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多因素影响下融合RNN和AUKF的 矿用锂离子电池SOC估计
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作者 窦元运 张成知 封居强 《电源技术》 北大核心 2025年第4期764-771,共8页
针对矿用锂离子电池在实际应用中面临的荷电状态(SOC)估计难题,提出了一种结合递归神经网络(RNN)和自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的新方法,该方法考虑了温度、倍率等多因素对SOC估计的影响。对228 Ah大容量矿用锂离子电池进行多因素影响实... 针对矿用锂离子电池在实际应用中面临的荷电状态(SOC)估计难题,提出了一种结合递归神经网络(RNN)和自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的新方法,该方法考虑了温度、倍率等多因素对SOC估计的影响。对228 Ah大容量矿用锂离子电池进行多因素影响实验,构建改进的一阶RC等效电路模型。利用RNN回归分析多因素对OCV-SOC关系及模型参数的影响。采用AUKF算法对电池在不同复杂工况下的模型进行有效辨识和SOC估计。实验结果表明,该方法能够显著提高矿用锂离子电池SOC估计的准确性和鲁棒性。研究结果可为矿用设备的智能化管理和维护提供重要的技术支持。 展开更多
关键词 SOC估计 矿用锂离子电池 多因素 递归神经网络 自适应无迹卡尔曼滤波
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矿用锂离子电池针刺诱导内部短路的安全特性研究 被引量:4
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作者 封居强 蔡峰 +2 位作者 伍龙 黄凯峰 窦元运 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期81-87,共7页
为研究锂离子电池内部短路引起潜在热失控风险的机理和规律,针对228 Ah矿用锂离子电池开展针刺诱导内部短路试验,通过分析电压、温度和重量损失率等参数,探明针刺速度、荷电状态(SOC)对热失控的影响和变化规律。研究结果表明:低速穿透时... 为研究锂离子电池内部短路引起潜在热失控风险的机理和规律,针对228 Ah矿用锂离子电池开展针刺诱导内部短路试验,通过分析电压、温度和重量损失率等参数,探明针刺速度、荷电状态(SOC)对热失控的影响和变化规律。研究结果表明:低速穿透时,因固体电解质界面膜的损坏与再生造成2次内部短路,温度和电压具有正相关性特征;随针刺速度的增加,电压下降起始时间和重量损失率变小,温升率基本不变;低SOC针刺时,内部短路影响电池热量的释放,改变短路放电的方式,随着SOC的增大,参与内部短路反应的活性物质越多,内部短路的现象明显、热失控严重,导致开路电压下降率、温升率和重量损失率均变大。研究结果可为该类电池在煤矿井下安全应用提供技术支撑。 展开更多
关键词 矿用锂离子电池 针刺速度 荷电状态 内部短路
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机械冲击条件下锂离子蓄电池安全性分析
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作者 倪春明 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期161-166,共6页
煤矿井下环境恶劣且空间狭小,锂离子蓄电池容易遭受外部的物理冲击或损害,引发安全事故。以100 A·h矿用锰酸锂离子蓄电池作为研究对象,对该电池进行针刺、高温、潮湿试验,分析电池的安全性能。通过针刺试验模拟煤矿井下环境中潜在... 煤矿井下环境恶劣且空间狭小,锂离子蓄电池容易遭受外部的物理冲击或损害,引发安全事故。以100 A·h矿用锰酸锂离子蓄电池作为研究对象,对该电池进行针刺、高温、潮湿试验,分析电池的安全性能。通过针刺试验模拟煤矿井下环境中潜在的机械冲击,用尖锐物体刺入电池,观察电池在极端条件下的反应。使用炉箱和湿度控制环境箱模拟煤矿井下的高温和潮湿环境,对针刺后的电池实施试验,评估电池在煤矿井下极端环境中的安全性和可靠性。试验结果表明:①电池被钨针刺穿后,表面出现一定变形和破裂,但未出现电解质泄漏的情况,同时电池并未出现冒烟、起火、爆炸等危险情况,内部也没有气体产生。被钨针刺穿后,电池温度显著上升,但能控制在安全范围内且没有引发燃烧或爆炸,说明该电池在煤矿井下应用中具有一定的热稳定性。②被刺穿电池在炉箱加热后显著膨胀,并伴随有气体泄漏的现象,但尚未引发爆炸或燃烧,说明电池在特定条件下具有一定的热稳定性。③在潮湿环境下,被刺穿电池产生气体,增加了内部压力,在刺穿和潮湿的双重影响下,使得电池温度增加,但因为潮湿环境中的水分起到一定的冷却作用,与高温环境下相比,电池温度上升趋势较为缓慢,且仍未引发爆炸或燃烧,说明电池在潮湿环境下仍具有热稳定性,不会出现热失控现象。 展开更多
关键词 矿用锰酸离子电池 电池安全性试验 机械冲击 针刺试验 高温试验 潮湿试验
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随机振动对矿用车载隔爆型锂离子蓄电池的影响分析
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作者 李博 《工矿自动化》 北大核心 2020年第4期113-116,共4页
目前矿用锂离子蓄电池正弦振动试验方法无法全面反映蓄电池结构疲劳寿命、可靠性及其内部结构振动响应和激励状态下的振动特性.针对上述问题,采用随机振动中常用的虚拟激励法对矿用车载隔爆型锂离子蓄电池进行振动响应分析,从加速度响... 目前矿用锂离子蓄电池正弦振动试验方法无法全面反映蓄电池结构疲劳寿命、可靠性及其内部结构振动响应和激励状态下的振动特性.针对上述问题,采用随机振动中常用的虚拟激励法对矿用车载隔爆型锂离子蓄电池进行振动响应分析,从加速度响应、接触电阻、温度和隔爆腔体间隙变化4个方面分析了锂离子蓄电池在振动工况下可能产生的防爆性能和电气性能变化:被测锂离子蓄电池经过8 h的振动试验,隔爆腔体和壳盖处的隔爆间隙虽然还满足I类防爆电气设备的要求,但隔爆间隙显著增大,在该工况下长期使用存在隔爆失效(传爆)的风险;蓄电池正极接线柱由于工艺、材质或紧固期间装配的原因,接触电阻变大,导致局部发热量明显增加,如果温度持续上升可导致锂离子蓄电池薄膜融化,存在燃烧甚至爆炸风险.分析结果表明:随机振动试验方法可以充分暴露产品结构设计缺陷,可为车载锂离子蓄电池整体结构、应力变化、工作稳定性分析及疲劳寿命预测提供有效的数据支持. 展开更多
关键词 矿用车载离子电池 隔爆型 随机振动实验 虚拟激励法 隔爆间隙 加速度响应
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基于数字孪生的高精度SOC和温度联合估计方法
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作者 封居强 张成知 陈雨杭 《储能科学与技术》 2025年第9期3567-3580,共14页
矿用锂离子电池在煤矿极端工况下面临严峻的安全性与可靠性挑战。虽然高精度物理建模是潜在解决方案,但传统实验方法存在成本高、风险大的局限性,而机理模型又难以适应实际复杂工况。为此,本研究提出一种基于数字孪生协同的模型构建框... 矿用锂离子电池在煤矿极端工况下面临严峻的安全性与可靠性挑战。虽然高精度物理建模是潜在解决方案,但传统实验方法存在成本高、风险大的局限性,而机理模型又难以适应实际复杂工况。为此,本研究提出一种基于数字孪生协同的模型构建框架。以228 Ah矿用锂离子电池为研究对象,利用改进一阶RC等效电路模型,建立了考虑温度、倍率、SOC和老化等多因素耦合的电池特性表征体系。基于Simulink/Simscape多物理场协同仿真平台,构建了融合电化学、热力学和状态估计算法的数字孪生系统,并集成了对流热传递、UKF和EKF估计算法模块,实现SOC和温度联合估计的对比分析。UKF估计的实验结果表明:在BBDST工况下,25℃、45℃和60℃恒温条件下SOC估计的最大允许误差(MPE)分别为0.3937%、0.4347%和0.5067%,温度估计的MPE分别为0.74℃、1℃和0.9613℃。在DST工况下,三个恒温条件下SOC估计的MPE分别为0.1829%、0.0034%和0.0035%,温度估计的MPE分别为0.6℃、0.9992℃和0.9740℃。结果验证了该模型具有优异的温度适应性和泛化能力。为下一代智能BMS开发提供了可靠的数字孪生验证平台,具有重要的理论价值和广阔的工程应用前景。 展开更多
关键词 矿用锂离子电池 数字孪生 SOC与温度联合估计 Simulink/Simscape
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