吸收后会转化成热,TFB在充电过程中也会发热。电源系统中,柔性太阳电池和TFB采用键合的方式结合,由于薄膜各层材料的热膨胀系数不同,产生的热量会在电源系统内部导致热应力,造成键合材料的分离,甚至破坏整个电源系统。通过计算机模拟柔性电源系统在月球表面环境下的工作状态,建立电源系统结构模型以及热传递数学模型,仿真得到不同结构电源系统工作时的温度场和应力场分布情况,对发电-储能一体化柔性电源系统结构优化和工作状态的掌握具有指导意义。     

基于Kalman滤波的镍氢动力电池SOC估算方法

动力电池的荷电状态(SOC,State-of-Charge)是电动车能量控制的重要参数,针对镍氢动力电池,建立了一种新的状态空间模型.电池模型采用荷电状态和极化状态作为状态向量,考虑持续充放电时电荷累积效应对电池电压的影响,对模型的状态方程进行了优化,增加了电荷累积项,以提高模型在变电流充放电过程中的精度.根据Kalman最优滤波理论,设计了电池荷电状态Kalman滤波递推算法,估算方法考虑了电池电压、电流和电池温度,给出了递推计算公式.根据恒流充电、恒流放电、脉冲充/放电、变电流充/放电实验的实验数据,对模型进行了仿真分析.结果表明,采用Kalman滤波估算方法有利于提高动力电池的荷电状态估算精度,适合应用在混合动力电动车中.      

电动泵与挤压式推进系统对比研究

对电动泵和挤压式推进系统进行了对比研究,主要考虑了气瓶、增压气体、贮箱、电池和电机等因素对推进系统的影响,结果表明:相对于传统的挤压式推进系统,电动泵供应系统已经具有明显的优势,而且能够获得更高的综合性能;锂离子电池具有较大的能量密度和功率密度,更适合应用于电动泵供应系统;采用高性能永磁电机能够使得整个推进系统的质量更轻。在实际推进系统设计时,应综合平衡发动机推力、燃烧室压力和工作时间等参数的影响,才能有效地控制电池和电机的质量,保证整个系统具有较高的综合性能。     

稀土高强铝锂合金力学性能及微观变形行为

在 2 0 90铝锂合金和添加微量稀土铈的 2 0 90铝锂合金 (2 0 90 +Ce)的拉伸性能测试的基础上 ,利用TEM技术对拉伸试样中位错组态进行了观察 ,探讨宏观力学性能与微观变形行为间的联系。结果表明 ,2 0 90 +Ce铝锂合金仍表现出较明显的共面滑移特征 ,所不同的是其滑移带比较细密均匀 ,并且具有交滑移特征 ;而不含稀土的普通 2 0 90铝锂合金中共面滑移带较粗 ,且带与带间距宽 ;弱束暗场观察发现 ,2 0 90 +Ce铝锂合金中某些大角度晶界上及附近存在较强的应变衬度 ,这说明该合金仍存在较强的局域应变倾向     

未来新概念直升机-电动直升机

介绍了电动直升机的发展前景和发展方向,分析了电动直升机存在的主要技术问题,重点阐述了西科斯基飞机公司在电动直升机领域的研究与探索,提出了三种可行性方案,并用具体数据加以论证,总结了三种方案的优缺点.     

Galileo导航卫星电源技术概述

继美国的GPS卫星导航系统和俄罗斯的GLONASS卫星导航系统之后,欧洲各国正在合作研制Galileo全球卫星导航系统。文章结合Galileo系统已经发射的两颗试验卫星,介绍了Galileo导航卫星的电源系统技术特点,并对其设计思路进行了分析,可为我国卫星电源系统设计所借鉴。     

锂电池相变材料/风冷综合热管理系统温升特性

锂电池在高倍率充放电过程中会产生大量热量,此热量不及时散出会导致电池超温进而影响电池的使用寿命,甚至导致安全事故。本文设计了一种新型相变材料/风冷综合热管理系统(TMS),并对综合热管理方式下的电池温升特性进行了实验和理论研究。基于集总参数法,结合电池生热及散热机理,建立了电池发热功率计算模型以及相变材料/风冷综合TMS电池温度场数学模型,计算了电池单体发热功率,分析了环境温度、电池充放电循环初始温度、相变温度、对流热阻以及电池和相变材料之间的导热热阻对电池综合TMS性能的影响。结果表明:综合TMS的冷却性能优于纯风冷热管理系统;电池充放电过程为非稳态传热过程,因此较高的初始温度带来超温风险;电池温度场数学模型能准确反映电池升温行为;较高的环境温度下,电池最大温升幅度降低,但可能导致电池最高温度超过安全温度;相变材料的相变温度越低,电池最大温升越低;减小导热热阻及对流热阻能显著提高TMS性能。     

氧化石墨烯辅助低温液相法合成石榴石型固体电解质

固态锂电池有望解决传统锂离子电池的安全性问题,并且能实现更高能量密度。作为具有应用前景的石榴石型固体电解质材料,其纳米粉体的制备技术研究具有重要意义。针对石榴石型固体电解质纳米粉体存在合成温度高、粉体团聚、粉体颗粒尺寸大等关键问题,提出了一种氧化石墨烯辅助的低温液相法合成石榴石型固体电解质的技术策略。该策略的主要思想是首先利用氧化石墨烯表面带有负电荷的特性,吸附石榴石金属阳离子,避免多分散聚集体的形成;然后再利用氧化石墨烯纳米片的物理分隔,在低温合成条件下,实现分散性较好的石榴石型固体电解质纳米粉体的制备。实验中,以氧化石墨烯作为模板材料,结合化学共沉淀方法,制备了石榴石型锂离子固体电解质材料。系统研究了煅烧温度、氧化石墨烯含量、煅烧气氛等对石榴石型固体电解质制备的影响。实验结果表明:当氧化石墨烯的最佳添加量为1%时,可以在较低温度(650℃)下获得单一石榴石立方相的固体电解质材料Li_(6.5)Mg_(0.05)La_3Zr_(1.6)Ta_(0.4)O_(12)。继而对比研究了添加1%氧化石墨烯与未添加氧化石墨烯对石榴石型固体电解质纳米粉体形貌及尺寸的影响,揭示了氧化石墨烯纳米片在石榴石型固体电解质纳米粉体制备中的积极作用。固体电解质烧结片的室温离子电导率约为2.5×10~(-4)S·cm~(-1),为其在固态锂电池中的应用打下了基础。