过充电条件下锂离子电池热失控数值模拟

采用数值模拟方法研究了过充电流（1C、2C、3C和4C）对三元锂离子电池热失控行为的影响.基于多物理场耦合方法建立了过充电条件下锂离子电池三维电-热耦合模型,对电池发生热失控的临界时间,临界温度以及热分布进行了模拟计算.模拟结果与试验测量结果符合较好,各个测试点处的温度和热失控临界点的误差小于8%.过充电流对锂离子电池热失控的临界温度、临界时间以及电池内外部温差有较大影响:过充电流越大,电池发生热失控的时间越短,临界温度越高,区域温差越大,内外部温差越大.      

基于电化学-热耦合模型的21700型锂离子电池充放电过程热行为分析

锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、输出功率大、可承受较宽充放电倍率等特点,已成为电动汽车领域电池开发的研究热点.锂离子电池在循环过程中的热行为对其性能、循环寿命和安全性有着较大的影响.本文基于21700圆柱形锂离子电池建立电化学-热耦合模型,并通过实验验证模型的精确性.分析了充电过程中的热行为,包含温度和产热分布.结果表明,充电过程中的温升主要受恒流充电过程的影响,电池平均温度和总产热均呈先上升后下降的趋势,且电池不可逆热占比高于可逆热.通过对比充放电过程的温度分布和产热变化可知,恒流充电过程中的产热和温度均大于恒流放电过程,充电过程具有温度提升时间短、变化速度快、产热峰值高等特点.     

锂离子电池电-热-机耦合特性实验研究及关键参数辨识

针对锂离子电池的电-热-机耦合特性,设计了一套耦合特性综合测试系统,进行了电池不同倍率充放电工况下电-热-机耦合特性的测试与分析,以探究电池电特性、形变、温度的时间演变规律与空间分布特性,可以得到电池荷电状态(state of charge,SOC)-形变曲线具有明显的分段特性,可以辅助磷酸铁锂电池SOC估计的修正。基于该系统测试结果研究了电池充放电过程形变产生的机理,并进行了电池热膨胀系数的参数辨识。实验结果表明:高倍率放电时,在放电初期和中期电池边缘部分膨胀,放电后期收缩,而中心位置在放电初期和中期收缩,后期膨胀;低倍率放电时,电池表现为放电初期和后期整体收缩,中期整体膨胀。研究结果可为电池内部电-热-机耦合特性的理论分析与测试管理提供依据。     

低压环境下18650型锂离子电池热失控特性

针对航空货运锂离子电池的特殊环境,以及运输过程中热失控安全问题,自主设计搭建锂离子电池热失控实验平台,在康定机场（4290m,60kPa）高高原航空安全实验室开展实验。主要研究热失控过程中不同荷电量锂离子电池温度变化、氧消耗量、CO和CO2生成量以及开路电压变化情况。通过低压环境下锂离子电池热失控的研究,为航空货运锂离子电池的安全性提供了一定的理论支持。     

锂离子电池的热失控模拟

通过锂离子电池的热模拟研究,对比了不同环境温度时,锂离子电池的温度变化和热失控状态. 进一步模拟了绝热条件下,锂电池的热失控状态.     

热失控条件下21700型锂离子电池危险性分析

针对锂离子电池热失控引发的民航运输安全问题,利用自主设计的试验平台,以21700型三元锂离子电池为研究对象,探究了不同荷电状态(SOC)的锂离子电池热失控危险特性,包括表面温度、开路电压、电池内阻与质量损失。研究结果表明:21700型单体锂离子电池比18650型锂离子电池额定容量增加了35%,能量密度提高了20%,若出现热安全问题时会更加危险。随着SOC的增加,21700型锂离子电池发生初爆与燃爆的时间间隔缩短。当SOC为20%时,初爆与燃爆时间间隔最长,为471 s;当SOC为40%、60%、80%和100%时,初爆与燃爆时间间隔分别缩短2.5%、18.0%、26.5%和34.0%。锂离子电池发生热失控过程中的表面温度峰值、温升速率与质量损失均随着SOC的增加而增加。锂离子电池在不同荷电状态下发生热失控时,开路电压和电池内阻变化具有一定的规律性。     

锂离子电池的热效应分析

以26650型圆柱形磷酸铁锂离子电池为原型,建立电化学-热耦合模型。研究放电倍率对电池热行为的影响。结果表明:低倍率下电池处于吸热状态,电池内部温度反而低于外部;高倍率下电池一直是放热状态,内部温度一直高于外部。为了控制高倍率放电过程中电池模块的温度,比较讨论风冷散热和相变材料散热系统,最终发现具有0.01 m/s的微胶囊型相变材料散热系统降温效果最为显著,电池模块温度被控制在50℃以下。     

实心坯二辊斜轧过程三维热-力耦合分析

用ＭＡＲＣ／Ａｕｔｏｆｏｒｇｅ程序对二辊斜轧穿孔时圆管坯在孔准备区的轧制过程进行了三维弹塑性热－力耦分析,得到了应力、应变场温度分布,证实了物理模拟实验得到的变表强度沿管坯断面的Ｗ形分布形态并详细分析了Ｗ形分布的成因;澄清了孔腔形成理论上的一些分歧并发现了新的应力分布形态;管坯中心存在着较大的正值静水压力。     

低压环境下锂离子电池热失控特性研究

针对锂离子电池航空运输过程中热失控安全问题,设计并搭建了锂离子电池热失控实验室平台。在常压和低压环境下,对电加热触发锂离子电池热失控的特性进行了实验研究。通过实验数据的分析发现,锂离子电池在低压环境下的热失控行为与常压下有很大区别,几乎没有燃烧阶段。低压环境下,锂离子电池热失控过程中池体温度和喷射口温度低于常压环境。通过低压下锂离子电池热失控喷射特性的研究,可为航空货运锂离子电池的安全性研究提供数据支撑和理论支持。     

泥饼工况下盾构刀盘热力耦合分析

由于在渣粘土质中盾构刀盘中心泥饼的形成造成刀盘出现热损伤等失效,研究了在泥饼作用下刀盘在盾构掘进过程中的热应力耦合问题,得出刀盘在泥饼作用下的温度场和热应力耦合场分布规律。利用Solidworks和ANSYS软件建立了盾构刀盘三维有限元模型,结果表明：泥饼形成时,温度在短时间内急剧升高,导致热应力在同一时间内急剧增大到168.2 MPa,最大热变形达到3.1 mm,并且刀盘中心出现了翘曲现象。     

某发动机排气歧管流固耦合分析的应用

文章采用一种流固耦合的计算方法,模拟某发动机排气歧管全速全负荷工作时的温度场以及冷却过程的变形与应力,由此确定该排气歧管在工作中变形过大、漏气问题的设计缺陷,并提出优化方案.     

湿式多片摩擦离合器对偶钢片热机耦合分析

针对湿式多片摩擦离合器对偶钢片会发生翘曲、裂纹等导致动力传递失效的问题,以某船用湿式多片摩擦离合器为研究对象,从摩擦热流生成和分配模型、温度场与耦合应力场的数值计算等方面提出了湿式多片摩擦离合器对偶钢片热机耦合问题的分析方法,揭示了对偶钢片发生热失效的机理。研究结果表明：在接合过程中,对偶钢片温度从内沿向外沿依次递增,在3 s的接合时间中摩擦表面温度在2.6 s达到最高点;热应力分布规律为内沿产生周向拉应力,外沿产生周向压应力,摩擦表面产生径向压应力,内部产生径向拉应力。为解决对偶钢片热失效问题提供了理论依据。     

化学法测定锂离子电池正极材料中的镍

采用化学分析方法,对锂离子电池正极材料中的高含量成分镍进行了测定,探讨了在大量干扰元素锰、钴存在下的测定条件.研究结果表明,该方法标准偏差小于0.054,变异系数小于0.20%,回收率在99.63%~100.5%之间.     

单节锂离子电池保护电路的改进

提出了一种低成本的单节锂电池保护回路系统,采用0.6μm混合信号CMOS工艺和修调技术使芯片具有低功耗、高精度检测电压等特点.通过基准电路和取样电路设计的改进,使保护电路实现了多种保护功能,并且具有很高的检测电压精度.模拟结果表明,该电路在温度为25℃时过充电保护电压的检测精度达到了±25mV,耗电流仅为3.5μA,满足高精度检测电压的要求.     

100t铁水罐热-结构耦合分析与实测验证

应用有限元法分析了某炼铁厂100t铁水罐在满载铁水工况下的温度场,在此基础上采用热-结构耦合法分析了其中所受的热应力及变形情况,并在实际工作中采用红外热像仪测量法和电阻应变片电测法进行验证。结果表明,有限元分析结果与现场测试数据的误差在合理范围内,验证了有限元分析中材料属性、边界条件的合理性及计算结果的正确性;铁水罐整体强度满足要求,但罐壁局部存在较大变形,容易使内衬产生裂缝导致铁水渗漏。     

船舶蓄电池智能化节能快速充电及控制

详细介绍了一种由单片机控制智能晶闸管模块(ITPM)和电力电子器件GTO实现可通信智能型充电机的硬件、软件及电路结构设计的方案，利用87XC51双单片机进行编程控制，采用充电、停充、放电、停放、充电循环控制和去极化电压，实现快速充电节能，结果表明，该充电机具有较好的充电性能，利用由单片机控制GTO通断，实现对UPS和直流负载的供电控制，该装置提高了船舶电力系统的可靠性和自动化程度，具有实用性。     

电动自行车用锂离子电池保护板的设计

本文根据电动自行车用锂离子电池保护板的特殊要求设计了一种锂离子电池保护板，实现了对大容量锂离子电池的充、放电保护。     

涡轮导向叶片热冲击双向耦合数值研究

航空发动机涡轮导向叶片热冲击过程是一个典型的固体变形场、温度场和流场三场耦合作用问题,工况复杂。基于流固热耦合理论,求解一维平板模型热弹性解析解;并进行数值模拟和对比分析,验证了双向耦合方法的有效性。应用建立的双向耦合方法对某涡轮导向叶片热冲击过程进行数值模拟,得到了涡轮导向叶片表面温度及热应力分布规律。研究表明,提出的双向耦合方法可以有效地预测涡轮导向叶片的温度及应力分布规律,计算温度与试验误差小于5%;应力集中处与试验中叶片破坏区域一致。研究对航空发动机涡轮叶片热冲击过程数值模拟提供了有效方法。     

热力耦合CSP连轧过程温度场的有限元分析

借助Marc商用软件,采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法,对薄板坯CSP第一道次热轧过程的温度场进行模拟,分析了轧制过程中轧件温度场的分布和变化规律.结果表明:在轧件变形过程中,接触热传导和变形热是影响温度变化的主要因素,二者的综合作用决定了轧件的温度变化规律;轧制结束后,轧件从表面到心部在一定厚度范围内出现明显的温度梯度,超过该临界厚度值,轧件温度基本保持不变.分析结果可以为工业生产提供参考.