PEMFC船形堵块阴极流场的性能

建立流体体积(VOF)两相流模型,研究船形堵块流道的排水性能。建立不同开孔率的船形堵块流道三维模型,研究船形堵块及开孔率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。船形堵块流道峰值净功率密度相较于传统直流道可提升9.4%,相较于同堵塞率下的梯形堵块流道可提高2.9%,具有较好的强化传质作用。通过提高船形堵块流道的开孔率,PEMFC可以获得更好的性能。在相同开孔率下,船形堵块流道的氧气摩尔浓度较直流道和梯形堵块流道分别提高28.6%和14.0%。结果表明,相较于传统直流道,船形堵块流道可降低排水周期和流道内平均水含量,具有更好的排水性能。

不同放电倍率下软包锂离子电池非均匀生热表征方法

软包锂离子电池非均匀的温度分布严重影响其循环性能、使用寿命和安全性。针对软包锂离子电池生热的建模表征复杂且精度不高的问题,提出了一种基于生热分布因子的软包锂离子电池非均匀生热表征方法。将电池划分成不同区域,并将生热分布因子引入Bernardi生热公式中获取不同区域的生热率;通过传热和优化数值模拟求解电池的温度分布,同时辨识不同区域的生热分布因子,分析了软包电池生热非均匀分布特性;采用三次样条差值法推导了生热分布因子与放电倍率的对应关系,研究了不同放电倍率下生热分布因子的演化规律。实验结果表明,该方法所建立的热模型在2.75 C和3.75 C下的温度估计值的平均绝对百分比误差最大不超过1.55%,该方法能够准确估计电池非均匀的生热率,并实现电池温度分布特性的有效表征。

光伏硅弃料制备锂离子电池硅负极的性能

纯硅的导电性差,且纳米化、非晶化技术成本高。光伏行业用硅的产业化程度高、导电性好,弃料可在锂离子电池硅基负极实现再利用。以光伏硅弃料为原料,采用机械球磨法制备纳米硅和非晶/纳米硅材料。制备的材料均具有较高的可逆比容量和稳定的循环性能,以0.2 C在0.005~0.900 V循环100次,纳米硅剩余的比容量为2 123.32 mAh/g,非晶/纳米硅剩余的比容量为1 367.70 mAh/g。

引入PID反馈的SHAEKF算法估算电池SOC

电池荷电状态(SOC)的估算精度是电动汽车电池组的重要指标。为提升SOC估算精度,在融合Sage-Husa扩展卡尔曼滤波(SHEKF)算法与自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法的基础上,增加比例积分微分(PID)反馈环节,形成改进算法。采用粒子群优化(PSO)算法对二阶RC等效电路模型进行参数辨识;用开源电池数据集对模型和算法进行实验和分析。改进的SHAEKF算法在电池动态应力测试(DST)、北京动态应力测试(BJDST)和美国联邦城市驾驶(FUDS)等工况下的平均估计误差都在1%以内,与单纯的融合算法SHAEKF算法相比,最大误差可减小5%。

调控电解液溶剂组分实现LCO/C低温18650电池循环寿命显著提升

低温18650电池的循环寿命一直是限制其发展的关键因素,为了实现长循环寿命与低温性能的兼顾,通过调控电解液溶剂组分,对比分析了不同电解液对电池倍率性能、高低温放电、荷电保持率、循环寿命、EIS阻抗变化等的影响。结果表明,电解液组分设计对电池性能有显著影响,通过低熔点的长链线性羧酸酯部分取代碳酸酯及短链羧酸酯,既可以实现较好的低温性能,同时又提升了高温稳定性。EP、PP的比例对于LCO/C电极体系循环稳定性有重要作用。其中溶剂组分EC+EP+PP(质量比2∶5∶3)具备最佳的综合性能,研制的LTB电池5C放电容量保持率达99.86%,-40℃/1C放电容量保持率达92.84%,循环1000次后低温-40℃/1C放电仍然达到初始低温放电容量的90%,常温循环1500次容量保持率达85%,低温-10℃循环500次容量保持率82.4%。

软包装锂离子电池表面凹坑缺陷检测方法

软包装锂离子电池表面凹坑缺陷对比度低、缺陷区域过小且存在反光,传统方法很难进行准确检测。提出一种基于图像增强和改进DeepLabV3网络的软包装锂离子电池表面凹坑缺陷检测方法。通过分析表面凹坑缺陷图像特征,采用图像增强算法对图像进行预处理,以增强凹坑缺陷对比度。对DeepLabV3网络进行改进,使用ResNet101作为特征提取网络,同时引入位置注意力模块,使得模型更加关注于凹坑缺陷相关特征,提升网络的检测精度。改进后的网络在自制数据集上的平均交并比达到85.98%,缺陷检测准确率达到98.33%。

基于主动方波激励检测锂离子电池早期内短路

锂离子电池内部短路(ISC)的早期检测对于避免潜在安全风险至关重要。现有的故障检测方法在检测早期短路时准确性较差,且需要大量的数据。以18650型锂离子电池为研究对象,通过在电池充电过程中施加微小的电流激励信号,借助极化压升与激励压升,发现锂离子电池在短路时压升异常规律。该方法在荷电状态(SOC)较低时效果更明显,对120Ω以内的短路检测有效,且适用范围可根据采样精度调配,可用于锂离子电池的常规短路检测。

考虑应力特征的锂离子电池SOC估算

准确估计荷电状态(SOC)是保证锂离子电池可靠运行的基础。提出基于多维特征特别是结合力信号的数据驱动的SOC估算方法,对锂离子电池应力特征进行Savitzky-Golay(S-G)滤波,形成优化重构后的应力信号。提出基于麻雀搜索算法(SSA)改进的反向传播(BP)神经网络,提高神经网络的全局寻优能力。用恒流(CC)、联邦城市驾驶工况(FUDS)进行评估。在BP神经网络中,相比于单纯使用电信号,考虑应力特征的SOC估算的均方根误差(RMSE)降低89.1%,平均绝对误差(MAE)降低88.8%,考虑应力特征的SSA-BP神经网络的SOC估算误差在0.3%以内,鲁棒性和精确性更高。

温度自适应SMO算法估计锂离子电池的SOC

现有对锂离子电池荷电状态(SOC)的估计,没有考虑温度变化导致的SOC估计准确度降低。提出一种考虑温度的滑模观测(SMO)法进行SOC估计。基于混合脉冲功率测试(HPPC)实验的数据,得到18650型LiFePO4锂离子电池的SOC与温度、参数之间的拟合式,通过台风(Typhoon)系统进行半实物实验分析。温度自适应SMO算法在低温或常温工况下的平均误差较传统SMO算法降低0.3~0.5个百分点,直接通过拟合式所快速估计的SOC较温度自适应SMO算法平均误差在2%左右,常温25℃工况下误差低于1%,能够实现较高的估计精准度,为快速估计SOC提供了较好的算法参考。

叠片式锂离子电池在线快速CT检测技术

锂离子电池行业对电池质量检测方法的需求日益增长。针对叠片式电池X射线检测方式存在的图像遮挡和不能直接测量x、y方向包覆量的问题,提出一种快速计算机断层扫描(CT)定向重建技术。通过2维(2D)定位切片位置,重建3维(3D)体素数据的两张x、y方向切片图像,再进行正负极顶点定位,实现对包覆量的直接精确计算。使用所提方法的快速CT检测设备与传统2D检测设备相比,误判率可降低2~3个百分点。

铬氧化物材料在锂电池中的应用与研究进展

铬氧化物既能够作为正极材料,也可作为负极材料应用于锂离子电池中。多电子反应的铬氧化物作为正极材料时具有较高的理论质量比容量和工作电压,其中Cr_(8)O_(21)和Cr_(2)O_(5)是当前研究中关注度最高的多电子反应的铬氧化物,也是非常有前景的锂电池正极材料。铬氧化物中能够用作锂电池负极材料的主要是Cr_(2)O_(3),它不仅有较大的理论比容量,又有较低的放电平台,成本也相对较低。介绍了Cr_(8)O_(21)和Cr_(2)O_(5)正极材料的最新研究成果,并介绍了放电机理、制备方法、改性手段及应用,同时,比较分析了不同制备工艺下制得的样品结晶度、形貌和电化学性能。负极方面介绍了Cr_(2)O_(3)的电化学特性及其在电池方面的应用,综述了一些改性方法以解决材料的导电性和循环性能问题,如包覆、掺杂、纳米结构化等,这些研究成果为未来锂离子电池负极材料的选择提供了新的研究方向。

基于电压曲线诊断锂离子电池的故障

锂离子电池在电动汽车中应用广泛,电池的不一致性故障与内短路故障是电动汽车的严重安全隐患。采用绝对中位差方法来放大电池组故障电池的电压特性;再利用非局部均值滤波算法进行滤波,得到平滑的故障电压特征;最后,通过动态时间归整(DTW)算法计算特征值曲线之间的相似度距离,实现故障电池自动定位。使用运行车辆电压数据进行验证,发现该诊断方法对两类故障车辆均具有良好的检测效果:一是故障电池DTW距离长期偏离其他电池的不一致性故障车辆;二是故障电池DTW距离短期偏离其他电池的内部短路故障车辆。与余弦相似度进行对比,验证所提方法的准确性更高。

基于机器视觉的电芯绝缘介质定位算法

为保证电芯绝缘介质定位的准确性和时效性,文章提出一种基于双线性插值亚像素坐标结合改进随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法的绝缘介质定位算法。对工业采集的图像进行空间滤波、阈值分割等预处理操作,分割出目标并增强特征;运用Canny边缘检测算子检测边缘,选取定位轮廓并根据最小外接矩形分离4条边缘直线,用双线性插值公式精确定位边缘直线亚像素坐标;采用部分点先验模型约束RANSAC算法提取4条边缘直线的高质量内点,再用最小二乘法分别拟合4条边缘直线并计算出相应偏移量。实验结果表明,该算法能有效保证绝缘介质的定位精度且具有一定的时效性,可以较好地满足实际生产应用的要求。

富镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)正极材料改性研究进展

锂离子电池用富镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)具有高能量密度、高安全性等优点。受容量衰减、循环寿命和热稳定性等方面的限制,该材料进一步的改性成为当前研究的热点。针对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)材料的改性研究主要集中在离子掺杂、表面包覆和结构设计等方面。离子掺杂能改善结构稳定性和电化学性能,特别是过渡金属离子的掺杂有助于延长循环寿命和提高结构稳定性;表面包覆改性可增强电化学稳定性和抗氧化性能,延长循环寿命和提高抗极化能力;结构设计可优化晶体结构、提高传导性能和缓解应力,提高循环稳定性、容量保持率和功率密度。

基于改进AFFRLS-AUKF的锂电池SOC估计

准确估计锂电池荷电状态(SOC)是保障电池管理系统安全稳定运行的重要前提之一。为了提高锂离子电池SOC估计精度,提出一种改进自适应遗忘因子最小二乘法(AFFRLS)与自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF)联合估计锂离子电池SOC的估计方法。利用改进AFFRLS对已建立的二阶RC等效电路模型进行参数辨识,再结合AUKF估计锂离子电池SOC。通过动态应力测试(DST)工况和城市道路循环(UDDS)工况验证得到联合估计方法的平均绝对误差为0.44%,均方根误差为0.61%,表明改进的AFFRLS-AUKF方法可提高参数辨识及电池SOC估计的准确性和鲁棒性。

基于实时阻抗估计的析锂检测

提出一种基于动态电化学阻抗谱(DEIS)技术的锂离子电池阻抗分析的析锂检测方法。在充电电流上叠加正弦电流,实时检测电池低频阻抗虚部,当充电早期低频阻抗虚部出现谷值特征点,则表明在该条件下析锂已经发生。在多个温度和充电电流下检测了两类锂离子电池。通过电压弛豫曲线法验证了所提出的DEIS技术的有效性。实验结果表明,所提方法能够有效检测不同温度、倍率的三元锂和钴酸锂电池发生的析锂现象,可有效降低析锂发生率,支持新的快速充电方式开发以优化获得最优充电时间。

锂电池在机械滥用下的耦合仿真模型研究

随着新能源汽车保有量的增加,因锂电池故障而引起的起火、爆炸等问题引起了各界的密切关注。锂电池在机械滥用下的热失控行为复杂、实验成本高、可重复性低,难以为研究提供有效、完备的数据。因此,利用高置信度仿真模型研究和评估锂电池的安全性能是一种可行的途径。基于Ls-Dyna软件建立了锂电池机-电-热耦合仿真模型。结果表明,该模型能够准确预测电池在受到压痕时的机械响应和电响应,且能合理地模拟电池的温度分布,具有较高的置信度。利用该模型对控制因素(压头半径,冲压方式)进行了研究,并综合分析了相关参数对锂电池安全性能的影响。所获得的结果可为车载锂电池包的设计和安全系统构建提供参考。

卓越工程师视角新能源专业学生双创能力培养

为了向国家科技发展输送“高”“精”“尖”工程技术型优秀人才,以及全方位、立体化提高工程教育人才质量,教育部推出了卓越工程师培养计划。作为未来的工程师,新能源电池类专业学生的创新创业能力对于推动新能源技术的发展和实现可持续发展具有重要意义。以新能源电池专业为例,从“卓越工程师”的视角出发,探讨如何培育新能源电池类专业学生的创新创业能力,以期为相关专业培养提供参考和借鉴。

基于半经验法的锂离子电池衰减模型

在考虑多影响因素模型的基础上,结合固体电解质界面(SEI)薄膜形成机理,提出基于半经验法的锂离子电池寿命衰减模型;以石墨-磷酸铁锂(LFP)锂离子电池为研究对象,利用电池衰减数据对模型进行参数整定;基于电池循环测试实验对该模型与现有多应力模型在一定运行条件下预估的电池容量衰减进行比较分析;结果表明,所提出的模型对电池衰减数据的拟合程度较好,且对电池容量的衰减预测误差均能保持在3%以内。

铝二次电池用RGO-S电极材料制备与性能研究

以氧化石墨烯与硫代硫酸钠为原料,通过一步水热法,制备还原氧化石墨烯-硫(RGO-S)电极,通过XRD、XPS、SEM、TEM、恒流充放电测试等手段对电极进行分析。结果如下:在RGO-S中硫元素主要为单质,单质硫与还原氧化石墨烯之间主要是以物理吸附的方式结合,主要以S2p3形态存在,小部分以S2p1形态存在。硫元素含量越高,初次充放电容量越高,循环性能越差。硫碳质量比为3:7的RGO-S复合材料具有最优性能,经过120次的充放电循环后放电容量回复到92%左右,在高倍率电流密度下放电容量保持在58.83mAh/g。