电池模组热扩散精准建模及高效仿真研究

电池系统热失控扩散仿真是电池系统研发过程中的重要环节,其结果能够为电池系统安全设计优化提供指导建议。因此,在满足系统模型精度的前提下,为大幅提高研发效率,非常有必要对热失控扩散的数学模型进行合理简化。本文采用“单体-模组”的研究思路,基于传统热失控试验和数值模拟的结果,构建了以归一性生热方程为核心的简化电池模组热失控扩散模型,研究模型准确性及计算效率。结果表明:简化模型的计算时间为37 min,而相同条件下传统模型的计算时间为90 min左右,在模型精度达到90%的前提下,计算时间缩短了约2/3,显著降低了计算成本。本文的研究对电池包级别的热扩散高效快速仿真提供技术参考。

表面负载还原氧化石墨烯对泡沫铜热扩散系数的影响

为研究及提升泡沫铜的热扩散性能,利用不同溶剂制备氧化石墨烯混合溶液,通过机械沉积(GO-无水乙醇-丙酮混合溶液沉积)、电沉积(GO-CuS4O混合溶液电沉积、KH550改性GO电沉积)两种不同的沉积方法将氧化石墨烯(GO)附着到经过预处理的泡沫铜表面,后通过高温还原法去除氧化石墨烯表面多余的含氧基团,将其还原为还原氧化石墨烯(rGO),研究材料热扩散性能及泡沫铜表面rGO的存在状态。研究结果表明,通过GO-无水乙醇-丙酮混合溶液沉积的泡沫铜表面沉积层最为均匀完整,经高温还原后性能提升也最为明显,其低温热扩散系数由纯泡沫铜的29.06 mm^(2)/s提高为56.81 mm^(2)/s,提升了95.5%。与热扩散系数为50.26 mm^(2)/s的T2铜片相比,其热扩散系数亦提高13.09%。GO在泡沫铜表面的沉积方式对沉积效果影响显著,GO经过高温还原为rGO后均可以有效提升泡沫铜的热扩散性能。

一步法替代热扩散电镀工艺对钢帘线性能影响

钢帘线生产中以一步法电镀工艺代替热扩散电镀,可节约中频热扩散损耗且无需磷化处理,进而减少工艺流程及生产成本。本文对两种工艺3+9结构帘线生产过程的相关性能进行对比分析。研究发现:一步法生产的钢丝镀层更为致密,镀层仅存在α相黄铜,与热扩散电镀的钢丝相比具有更好的延展性,进而使得拉拔过程中的镀层损耗更少,合股过程的断丝率更低,且其镀层内外组分基本均匀一致。一步法钢丝与热扩散钢丝相比具有更低的表面ZnO含量,其初始黏合力高于热扩散帘线约26.15%,3 d、7 d、14 d的93℃/95%RH的湿热老化黏合分别高于热扩散帘线11.49%、17.11%和4.35%,两种工艺帘线初始黏合或老化黏合覆胶率基本一致。

热扩散处理对热浸镀铝Fe−Cr−Si−B铸钢组织演变及腐蚀行为的影响

研究热扩散处理对热浸镀铝Fe−Cr−Si−B铸钢镀层组织及在5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为的影响。结果表明:Fe−Cr−Si−B铸钢中的Fe基体与Al液界面反应产物为柱状结构的FeAl3。在(Cr,Fe)2B/Al界面上形成的周期性层片结构是在热扩散处理过程中形成,而非热浸镀铝。在短时间内表面残留Al层主导了热浸镀铝和热扩散处理镀层在NaCl溶液中的腐蚀行为,直到表面残留Al层被完全消耗。Cl−引起的点蚀优先从块状B−Al−Cr相与FeAl3的界面开始,并沿周期性层片结构扩展。硅颗粒作为阴极,促进了镀层的腐蚀。在Fe−Al金属间化合物层被完全腐蚀之前,钢基体都处于阴极保护中。此外,高温NaCl溶液的腐蚀被显著加速。

天然冰热扩散系数反演辨识的研究现状与思考

冰的热学参数是合理模拟冰物候、分布、厚度的关键,但它们一直属于冰研究领域的“弱势群体”。冰的热学性质参数的精确获取看似技术简单,但实际影响因子众多,研究过程要求苛刻。20世纪80年代探究现场和实验室冰热传导系数后,国内一直未再大力推进。21世纪引入数学方法后,利用现场原位测试的冰层垂直温度剖面时间序列数据进行反演辨识和分析,获得了不同天然冰的现场原位热扩散系数;部分冰样进行的实验室热传导系数测量,与反演辨识结果相互验证。结果发现,天然淡水冰和海冰都因冰晶间未冻水内含有杂质,表现出与目前数值模拟计算选用的纯冰热扩散系数的差异,但与少量实验室不同类型盐水冻结冰的测试结果趋势一致。本文依据典型淡水冰和海冰的反演辨识热扩散系数成果,回顾它们的现场环境、主要特点;分析制约这些热扩散系数的原因;说明在全球变暖趋势下,刻画冰相变区内的热扩散系数参数化的重要价值;并设计了天然冰热扩散系数物理机理和参数化方案的未来研究思路。

激光闪光法测量固体材料热扩散率的研究进展

基于瞬态原理的激光闪光法因其具有所用试样小、测试周期短等优点,在测量固体材料的热扩散率方面发挥了重要作用,应用较为广泛。根据近些年来在激光闪光法可测材料种类、关键技术问题以及优化和改进3个方面的研究进展,介绍了其应用情况,并分析总结了其研究重点、难点以及研究价值,最后讨论了激光闪光法存在的挑战和前景,为未来激光闪光法在更多领域的应用提供参考。

热扩散作用下污染物在CCL中运移的一维解析模型及其应用

建立了污染物在对流、分子扩散和热扩散作用下压实黏土衬垫(CCL)的一维运移解析模型,并获得解析解。无量纲设计曲线表明对流作用对污染物在CCL中运移的影响至关重要;然而随着热扩散作用的增强,对流作用的影响会有所减弱。参数敏感性分析结果表明,当渗滤液水头达到3 m时,10 a的底部浓度和通量分别是无对流情况下的3.5~4.9倍和5.9~15.1倍;当热扩散作用较强(M=-5)时,10 a底部浓度和通量是无热扩散作用下的2.6倍和3.5倍;温度升高会增大土的渗透系数,从而影响污染物在CCL中的运移,在衬垫系统设计过程中应予以考虑。提出了衬垫厚度设计简化计算方法,并以西安江村沟填埋场为例,对CCL进行了简化设计;结果表明:若要保证渗滤液中的Cl-和As击穿CCL的时间大于50 a,则CCL的厚度分别需要不小于11.16 m和1.75 m。

基于多源点热扩散的隧道裂缝几何特征计算

裂缝几何参数分析为评估隧道的健康状况提供了理论依据。为了提升裂缝参数计算的准确性,提出基于多源点热扩散的隧道裂缝几何特征计算算法。基于U-Net神经网络得到裂缝分割掩膜,设计以裂缝边缘为多源点的热扩散方法来计算裂缝区域的测地距离场,获取裂缝参数。提取裂缝边缘为源点进行热扩散,通过求解热流方程和梯度场找到距离增加方向,求解泊松方程得到裂缝区域的测地距离场,根据测地距离极值计算裂缝长度。该算法充分利用了裂缝复杂的边缘信息以及裂缝骨架特征,计算得到的测地距离场可进一步应用于计算裂缝宽度。基于测地距离场得到的裂缝骨架具有光滑、无多余分叉的优点,且裂缝宽度计算过程中避免了多次迭代和误差累积,减少了计算量。实验结果表明,该算法在测试集上的平均骨架匹配度为92.84%,相比于Zhang细化算法和Hilditch细化算法分别提升了2.57和1.41个百分点,断点和分叉数量也明显少于同类算法,适用于裂缝狭长弯曲、边缘复杂多变的几何特征计算。

考虑热扩散情况下有机污染物在复合衬垫中一维瞬态运移的解析模型

考虑到污染场地内部产热会使得复合衬垫处于非等温分布状态,以土工膜(GMB)+压实黏土衬垫(CCL)组成的双层复合衬垫为例,建立有机污染物的一维瞬态运移模型,并通过分离变量法求解得到该模型的解析解。该解析模型可考虑分子扩散、对流、吸附、降解和热扩散等因素对有机污染物运移过程的影响。通过将解析模型的计算结果分别与热扩散试验结果和已有解析解的计算结果进行对比分析,对所建解析模型的正确性进行验证。基于所建解析模型,以击穿时间为主要参数,通过某一算例分析Soret系数ST、渗滤液水头h_(w)、降解半衰期t_(1/2)和Robin边界常数α对有机污染物运移过程的影响。分析结果表明:Soret系数ST和渗滤液水头h_(w)的增大均会加快运移速率,缩短击穿时间,但当S_(T)不超过0.01K-1或h_(w)低于0.3m时,热扩散和对流作用对运移过程的影响较小;降解半衰期t_(1/2)的增大会缩短击穿时间,增大底部浓度和底部通量,当t_(1/2)不超过100年时,应考虑降解作用;Robin边界常数α的增大会降低底部浓度,延长击穿时间,但不同α下击穿时间的差异相对较小。

霍尔效应测量中的不等位热扩散电势差

尽管常规换向直流法可消除已知副效应干扰并得到霍尔电压,但它掩盖了存在未知附加电势的实验事实。将4次换向测量归纳为磁场与样品电流同相组合和反相组合,根据在磁场中样品电流和热扩散电流具有相似物理行为,必须考虑不等位热扩散电势差的影响。这一方案不仅更清晰地解释4次换向测量平均的物理原理,还通过同相测量平均和反相测量平均之差与和得到不等位热扩散电势差与确定且可重复的霍尔电压。实验事实及分析结果表明,引入不等位热扩散电势差才能完整描述霍尔测量中所有副效应的贡献。

热扩散过程中的动态采样

动态采样问题,即基于时空采样相关性,通过时空权衡对信号进行恢复.针对热扩散过程中的动态采样问题,主要研究如何从时空样本{f_(ti)=f^(*)φ_(ti),t_(i)∈Γ}中稳定恢复频带有限信号f.在离散采样条件下,当采样率不足时,信号f通常无法稳定恢复,故利用采样扩散矩阵的最小特征值,将信号f的采样限制在某集合上,并结合Remez-Turán不等式来避开某些盲点,最终实现信号f的稳定恢复.

基于热管热扩散装置传热性能研究的进展

阐述功率模块的热管热扩散装置传热性能,增加热管方案的热扩散装置就能够极大的降低温度梯度以及提高扩散装置的均温性,可以将大功率热源产生的高热流密度热流均匀、快速地扩散出去,并且降低了扩散装置的质量和尺寸。结果表明:添加热管方案具有优异的均温特性和传热性能,其传热性能远远高于金属热扩散装置,具有很高的可靠性,且装置扩散热阻和总热阻更小。

离散波导热扩散耦合机理及其应用

对于集成在光纤中的离散光学系统来说,各个分立波导的光场会相互耦合和关联.本文研究了如何通过热扩散对离散波导的折射率进行调控来加强离散波导之间的耦合.文中构建了离散波导热扩散模型和双芯、三芯光纤的热扩散耦合模型.使用氢氧焰对多芯光纤进行不同时间的高温加热,同时监测纤端的出射光场.通过对热扩散后多芯光纤三维折射率分布的测量结果,验证了热扩散技术改变离散波导的折射率进行耦合的可行性.热扩散技术可应用于制备多芯光纤耦合器,借助于该耦合器,结合多芯光纤和逐芯刻写光纤布拉格光栅技术,实现了多光栅的单通道传感测量.热扩散对离散波导的折射率调控方法具有高集成度、高稳定性和可批量化制造的优点.对离散波导热扩散的研究有助于促进多芯光纤器件制备能力的发展,有益于促进离散波导结构光纤在光通信、光感测、生物医学、人工智能等领域的广泛应用.

镍镉热扩散镀层盐雾试验不合格原因分析与排除

针对一例镍镉热扩散镀层盐雾试验不合格问题,对电镀过程和试验过程所涉及的基体、镀层、外界环境等因素进行逐一分析和排查。结果显示,导致镍镉热扩散镀层盐雾试验不合格的原因是镀层的局部脱落和镀层孔隙。通过采取如下改进措施解决了该问题:一是采用工艺规定下限电流密度电镀;二是增加电镀过程对试片的晃动频次;三是将盐雾试验试片四周打蜡绝缘;四是严禁赤手触摸试片。

针刺触发不起火锂离子电池包热扩散行为研究

随着锂离子电池能量密度的提高和电动汽车的蓬勃发展,对安全性和可靠性的担忧也随之而来。本文通过对锂离子电池模组和锂离子电池包进行测试,验证其安全性能是否满足热扩散要求,其次,在电池包上固定温感线,研究电芯至电池包热扩散的持续时间和现象特征。最后,评估消防水在扑灭电动汽车热事件中的有效性。

不同荷电状态锂电池模组热扩散特性的研究

随着动力锂电池技术的快速发展,电池比能量得以不断提升。然而外部滥用条件可能会引发电池热失控,释放更多的能量,产生更大的破坏力。以不同荷电状态的某三元锂电池模组为研究对象,对其进行挤压触发的热扩散试验。通过对各试验组样品第1颗电芯失效时的热失控表现、最大挤压力、最高温度等关键参数进行分析和比对,发现荷电状态的高低对锂电池模组热扩散行为有显著影响。在高荷电状态下,模组受挤压时靠近挤压点的电芯会先发生剧烈的热失控,进而导致相邻电芯依次热失控。在低荷电状态下,靠近挤压点的电芯不会发生剧烈的燃烧、爆炸现象,也不会影响相邻电芯造成热扩散。文中的研究成果可以为该型三元锂电池在运输、存储过程中安全荷电状态限值的确定提供参考。

基于主动降温的热失控锂离子电池热扩散抑制研究

为解决锂离子电池包在使用过程中的热扩散问题,选用某型号方形三元锂离子电池,采用乙二醇水溶液作为冷却介质对热失控电芯进行主动浇注降温,探究不同浇注量下的热失控电芯及其相邻电芯的温度变化规律,并模拟实车环境研究水泵转速对浇注流速的影响。试验结果表明:冷却液的浇注量、浇注流速是影响热扩散发生的重要变量,当浇注量为1.5L、流速为0.69L/min时,可将热失控电芯的最高温度由713℃降低到556℃,有效减少热失控电芯向相邻电芯的热量传递,避免相邻电芯发生热失控,阻止电池包内热扩散的发生。

各向异性材料的热扩散率的分析

在理论上分析了各向异性材料的热扩散率 ,给出了沿表面任意方向的热扩散率与主热扩散率的关系 ,从而为实验确定材料中任意方向的热扩散率提供了理论依据 .

应用热扩散技术对红松人工林树干液流通量的研究

以黑龙江帽儿山森林生态定位研究站42年生红松人工林为研究对象,选择有代表性的优势木、中等木和被压木各3株,2004年5月29日—10月30日应用热扩散技术对不同径级红松树干液流进行测定,并同步测定相关的主要环境因子。通过生长锥获得不同径级红松边材宽度,建立边材面积与胸径的关系方程A=8.032DBH-46.95(R2=0.82,P<0.001)。结果表明:晴天红松树干液流呈明显的单峰曲线,最大值一般出现在12:00—14:00,且优势木>中等木>被压木;而在阴雨天呈不规则曲线,最大值的出现没有规律,夜间也不同程度地出现液流,且优势木、中等木和被压木之间液流密度的差异缩小。日液流通量随着生长季节的进程基本呈现减小的趋势,且优势木>中等木>被压木。相关分析和逐步回归表明,影响生长季红松树干液流的主要环境因子为蒸汽压亏缺和光合有效辐射。由液流通量和边材面积的推算获得,被测红松人工林边材面积为89436.94cm2·hm-2,生长季蒸腾耗水量为678.95t·hm-2;其中优势木、中等木和被压木分别占整个林分耗水量的54.83%、35.68%和9.48%。优势木、中等木和被压木在生长季的日总蒸腾量分别为0.06～1.42、0.014～0.83和0.017～0.25t。

应用热扩散技术对亚热带红壤区湿地松人工林树干边材液流的研究

使用TDP热扩散技术在2003年5月21日1554至6月6日904对亚热带红壤丘陵区湿地松人工林液流速率进行连续测定和分析。结果表明1)测量时间内湿地松日均液流速率表现出稳定的昼夜变动规律,平均液流速率为82.43cm.d-1;2)对湿地松液流速率影响最明显的4个环境因子是空气温度、土壤温度、太阳辐射和空气相对湿度;3)对TDP液流数据质量控制可以通过特定时段的液流最大速率和平均速率之比及其置信区间分析,以及相关分析、配对t检验来进行。