锂离子电池电化学-热-力多物理场耦合建模综述

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作者 杨凯 杨晓光 +2 位作者 王文伟 姜久春 南金瑞 《电源技术》 北大核心 2025年第5期887-897,共11页

建立模型预测锂离子电池在不同工况下的性能以及寿命的发挥,有助于缩短电池的设计和验证周期,实现电池全生命周期高可靠运维。锂离子电池在实际使用过程中需要受到外力的约束,力对电池的性能和寿命有着不可忽视的影响,在建模过程中同时... 建立模型预测锂离子电池在不同工况下的性能以及寿命的发挥,有助于缩短电池的设计和验证周期,实现电池全生命周期高可靠运维。锂离子电池在实际使用过程中需要受到外力的约束,力对电池的性能和寿命有着不可忽视的影响,在建模过程中同时考虑电化学、温度、力场及其之间的耦合成为了近年来的研究热点。针对锂离子电池电化学-热-力耦合建模的研究现状进行分析,介绍了电化学-热、电化学-热-力耦合性能模型以及老化模型的建模方法,综述了现阶段电化学-热-力耦合模型的研究进展,并展望了未来模型发展所亟需解决的关键技术挑战。 展开更多

关键词 锂离子电池 电化学-热-力耦合建模 性能预测 寿命预测

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基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究 被引量：3

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作者 张赛 汪振毅 胡世旺 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期551-559,共9页

为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析... 为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析单电池温度不均匀分布和电池组温度正态分布情况的原因,探讨换热面积和流通量对散热量的影响,研究电池组中单体电池的位置分布及不同传热介质的散热情况。研究结果显示:低温和相对高温环境下,欧姆热、极化热及电化学反应热产热占比不同,但产热最高温度未达到电极材料与电解液分解反应的临界温度420 K;高温环境下,电池温度持续升高接近临界温度,出现热失控趋势,对流换热系数对电池影响较大。电池组间隙为10 mm和20 mm时,整体温度比间隙为0时分别降低了1.1%和1.8%;与无间隙电池组相比,以铜板和铝板为传热介质的电池组温度分别降低了2.0%和1.6%。 展开更多

关键词 安全工程 电化学-热-力耦合 间隙电池组 对流换热系数 热失控

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薄膜天线航天器刚-柔-热耦合动力学建模与复合控制研究

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作者 陈呈 刘翔 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期283-297,共15页

大型空间薄膜天线在深空探测、天基预警、对地观测等领域具有广阔的应用前景.由于薄膜天线具有大、轻、柔的显著特征,其动力学与控制问题十分复杂且突出.与此同时,由于天线工作性能的需求,天线在轨运行时必须保持极高的指向精度和形面精... 大型空间薄膜天线在深空探测、天基预警、对地观测等领域具有广阔的应用前景.由于薄膜天线具有大、轻、柔的显著特征,其动力学与控制问题十分复杂且突出.与此同时,由于天线工作性能的需求,天线在轨运行时必须保持极高的指向精度和形面精度.这就要求我们对薄膜航天器进行精细的动力学分析与有效的主动控制设计.该文针对一类平面张拉式薄膜天线进行刚-柔-热耦合动力学建模与复合控制问题的研究.首先,基于非线性有限元方法建立了薄膜天线结构的非线性动力学模型,并对该模型进行了模型降阶.然后,基于非线性降阶模型并考虑空间热环境的影响,采用混合坐标法建立了航天器的刚-柔-热耦合动力学模型.最后,采用合力合成控制方法结合拉索作动的非线性振动控制策略,对航天器的姿态运动和非线性振动进行了同步、复合控制. 展开更多

关键词 薄膜天线 刚-柔-热耦合动力学建模 非线性振动 复合控制

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考虑弛豫过程的锂离子电池电-热-老化耦合建模

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作者 耿陈 彭乔 +4 位作者 孟锦豪 刘天琪 曾雪洋 陈刚 李燕 《电力自动化设备》 北大核心 2025年第3期33-39,共7页

为提高锂离子电池建模精度,提出了一种考虑弛豫过程的锂电池电-热-老化耦合建模方法。基于电池测试数据,辨识Thevenin等效电路模型参数,建立不同荷电状态与健康状态下的锂电池模型多维参数库。考虑传统Thevenin模型采用固定时间常数,导... 为提高锂离子电池建模精度,提出了一种考虑弛豫过程的锂电池电-热-老化耦合建模方法。基于电池测试数据,辨识Thevenin等效电路模型参数,建立不同荷电状态与健康状态下的锂电池模型多维参数库。考虑传统Thevenin模型采用固定时间常数,导致电池模型在弛豫时间段端电压的拟合效果较差,采用变时间常数方法优化电池弛豫期间的端电压响应。在热表征方面,在不同电流倍率下均辨识了电池的热模型参数。实验结果表明,所提出的模型能够精确反映锂电池在多种运行条件下的端电压、温度和健康状态。 展开更多

关键词 锂离子电池 电池建模 Thevenin模型 电-热-老化耦合模型 弛豫模型

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磨床整机热-力耦合特性建模方法与实验研究

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作者 任利娟 闫伟健 +3 位作者 陈恪 李堃 王琦 张广鹏 《机床与液压》 北大核心 2024年第18期62-67,共6页

针对数控外圆磨床提出一种机床热-机械耦合的整机变形建模仿真方法,以实现磨床整机从加工至达到热平衡过程的热力耦合仿真分析。通过磨床加工中的热载荷和力载荷计算方法分析了力负荷与热负荷的耦合影响规律;对考虑强迫对流和自然对流... 针对数控外圆磨床提出一种机床热-机械耦合的整机变形建模仿真方法,以实现磨床整机从加工至达到热平衡过程的热力耦合仿真分析。通过磨床加工中的热载荷和力载荷计算方法分析了力负荷与热负荷的耦合影响规律;对考虑强迫对流和自然对流的各部件在不同边界条件下进行了分析计算,采用有限元分析了冷却液温度和环境温度对热力耦合变形的影响规律,通过实验测量磨床关键部件在误差敏感方向的温度分布和变形量,测量结果与仿真结果的变形方向一致,且幅值误差小于10%,验证了所建立的整机热-力耦合建模方法的有效性,为加工误差补偿提供理论和技术支持。 展开更多

关键词 数控外圆磨床 整机热特性 热-力耦合建模 温升 热变形

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锂离子电池电化学-热-力耦合数值模拟及分析 被引量：2

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作者 马德正 李培超 +2 位作者 岳飞龙 张贝贝 邓辉良 《农业装备与车辆工程》 2021年第11期43-47,共5页

建立了锂离子电池电化学-热-力耦合模型,并使用COMSOL Multiphysics软件进行了数值求解。研究了电化学-热-力耦合模型与电化学-力耦合模型的差异,对比了温度场以及电极粒子内部浓度场的变化,同时分析了隔膜孔隙度变化时外载对电池电压... 建立了锂离子电池电化学-热-力耦合模型,并使用COMSOL Multiphysics软件进行了数值求解。研究了电化学-热-力耦合模型与电化学-力耦合模型的差异,对比了温度场以及电极粒子内部浓度场的变化,同时分析了隔膜孔隙度变化时外载对电池电压及容量的影响。研究发现:引入温度场后电池容量和电压平台会有所升高,模型温度会变低,粒子内部浓度相比电化学-力耦合更加均匀;当加入外载后,会导致电池电压和容量的降低,且同等外载对低放电速率下电池性能的影响更明显。此外还发现了电池在外载作用下会引起隔膜孔隙度变化进而影响电池放电性能。 展开更多

关键词 锂离子电池 电化学-热-力耦合 隔膜变形 多物理场 电压

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基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展 被引量：16

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作者 蔡国庆 刁显锋 +3 位作者 杨芮 王北辰 高帅 刘韬 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期17-32,共16页

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对... 随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。 展开更多

关键词 CFD-DEM 流-固耦合 颗粒建模 流体建模 流-固相互作用力

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下肢步行康复训练机器人的人-机耦合力检测 被引量：3

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作者 沈林勇 章亚男 +2 位作者 钱晋武 徐柳伶 文忠 《电子测量技术》 2012年第12期14-18,共5页

针对患者主动参与的步行康复训练,利用牛顿-欧拉法建立了患者与外骨骼机械腿的动力学模型,推导出提取患者下肢主动力的简化模型。在此基础上,设计了用于测量人-机耦合力的装置,并在实验样机上进行了加载3组不同质量产生的惯性作用耦合... 针对患者主动参与的步行康复训练,利用牛顿-欧拉法建立了患者与外骨骼机械腿的动力学模型,推导出提取患者下肢主动力的简化模型。在此基础上,设计了用于测量人-机耦合力的装置,并在实验样机上进行了加载3组不同质量产生的惯性作用耦合力的在线测量实验和一个步态周期内加载了3组患者模拟主动作用力的测量实验,获得了最大标准差为0.208N实验结果数据。实验数据表明,该装置能满足用于在线测量人-机耦合力的测量精度要求,以及康复训练中基于动力学模型的患者主动作用力测量的可行性,该测量方法和装置为实现下肢步行康复训练机器人的患者主动参与康复运动的外骨骼机械腿的主动控制建立了基础。 展开更多

关键词 外骨骼机械腿 动力学建模 人-机耦合力 力测量

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连接方式对电池模块一致性与产热影响 被引量：1

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作者 丁昌明 文华 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期174-181,共8页

为了研究锂离子电池成组使用时遇到的不一致性和温度不均的问题,基于电化学-热耦合模型,以8块软包电池为例,通过多种串并联方式建立不同的电路模块,分析在1C和0.5C放电过程中电池的温度特征和不一致性。结果表明:电池模块的均温性和一... 为了研究锂离子电池成组使用时遇到的不一致性和温度不均的问题,基于电化学-热耦合模型,以8块软包电池为例,通过多种串并联方式建立不同的电路模块,分析在1C和0.5C放电过程中电池的温度特征和不一致性。结果表明:电池模块的均温性和一致性与放电倍率有关。不管是先串后并还是先并后串,并联支路的增加或者是串联单元数量的减少都会使电池模块的平均温升和最大温差降低,还会影响温升速率和放电结束时的电压。并联支路数相同时,先串后并模块的一致性要比先并后串好。对于先并后串的模块,其并联支路中串联电池的数量越多,放电过程中电池之间的一致性越差。对于先串后并的模块,其并联的支路数越多,电池的一致性越差。 展开更多

关键词 电池模组 不一致性 电化学-热耦合模型 串并联 放电

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基于Comsol锂离子模组热失控及散热模型仿真

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作者 郭艾雯 邢志祥 +2 位作者 施雅琴 祁龙泰 谢瑞卿 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2023年第10期111-116,共6页

为探究多块串联三元软包锂离子电池模组热失控及热扩散的行为特征,基于能量守恒定律和传热机理,应用Comsol有限元软件建立电化学-热耦合模型并进行仿真。仿真结果表明,当电池单体发生热失控时,电池电压变化早于温度变化40 s,为采取阻燃... 为探究多块串联三元软包锂离子电池模组热失控及热扩散的行为特征,基于能量守恒定律和传热机理,应用Comsol有限元软件建立电化学-热耦合模型并进行仿真。仿真结果表明,当电池单体发生热失控时,电池电压变化早于温度变化40 s,为采取阻燃控制措施预留了充分的时间;在第160 s时,边缘位置比中间位置电池触发热失控的温度高56℃;分析热对流对散热模型的影响,发现空气对流速度大于0.5 m/s时,电池最高温度小于200℃,不会触发热失控。 展开更多

关键词 电化学-热耦合 热失控 电池模组 散热

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涡轮冷却叶片气动与传热设计优化 被引量：5

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作者 虞跨海 岳珠峰 杨茜 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期310-314,共5页

提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将... 提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将多目标优化问题转化为单目标函数进行优化,以总压损失、叶片最高温度和平均温度最小为优化目标进行了自动优化,改善了叶片性能。 展开更多

关键词 涡轮冷却叶片 多目标优化 KS函数 参数化建模 流-热耦合

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