磷酸铁锂电池二阶可变阻容的模型研究

精确的电池模型是动力电池荷电状态(State of Charge,SOC)估计的基础,提高模型精度可从电池内部特性出发。提出二阶阻容可变参数等效电路模型,能够反映电池内部双极化效应,同时用可变的参数描述电池内部动态变化过程。通过对锂离子电池充放电实验和HPPC测试,结合MATLAB拟合工具,辨识出不同SOC下各参数的值,基于SIMULINK搭建仿真模型。对比仿真结果,所建立模型的端电压平均误差为12.36mV,相比于固定参数传统模型的31.50mV,精度提高了60.76%,更能准确描述锂离子电池内部的静动态特性。

基于新的改进Bouc-Wen模型的预制RC桥墩滞回模型研究

Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型是改进的Bouc-Wen模型。BWBN模型可以较好地描述钢筋混凝土结构在强震作用下的捏缩效应,但由于BWBN模型中“捏缩效应”函数复杂且参数较多,其计算效率较低。针对该问题,该文基于近似狄拉克δ函数构建更简单、高效的“捏缩效应”函数,进而提出了新的改进Bouc-Wen(MBW)模型,它可以用更少的参数来实现捏缩效应。基于预制RC桥墩的拟静力试验数据来验证MBW模型的有效性,利用MATLAB遗传算法工具箱对BWBN模型和MBW模型进行参数识别,结果表明,该文提出的MBW模型具有更高的计算精度。

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%。

近海大气环境下RC框架结构时变地震易损性分析

由于近海大气环境中存在的氯离子会侵蚀RC框架结构,造成材料性能不断劣化,最终降低了RC框架结构的抗震性能。为研究近海大气环境下RC框架结构地震损伤风险变化规律,基于钢筋均匀锈蚀模型及混凝土开裂前后钢筋锈蚀速率的变化规律,提出了一种改进的钢筋锈蚀率概率模型,并构建材料性能劣化模型。在此基础上,根据解析易损性分析理论,建立考虑氯离子侵蚀的近海大气环境RC框架结构时变易损性分析方法,并构建典型结构,分析不同损伤状态下的时变易损性曲线,评估其时变易损性与损伤状态。研究结果表明:当地震动强度指标取值相同时,各损伤状态结构在服役龄期内的地震易损性呈现出非线性增大趋势,抗震性能不断退化;以易损性指数作为结构损伤指标时,按照我国规范设计的RC框架结构,在30 a服役龄期内能够满足我国三性能抗震设防水准。

考虑结构损伤的CFRP修复RC墩柱地震损伤模型研究

为研究碳纤维材料(CFRP)修复损伤钢筋混凝土(RC)结构遭受地震作用的损伤演化规律,准确量化修复损伤结构状态,进行了10个钢筋混凝土圆墩柱拟静力试验,其中,8个墩柱试件为使用不同CFRP加固方法进行修复的损伤试件.基于试验结果,对8个典型地震损伤模型进行研究分析,引入材料性能折减系数来考虑结构初始损伤,建立了CFRP修复RC墩柱的双参数地震损伤模型,并根据试验现象和改进的损伤模型对钢筋混凝土结构的损伤程度进行量化分析.研究表明:使用典型地震损伤模型计算修复柱的损伤指标时,计算试件破坏时的损伤指标普遍偏大,且同一墩柱模型损伤指数的变化趋势有较大差异,损伤指数发展趋势与试验现象不符;根据试件参数进行非线性回归分析,得到了组合系数与设计参数的经验表达式,建议的损伤模型能够较好模拟CFRP修复加固墩柱的地震损伤演化过程;定义了钢筋混凝土结构损伤的5个等级,并给出5个等级的损伤指标界限值;对中等损伤(0.3<D≤0.6,D为损伤指标)的墩柱结构,建议对结构表面修复平整后使用预应力CFRP加固以达到更好的效果.

RC梁柱节点抗剪机理及承载力计算方法综述

对国内外关于框架结构中梁柱节点抗震性能研究成果进行总结归纳,分析了加载过程中节点的破坏形态及其抗剪机理,总结了典型的梁柱节点抗剪承载力计算模型,并基于各国规范对比了现有的抗剪承载力计算模型的适用性。对比了美国规范ACI 318-19、欧洲规范EC2的抗剪承载力计算的差异,指出了《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)建议的梁柱节点抗剪承载力计算结果相对保守。建议适量增加节点核心区配箍率,从而提高钢筋与核心区混凝土的粘结性能,减少纵筋的粘结滑移现象。

基于自适应渐消扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计

电池荷电状态(SOC)的准确估计对于电动汽车动力电池的管理至关重要,而电动汽车在实际运行时经常会遇到SOC数据突变的问题,同时所建立的电池模型和噪声模型也存在一定误差,这导致传统扩展卡尔曼滤波算法在SOC估算过程中自适应性和鲁棒性较差。针对这些问题,本文提出使用自适应渐消扩展卡尔曼滤波算法(AFEKF),应用于锂离子电池的SOC估计。引入渐消因子对系统噪声协方差进行自适应迭代,从而实时更新最优卡尔曼增益,减少数据突变和电池模型误差等因素带来的影响,通过在复杂工况下的实验对比可知,AFEKF相比于标准EKF(extended Kalman filter),新欧洲驾驶循环工况下SOC估算精度提高0.78个百分点,变电流工况下估算精度提高0.5个百分点,同时在电池SOC初始值不准确的情况下能更快更平稳地收敛到真实值,表明AFEKF算法相比EKF估算SOC具有更高的估算精度和更好的鲁棒性。

运动状态下舰船本体X波段RCS统计特征分析

[目的]为明确舰船运动对实船雷达散射截面(RCS)测量统计结果干扰的情况,开展各种运动状态下舰船本体X波段RCS的统计特征分析。[方法]构建低海况运动状态下舰船本体动态RCS仿真方法,以DTMB 5415水面舰船标准模型为基础,构建水动力仿真和电磁散射统一模型,获取在水平入射方向上X波段雷达波探测的舰船动态RCS数据,分析统计时间、海况、航速和浪向角对RCS统计特征的影响边界及影响规律。[结果]舰船本体动态RCS统计特征与静止状态下的存在差别;在低海况下,舰船总的RCS特征值受海况、航速及浪向角的影响范围在0.9 dB以内;舰船特征方向上的RCS对浪向角变化的较为敏感,并随着海况的增加逐渐降低。[结论]研究成果有助于掌握舰船运动对实船RCS测量统计特性的干扰情况,可为实船RCS测量工况的选择提供支撑。

锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗震韧性评估

随着时间的增长,暴露于环境中的钢筋混凝土结构会不断地发生混凝土劣化和钢筋锈蚀,一旦发生地震等灾害,将会给结构带来较大损伤。采用基于纤维梁单元的时变锈蚀损伤模型,综合考虑了钢筋混凝土的大部分潜在锈蚀损伤模式,包括钢筋截面损失和钢筋压缩屈曲效应的劣化、保护层混凝土和核心混凝土的退化、以及应变渗透效应劣化。在此基础上,对锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗震韧性进行了评估。建立了该框架在未锈蚀状态和3种不同锈蚀程度下的OpenSees有限元模型,采用非线性静力分析,考虑腐蚀情况下结构的震前系统功能损失。并通过非线性时程分析获得地震易损性曲线,计算震后由钢筋混凝土结构损坏和相关停工时间引起的直接和间接损失。考虑了线性、三角和负指数等3种恢复函数,并根据结构的损坏程度确定了震后修复时间,计算了结构在不同地震强度和锈蚀程度下的抗震韧性。结果表明,地震强度小于0.2 g时,抗震韧性基本保持不变,地震强度超过0.2 g时,结构抗震韧性曲线随着地震强度增加呈现明显的下降趋势,当地震强度达到0.8 g时,15%锈蚀率的结构抗震韧性降低到0.51;锈蚀率低于10%时,结构抗震韧性随着锈蚀程度增大而减小,但当锈蚀程度大于10%后,结构随着锈蚀率的增加,抗震韧性曲线基本保持重合。

混合电动汽车锂离子电池状态融合估计策略

锂电池荷电状态及健康状态是电池管理系统的核心参数。以三元锂电池为研究对象,利用二阶RC等效电路实现对电池性能表征,改进扩展卡尔曼滤波算法,提出一种新型双自适应卡尔曼滤波算法,实现三种工况下荷电状态与健康状态联合估算。以安时积分估算结果作为参考,提出的荷电状态估算方法较扩展卡尔曼滤波算法,精度有显著提高。在HPPC工况下,平均误差减少1.529%,最大误差减少2.162%;在BBDST工况下,平均误差减少0.228%,最大误差减少3.580%;在DST工况下,平均误差减少0.436%,最大误差减少5.997%。以遗忘因子最小二乘法估算结果作为参照,健康状态的估算结果有效模拟了实际情况,HPPC工况下偏差在4%以内,BBDST工况下偏差在3%以内,DST工况下偏差在6%以内,能有效追踪电池状态变化。

多层RC框架结构倒塌阶段的简化模型分析

针对多层RC框架常因底层薄弱而倒塌,提出了两种适用于结构倒塌阶段模拟分析和振动台试验的结构简化模型.采用基于位移的等效单自由度体系计算方法,验证了刚体模型的适用性.应用OpenSees有限元分析,分析了21个RC框架在8个影响因素下简化模型与原结构震害侧移的差别.结果表明在结构严重破坏至倒塌阶段,两种简化模型的侧移与原结构差别较小.对比两种简化模型,刚体模型的底层侧移更接近原结构,可用于结构的快速倒塌分析;单层简化模型可为振动台倒塌模拟试验在成本控制上提供参考.

基于LM-RLS和渐消因子EKF算法的锂电池SOC估计

为提高复杂工作环境下锂电池荷电状态估计精度,以三元锂离子电池为研究对象,采用限定记忆递推最小二乘法与渐消因子扩展卡尔曼滤波算法相结合进行荷电状态估计。以有限组数据计算当前时刻模型参数,解决数据饱和问题。在扩展卡尔曼滤波算法中加入渐消因子,弱化旧数据的影响,实时调整误差协方差矩阵。为验证算法的合理性,建立二阶RC等效模型,对不同工况进行荷电状态估计。验证结果表明,算法估计精确度高且稳定性好。系统稳定后,HPPC、BBDST工况中的荷电状态最大估算误差分别为0.0144和0.0085,且波动范围较小,验证了改进算法估计锂电池荷电状态时的良好性能。

酸雨环境下低矮RC剪力墙抗震性能试验研究与抗剪强度预测

为揭示酸雨环境中低矮RC剪力墙的抗震性能变化规律,在人工气候实验室中模拟酸雨环境,对5榀低矮RC剪力墙进行加速腐蚀,在达到预期腐蚀目标后对其进行拟静力加载试验。以此研究酸雨腐蚀程度相同情况下,不同设计参数对剪力墙试件承载力、变形等指标的影响。试验结果表明:酸雨环境下,H^(+)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)等多种侵蚀离子将导致试件混凝土强度损失、钢筋锈蚀、保护层锈胀开裂与脱落;随轴压比的增加,墙体的开裂、屈服和峰值荷载增大,裂缝发展速度变慢,但其破坏时更突然;水平分布筋的增大对承载力提升不大,但可以约束剪力墙腹板混凝土,限制裂缝发展从而提升试件延性。在试验研究基础上,基于拉压杆模型提出了针对酸雨腐蚀的RC剪力墙抗剪强度预测公式,并验证了其准确性。所提模型可为酸雨侵蚀环境下RC剪力墙全寿命周期内的抗震性能评估提供理论支撑。

基于二阶 RC 模型的锂电池充放电特性分析

为保证锂离子电池的安全健康使用,需要对锂离子的荷电状态进行实时估计,但由于电池内部复杂的电化学特性,且在辨识过程中辨识结果受温度、荷电状态和充放电倍率等非线性因素影响较大,实现准确的状态估计较为困难。文中首先基于二阶RC等效电路研究倍率充放电对锂电池的影响,另外为保证所建电池模型兼具较高精度和较好的实时性,根据最小二乘法对混合脉冲功率特性测试实验数据完成不同荷电状态下的数据拟合、参数辨识等工作,并依据扩展卡尔曼滤波完成对电池荷电状态的状态估计,并验证扩展卡尔曼滤波具备可实施性;最后搭建Simulink锂电池仿真模型并输出对比响应电压波形。实验结果表明该实验方法的有效性,输出电压与实验所得的电压变化趋势基本一致,为锂离子电池的管理系统提供了一定的参考依据。

一种退役锂电池健康状态估计方法

针对退役锂电池健康状态估计效率较低的现状,提出一种快速、有效的估计方法。首先采用3阶RC等效电路模型描述电池特性得出状态方程,确保电池模型精确性,同时引入电池荷电状态SOC(State of charge)和欧姆内阻(R 0)作为状态方程参数。其次利用区域概念,计算出特定的区域容量与区域电压,减少电池参数估计所需要的数据、时间。然后通过扩展卡尔曼滤波(Extended kalman filtering)算法估计电池参数SOC和R 0,进而对电池健康状态(State of health,SOH)进行估计。最后,利用电池测试设备(Arbin-BT2000)对18650电池进行充放电实验,验证该方法的可行性。实验结果证明SOH估计所需参数明显减少,使得电池数据测量所需时间明显缩短,并且估计误差不超过4%,误差较小,说明所提出方法能快速、有效地估算出电池SOH。

采用监测数据及贝叶斯理论的RC梁承载力更新

为实时评估经过长期受荷后的RC梁承载力,将梁承载力定义为随机变量,通过结合初始承载力概率分布与验证荷载,提出一种基于贝叶斯理论的RC梁承载力更新方法,其间结合RC梁的实测变形数据,引入抗弯刚度衰减系数以考虑RC梁性能退化对承载力评估的影响,最后通过RC梁的静载试验验证了该方法的有效性。分析结果表明:引入抗弯刚度衰减系数可有效避免承载力评估偏高的情况,且承载力评估精度也会随更新次数的增加而提高;同时,该方法对初始承载力的估计或测量误差具有较好的容错性,更适合于初始信息不确定的工程结构;此外,实时评估的承载力及时反馈了RC梁结构的当前状态信息,在提供安全预警同时亦可作为未来运营的荷载限值参考。

储能用铅蓄电池等效电路建模与参数辨识

为了确保储能电池系统的安全与稳定运行,需要精确地建立储能用铅酸蓄电池模型。由于电池系统运行工况比较复杂,因此选取电池荷电状态作为主要影响因素,并对不同荷电状态下的电池模型参数进行辨识,以保障模型的实时性和精准度。文章以储能用铅酸蓄电池为研究对象,采用二阶RC等效电路模型,通过分析脉冲放电实验数据的特性,得到相关的模型参数,利用恒流放电试验数据对模型进行了分析。结果显示,电池模型误差较小,具有较高的准确度。

基于OpenSees的场地条件对RC框架结构易损性影响初探

目前对于结构易损性的研究主要倾向于考虑结构模型的多样化、精细化,而忽略或者简化场地土层条件的影响。基于OpenSees平台建立基岩和土层上两跨两层、两跨六层的RC框架结构的简化模型,选取54条峰值加速度大于0.8m/s^(2)地震动记录作为输入,通过数值模拟得到结构的易损性曲线。通过易损性曲线对比分析,结果显示:1)轻微破坏性能水准下,不同场地条件及结构层数工况得到的易损性曲线基本一致;2)除轻微破坏外各破坏性能水准下,土层的存在明显降低了结构破坏的概率;3)不严重破坏性能水准下,场地条件为基岩时,层数越高,越易破坏;场地条件为土层时,层数越低,越易破坏;4)严重破坏性能水准下,土层场地上结构未发生严重破坏;基岩场地的结构在输入峰值加速度大于0.4g时出现严重破坏,且六层结构的易损性曲线略高于两层结构。

钢筋混凝土墩塑性铰区抗剪强度模型

鉴于现行规范仅有实心墩抗剪模型,尚未给出空心墩的抗剪公式,且既有模型对斜截面钢筋变形协调性及纵筋拉伸漂移关注不够,亟需发展更适用于两类桥墩塑性铰区的抗剪强度模型。为此,在探讨墩柱斜截面传力机制的基础上,基于桁架模型中斜裂缝上钢筋应变满足变形协调条件的假定,提出考虑斜截面箍筋非一致变形及纵筋拉伸漂移效应的塑性铰区抗剪强度模型,并结合PEER及文献中88个弯剪破坏墩柱的试验结果对模型参数进行标定。通过另外57组试验数据的对比分析表明,与既有模型相比,所提抗剪模型计算精度更高、离散性更小,适用于预测桥墩塑性铰区的抗剪能力;对应规范的强度折减系数,所提模型设计结果具有较高的安全储备,可用于空心墩和实心墩的抗剪强度设计。

基于MSUKF的锂离子电池SOC估算研究

快速、准确地估算锂离子电池的荷电状态(SOC)是电池管理系统的关键技术之一,有利于延长电池使用寿命并提高使用的安全性。以三元锂电池为研究对象,采用二阶阻容(RC)等效电路模型构建锂离子电池模型,通过递推最小二乘法(RLS)对等效模型参数进行在线辨识,并结合多新息无迹卡尔曼滤波(MSUKF),形成RLS-MSUKF算法,以实现锂离子电池SOC估算。采用多时刻的新息信息对估算值进行校正,以减少误差积累、增强算法的收敛性及提高锂离子电池SOC估算的精度,并在混合脉冲功率特性(HPPC)测试工况下对锂离子电池进行SOC估算。试验结果表明,HPPC工况下的SOC误差稳定控制在0.78%以内,验证了改进算法的良好性能。该算法为优化锂离子电池SOC估算提供了依据,对锂离子电池SOC估算研究具有启发意义。