考虑状态估计的锂离子电池可靠性评估模型

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作者 饶博 杜进桥 +1 位作者 田杰 李艳 《电源技术》 北大核心 2025年第9期1933-1942,共10页

电池健康状态(SOH)是评估电池性能和预测其剩余使用寿命的关键参数。基于考虑极化与滞回效应的二阶RC等效电路模型,结合电池单体三维热模型和基于容量衰减与欧姆内阻的电池老化模型,构建了考虑电池老化影响的电-热耦合模型,并实现对电... 电池健康状态(SOH)是评估电池性能和预测其剩余使用寿命的关键参数。基于考虑极化与滞回效应的二阶RC等效电路模型,结合电池单体三维热模型和基于容量衰减与欧姆内阻的电池老化模型,构建了考虑电池老化影响的电-热耦合模型,并实现对电池荷电状态(SOC)、SOH的估计,进一步得到储能电池多态可靠性评估模型。结果表明:所提方法相较于二阶RC等效电路与传统电热耦合模型算法,能实现更高精度的SOH估计,所搭建的考虑电池老化影响的电-热耦合模型的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为0.181和0.259,相比于传统的方法,提高了对电池SOH的估计精度,进一步提高了储能电池可靠性评估的准确性。 展开更多

关键词 锂离子电池 多物理场耦合模型 SOC/SOH估计 可靠性评估模型

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弯管内外表面腐蚀缺陷力学-电化学相互作用规律研究 被引量：2

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作者 张鹏 赵明 +1 位作者 罗梓洋 许田 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期104-111,共8页

为进一步研究弯管内外表面腐蚀缺陷力学-电化学(M-E)相互作用规律,建立基于多物理场耦合的弯管内外表面含腐蚀缺陷的三维模型,研究内压和缺陷几何形状对M-E相互作用规律及对弯管的影响。研究结果表明:当弯管内外表面存在腐蚀缺陷时,弯... 为进一步研究弯管内外表面腐蚀缺陷力学-电化学(M-E)相互作用规律,建立基于多物理场耦合的弯管内外表面含腐蚀缺陷的三维模型,研究内压和缺陷几何形状对M-E相互作用规律及对弯管的影响。研究结果表明:当弯管内外表面存在腐蚀缺陷时,弯管内侧的M-E效应更强,增加应力和腐蚀的增长速率,使内侧更容易发生失效;当缺陷几何增长时,应力在缺陷长度和宽度方向上增长,腐蚀主要在缺陷长度方向上增长;外表面缺陷附近的应力和腐蚀增长规律基本一致,而内表面缺陷附近的应力增长较腐蚀增长更为复杂。研究结果可为含腐蚀缺陷弯管评估模型的完善以及管道系统完整性的管理提供理论参考。 展开更多

关键词 弯管 内外表面缺陷 腐蚀 多物理场耦合模型 有限元分析

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轮毂驱动用永磁同步电机电磁振动噪声研究 被引量：2

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作者 黄超 熊璐 +2 位作者 吴虎威 郭晗 孟德建 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期302-308,共7页

研究了轮毂驱动用16极24槽永磁同步电机电磁振动噪声的仿真预测方法,并通过消声室测试结果验证了研究方法的有效性。首先,建立考虑各向异性材料特性的定子铁芯和带集中式绕组的定子系统等效模型,并利用力锤模态敲击实验验证了等效模型... 研究了轮毂驱动用16极24槽永磁同步电机电磁振动噪声的仿真预测方法,并通过消声室测试结果验证了研究方法的有效性。首先,建立考虑各向异性材料特性的定子铁芯和带集中式绕组的定子系统等效模型,并利用力锤模态敲击实验验证了等效模型的有效性;其次,针对轮毂驱动电机总成,建立电磁-结构-声学多物理场耦合模型,仿真预测了在全负荷工况下电机辐射噪声;最后,利用消声室台架实验结果,验证了永磁同步电机电磁-结构-声学多物理场耦合模型的准确性。研究成果可进一步用于其他永磁同步电机设计开发和电磁振动噪声产生机理研究。 展开更多

关键词 轮毂驱动 力锤模态敲击 多物理场耦合模型 消声室台架实验

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三元软包锂离子电池放电过程扩散诱导应力与热应力对比研究

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作者 王瑞梓 刘训良 +2 位作者 豆瑞锋 周文宁 方娟 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1128-1141,共14页

为了明晰锂离子电池在放电过程中产生的扩散诱导应力和热应力对电池的影响,使用Comsol Multiphysics 6.0建立了18.5 Ah软包NCM111锂离子电池的电化学-力-热耦合模型,基于该模型对不同放电倍率下电池的负极颗粒中心表面锂浓度差、扩散诱... 为了明晰锂离子电池在放电过程中产生的扩散诱导应力和热应力对电池的影响,使用Comsol Multiphysics 6.0建立了18.5 Ah软包NCM111锂离子电池的电化学-力-热耦合模型,基于该模型对不同放电倍率下电池的负极颗粒中心表面锂浓度差、扩散诱导应力、热应力及膨胀行为进行了仿真分析。扩散诱导应力可通过一维电化学模型及其衍生的颗粒维度进行仿真分析,而热应力则需要通过三维固体力学和传热模型进行仿真。研究结果表明,随着放电倍率的增加,电池产生的扩散诱导应力和热应力都会增大,因此,低放电倍率有助于降低电池产生的应力。负极颗粒产生的扩散诱导应力与颗粒中心表面锂浓度差相关,颗粒中心与表面的锂浓度差随着放电过程的进行逐渐增大。将一维模型中的负极视为由无数负极颗粒组成的线段,放电前期,靠近隔膜端的颗粒中心与表面锂浓度差高于集流体端,放电后期则相反,这个变化发生的转折点在放电深度为60%~70%之间。这也意味着放电前期隔膜端的负极颗粒产生的扩散诱导应力大于集流体端的负极颗粒,也更容易破裂,而放电后期则相反。负极颗粒产生的扩散诱导应力大小为兆帕级,远高于电芯产生的大小为千帕级的热应力。同时,电芯产生的热应力和最大位移与电池温差呈线性关系,随着放电倍率的增加而增大。值得注意的是,与圆柱形电池不同,软包电池的极耳与电芯连接处会产生较大的热应力。本研究对比分析了软包NCM111锂离子电池放电过程产生的扩散诱导应力与热应力,为电极和电芯的制造及应力监测提供理论支撑。 展开更多

关键词 三元软包锂电池 多物理场耦合模型 扩散诱导应力 热应力

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板式固体氧化物燃料电池的数值模拟与动态性能分析 被引量：6

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作者 刘欣 郝晓弘 +2 位作者 安爱民 杨新华 张浩琛 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1869-1875,共7页

为更好地了解单电池内复杂的气相流动结构、质量平衡及能量守恒,运用COMSOL软件建立用于数值模拟的固体氧化物燃料电池仿真模型。通过该模型分析电池阳极和阴极内反应气体的质量和浓度的变化、内部压力分布等情况,从而得到单电池内电流... 为更好地了解单电池内复杂的气相流动结构、质量平衡及能量守恒,运用COMSOL软件建立用于数值模拟的固体氧化物燃料电池仿真模型。通过该模型分析电池阳极和阴极内反应气体的质量和浓度的变化、内部压力分布等情况,从而得到单电池内电流分布与反应气体浓度的动态变化关系,更准确地获得电池内部电流场的分布,为电池结构设计的优化、控制参数的确定提供依据。 展开更多

关键词 板式固体氧化物燃料电池 多物理场耦合模型 数值模拟 动态性能分析

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考虑抱紧力退化和不同对接角度下的GIL触头温升特性 被引量：3

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作者 梁睿 朱思尧 +1 位作者 王业宁 张禹 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期4401-4410,共10页

气体绝缘输电线路(GIL)因高运行可靠性而得到广泛使用,但随着运行年限增长和载荷循环变化,其触头不可避免会出现接触劣化,进而引起过热故障。温升作为表征热故障演变的关键参量,论文由此出发,建立了GIL触头三维结构力学–温度–电磁场... 气体绝缘输电线路(GIL)因高运行可靠性而得到广泛使用,但随着运行年限增长和载荷循环变化,其触头不可避免会出现接触劣化,进而引起过热故障。温升作为表征热故障演变的关键参量,论文由此出发,建立了GIL触头三维结构力学–温度–电磁场耦合模型,计算正常工况下触头的电流密度、接触电阻、接触压力和温度场分布;研究抱紧力退化时弹簧变化量与边界载荷、接触电阻、接触压力和最高温度的变化关系;基于不同对接角度下触头的温升特性和温度场分布,探索各触指的接触状态以及接触面电流密度、接触压力和接触收缩电导的分布规律。仿真实验及其分析表明:边界载荷和接触压力均与弹簧变化量成正比,而最高温度和接触收缩电阻的趋势均与前者相反;当对接角度大于1.5°时,触头可能存在接触失效且接触不良时的触指温升较大,而对接角度小于1°时各触指温升较小。 展开更多

关键词 气体绝缘输电线路 触头 温升特性 多物理场耦合模型 接触失效

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微生物封堵对砂土渗透性能影响的数值模拟 被引量：1

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作者 邓温妮 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第A01期159-163,共5页

为研究微生物封堵在地下结构防渗补漏中的作用机理,通过建立二维多物理场耦合模型,考虑土层中微生物生长动力反应、营养液传输以及地下水渗流的相互作用,分析2种不同砂土在不同水流速度下的微生物封堵效果.数值模拟结果表明,微生物封堵... 为研究微生物封堵在地下结构防渗补漏中的作用机理,通过建立二维多物理场耦合模型,考虑土层中微生物生长动力反应、营养液传输以及地下水渗流的相互作用,分析2种不同砂土在不同水流速度下的微生物封堵效果.数值模拟结果表明,微生物封堵能有效降低土体的渗透系数,上部土体的渗透系数在5 d和10 d后分别约降低为原来的80%和40%.同时,水流速度越大,土体的封堵效果越差,而且在高水流速度下,不同砂土的封堵效果区别不大.土体的渗透性能同样对封堵效果影响较大,渗透系数越大越难封堵. 展开更多

关键词 微生物封堵 相对渗透系数 微生物生长反应方程 多物理场耦合模型

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扩散应力诱导的锂离子电池失效机理研究进展 被引量：5

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作者 王亚楠 李华 +3 位作者 王正坤 厉青峰 练晨 何鑫 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1071-1087,共17页

在锂离子电池的充放电过程中,由锂离子扩散过程产生的浓度梯度和活性材料锂化膨胀产生的变形会导致扩散应力。过大的扩散应力会造成活性颗粒的破裂、活性颗粒之间的分离、活性层的断裂以及活性层与集流体的分层等多种力学失效形式,并最... 在锂离子电池的充放电过程中,由锂离子扩散过程产生的浓度梯度和活性材料锂化膨胀产生的变形会导致扩散应力。过大的扩散应力会造成活性颗粒的破裂、活性颗粒之间的分离、活性层的断裂以及活性层与集流体的分层等多种力学失效形式,并最终导致电池出现容量衰减、阻抗上升和寿命缩短等一系列失效现象。因此扩散应力及其诱导的锂离子电池失效机理已经成为锂离子电池研究领域的热点之一,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本文尝试从活性颗粒、活性电极、半电池、电池单元和电池单体等不同尺度,综述近年来与扩散应力诱导的锂离子电池失效机理相关的研究进展,介绍各尺度下扩散应力的产生机制和研究手段,分析扩散应力对电池力学和电化学性能的影响规律,梳理和总结扩散应力的影响因素,最后对该领域今后的研究方向与发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 锂离子电池 扩散应力 失效机理 多物理场耦合模型 综述

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车用永磁同步电机电磁振动噪声仿真和试验研究 被引量：15

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作者 苏辉 张立军 +1 位作者 孟德建 徐杰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第12期136-142,214,共8页

研究了全负荷工况下8极48槽车用永磁同步电机电磁振动噪声仿真建模方法,并通过消声室台架试验验证了研究方法的有效性。首先,建立考虑材料各向异性特性的定子铁芯和系统模型,分析各向异性材料参数灵敏度,并利用激振器模态敲击试验验证... 研究了全负荷工况下8极48槽车用永磁同步电机电磁振动噪声仿真建模方法,并通过消声室台架试验验证了研究方法的有效性。首先,建立考虑材料各向异性特性的定子铁芯和系统模型,分析各向异性材料参数灵敏度,并利用激振器模态敲击试验验证仿真模型;其次,针对永磁同步电机和电驱动桥二合一系统,建立电磁-结构-声学多物理场耦合模型,基于三维分布式电磁力激励,仿真再现了全负荷加速工况下电机电磁辐射噪声,并分析电磁噪声特征;最后,利用消声室台架试验结果,验证了永磁同步电机电磁-结构-声学多物理场耦合模型的准确性,重点阐明2000 r/min附近48阶噪声峰值点产生机理,研究成果可进一步用于车用永磁同步电机设计开发和电磁振动噪声产生机理研究。 展开更多

关键词 模态敲击试验 二合一系统 多物理场耦合模型 消声室台架试验

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330 kV SF6/N2混合气体介质绝缘母线的紧凑化设计 被引量：6

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作者 庞文龙 吴细秀 +3 位作者 吴士普 杨芷宁 杨馨 侯慧 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1044-1051,共8页

为实现气体绝缘变电站(gas insulated substation, GIS)母线小型化、紧凑化和环保化,开展了混合气体介质条件下330kV GIS母线紧凑化设计研究。首先根据小型化原则确定母线结构为三相共箱式,利用已有的SF6/N2混合气体研究结合工程应用试... 为实现气体绝缘变电站(gas insulated substation, GIS)母线小型化、紧凑化和环保化,开展了混合气体介质条件下330kV GIS母线紧凑化设计研究。首先根据小型化原则确定母线结构为三相共箱式,利用已有的SF6/N2混合气体研究结合工程应用试点经验,确定了SF6/N2混合气体的混合比,并提出了SF6/N2混合气体的绝缘击穿判据。在此基础上建立了考虑通流损耗、气体流动及重力等多物理场耦合的绝缘裕度计算模型。为了精确的求解,考虑了混合气体的协同效应对材料物性参数的影响,采用Aspen软件计算了混合气体物性参数并拟合出其随温度变化的规律。为得到最优紧凑化母线结构,定义了紧凑化系数,采用参数化设计的方法得到绝缘裕度随紧凑化系数的变化规律。研究结果表明,提出的紧凑化原则能有效指导共箱式母线尺寸设计,设计得到的SF6/N2混合气体介质条件下330kV三相共箱GIS母线在正常运行状态下的绝缘水平满足要求。最紧凑化尺寸下可将母线体积减小37%,SF6气体用量减少80%。 展开更多

关键词 混合气体 内绝缘水平 多物理场耦合模型 物性参数 紧凑化设计

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电动汽车IPMSM宽范围调速振动噪声源分析 被引量：46

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作者 李晓华 刘成健 +2 位作者 梅柏杉 魏书荣 夏能弘 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第17期5219-5227,共9页

为找到主要振动噪声源,为低振动噪声电动汽车内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM）的设计提供理论支持,该文建立多物理场永磁同步电机振动噪声分析模型,提出一种新的永磁同步电机振动噪声源分析... 为找到主要振动噪声源,为低振动噪声电动汽车内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM）的设计提供理论支持,该文建立多物理场永磁同步电机振动噪声分析模型,提出一种新的永磁同步电机振动噪声源分析方法。利用此方法首先理论分析PMSM电磁力波特征参数（力波阶数r,力波频率fr,力波幅值/reak r fP-）和各阶力波的谐波来源,建立一台IPMSM多物理场耦合振动分析有限元模型,计算其宽范围调速下振动噪声频谱特性,最后理论分析样机的主要振动噪声源。结果表明：该文样机的主要电磁振动噪声源是一阶齿谐波引起的0阶力波的12f频谱分量。最后通过实验验证了理论和有限元仿真结果。 展开更多

关键词 内置式永磁同步电机 多物理场耦合模型 结构振动响应 电磁噪声评估

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臭氧催化氧化反应器模拟与分析 被引量：5

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作者 邹思宇 凌二锁 +5 位作者 乐淑荣 孙胜鹏 吴张雄 陈晓东 吴铎 肖杰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期3969-3978,共10页

臭氧催化氧化法是一种高效的污水处理技术,是目前污水高级处理的主要手段之一。传统的建模方法无法研究反应器内污水浓度的时空分布和操作条件对反应器的影响,本研究利用计算流体力学(CFD),耦合多孔介质流动与传质和化学反应动力学多物... 臭氧催化氧化法是一种高效的污水处理技术,是目前污水高级处理的主要手段之一。传统的建模方法无法研究反应器内污水浓度的时空分布和操作条件对反应器的影响,本研究利用计算流体力学(CFD),耦合多孔介质流动与传质和化学反应动力学多物理场模型,研究臭氧催化氧化过程中目标污染物浓度随时间和空间的分布情况,计算结果与实验结果有良好的一致性。进一步研究臭氧浓度和流量、循环水流量、催化剂层高度、催化剂颗粒大小等对臭氧催化氧化处理废水效率的影响,评估出最优的实验方案。结果表明,在不改变当前反应器主体结构的情况下,最优的操作条件是:臭氧浓度30~40mg/L,臭氧进口流量40~60mL/min,循环水量200~250mL/min,催化剂层填充高度600~800mm,催化剂颗粒半径大小为2mm。该研究有助于理解、设计和优化污水处理反应器。 展开更多

关键词 计算流体力学 多物理场耦合模型 传递过程 臭氧催化氧化 化学反应器

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