【摘 要】
:
锂离子电池广泛应用于电子产品、新能源汽车和规模化储能等领域。近年来锂离子电池滥用引起的火灾和爆炸事故频发,安全问题凸显,成为规模化应用的主要瓶颈。在当前锂离子电池的工作原理和制造水平没有革命性变化的条件下,优良性能的电池管理系统是确保锂离子电池安全应用的基础。当前主流电池管理系统的感知输入是单体电池的端电压和表面温度,具有很多优势,但也存在诸多问题。为了提高锂离子电池的安全应用水平,在电池管理系统
论文部分内容阅读
锂离子电池广泛应用于电子产品、新能源汽车和规模化储能等领域。近年来锂离子电池滥用引起的火灾和爆炸事故频发,安全问题凸显,成为规模化应用的主要瓶颈。在当前锂离子电池的工作原理和制造水平没有革命性变化的条件下,优良性能的电池管理系统是确保锂离子电池安全应用的基础。当前主流电池管理系统的感知输入是单体电池的端电压和表面温度,具有很多优势,但也存在诸多问题。为了提高锂离子电池的安全应用水平,在电池管理系统中增加感知参数是一条必由路径。电化学阻抗可以有效反映电池的电化学特征和运行状态,但电化学阻抗大多是静态测量。本文以锂离子电池动态阻抗的在线测量为切入点,研究锂离子电池的动态阻抗与电池运行过程中各阶段安全相关参数的表征关系,实现在电池充电期间的内部温度感知预警、过充预警和热失控预警,为新型电池管理系统的构建提供理论与技术依据,主要研究内容与结果如下:(1)提出了一种电流源激励的锂离子电池动态阻抗在线测量方案。电池安全问题发生在充放电过程中,准确获取电池工作状态下的动态阻抗是进行安全预警的关键。该在线测量方案利用电流源内阻大、电流恒定及抗干扰能力强的特点,采用“四线制”将特定频点的正弦电流注入工作状态的电池,获取同频的响应电压,通过设计“强直弱交无相移”电路对弱电压响应信号进行高倍数放大,实现了电池动态阻抗的测量。测量方案中的“强直弱交无相移”电路既解决了大直流分量导致的弱正弦信号失真问题,又实现了弱正弦信号的放大,为在电池管理系统中集成动态阻抗参数测量提供了技术方案。该方案设计开发的样机测试结果表明,阻抗测量范围宽、抗干扰能力强、测量准确度高,可以实现动态阻抗的在线测量。(2)设计了一种通过动态阻抗标定电池内部温度的方法,建立了动态阻抗-内部温度预测模型,实现了非侵入式电池内部温度测量,增加了安全预警时间。不同的电池有不同的电化学阻抗谱,阻抗谱上存在阻抗参数-电池内部温度灵敏频点。本文通过对动态阻抗谱的研究遴选出频点,采用静置法标定出电池的阻抗-内温曲线,建立起特定频点阻抗参数与内部温度的关系模型,以动态阻抗测量得到电池的内部温度,实现了电池内部温度的非侵入感知。与电池表面的外温测量相比,同温时间点大大提前,增加了安全预警时间。以磷酸铁锂电池为例,在1 C和2 C充电模式下,通过探针植入测温验证了内部温度感知的有效性、可实现性和抗干扰能力。以50℃同温点为例,预测感知时间比表面温度感知时间提前591秒,为采取措施预防危险发生提供了充足的时间。(3)通过对单体电池过充过程中动态阻抗变化规律的研究,发现了单体电池微过充出现时呈现的动态阻抗加速衰减特征,提出的“一阶拟合残差”对阻抗加速衰减特征进行了量化,实现了电池微过充情况的有效提前预警。电池的模组化使用导致电池不一致性的恶化,造成模组中单体电池发生微过充而引起恶性事故发生。通过分析充电期间荷电状态、内部温度等对阻抗曲线的综合影响,发现了电池微过充条件下的阻抗加速衰减特征,构建的一阶拟合残差量化了阻抗加速衰减特征;以设定的残差阈值作为判据,建立了基于阻抗测量的单体电池发生微过充提前预警方案,实验结果验证了预警方案的有效性,并为新型电池管理系统提前预警电池微过充提供了技术支撑。(4)通过对电池发生热失控过程与机理的理论与实验分析,发现了锂离子电池发生热失控前动态阻抗随过充进展出现的阻抗模值斜率转变特征,以斜率转变特征为标志,实现了锂离子电池过充情况下发生热失控的提前预警。电池充放电过程中发生热失控,是大多电池应用场景下发生燃烧和爆炸事故的主要原因,通过分析锂离子电池热失控的机理、热蔓延规律及过充产气原理,阐明了电池过充过程中产气对动态阻抗变化的影响规律,发现了过充进展过程中阻抗斜率的转变特征,并具有普适性。以该动态阻抗斜率转变特征为标志,可以对电池发生热失控提前预警,为避免热失控发生提供了时间窗口。该预警方法仅通过对动态阻抗的测量与简单计算即可实现,并有明确的电化学理论依据,并具有较高的可靠性。
其他文献
本文采用先进的半导体仿真软件对Ⅲ族氮化物半导体的深紫外(DUV)发光二极管(LED)和激光二极管(LD)进行了深入的理论研究。根据详细的文献调研,确定了限制器件性能的关键因素和目前所面临的主要挑战。借助软件高级脚本功能,全面研究了设计参数的差异,提出了几种设计策略和材料,能够部分或完全的解决面临的难题。本工作侧重于DUV LED和LD,包括纳米线(NW)结构和平面薄膜结构,共提出了五种不同的结构,
BESIII能区是微扰QCD和非微扰QCD的交接区域,是检验量子色动力学的理想平台。本文通过研究夸克偶素φ(2170),ρ(2150)和轴矢量介子候选者h1(1380)的产生和衰变讨论各种基于QCD模型的计算,通过测量单举产生截面研究强子碎裂函数。h1(1380)作为1P1 ss轴矢量奇异偶素候选者,在理论和实验上存在争议,精确测量其质量和宽度有助于理解其物理本质。根据1.31 × 109 J/Ψ
师德师风是评价教师队伍素质的第一标准。党的十八大以来,国家一以贯之强调加强师德师风建设。为考察十年来师德师风建设进展,本文基于样本数据分析发现:师德师风建设情况整体偏好,学生和家长对教师师德行为表现认同度较高,但师德宣传效果相对较差,学生对教师传播正能量、家长对教师校园安全防范认同度相对偏低。师德师风建设效果和师德行为表现,在学校所在地和办学水平上存在显著差异,办学水平直接影响师德师风建设效果。教
车联网作为推动现代智能交通系统发展的关键技术,有望塑造和彻底改变未来的交通方式,逐步成为国家高度重视的研究方向。车联网以车内网、车际网和车载移动互联网为基础,利用无线通信技术实现车辆与万物(Vehicle-toEverything,V2X)间的无线通讯和信息交换,是实现智能交通、信息服务和车辆智能控制的一体化网络。随着车联网应用从道路安全类、交通效率类和信息服务类等基本应用向智慧交通、自动驾驶等增
随着越来越多的设备接入网络,一方面给本就紧张的无线频谱资源带来了更大的压力,另一方面导致了更加复杂的通信环境,在这个开放的网络环境下通信安全问题显得越发重要。非正交多址技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)具有在同一无线资源块内为多个用户提供服务的能力,相比于传统的正交多址接入,NOMA可以显著提高频谱利用率和用户连接密度。然而,想要发挥NOMA的优势,需要
口腔鳞状细胞癌是来源于口腔黏膜上皮的恶性肿瘤,一般生长迅速,局部浸润性强,较易发生复发和区域淋巴结转移,预后较差。对口腔鳞状细胞癌发生、发展相关分子机制研究,进一步筛选和研发诊治标志物和药物靶点,是国内外研究前沿和重点。课题组前期研究中发现,在白斑、扁平苔藓等口腔黏膜癌前病变中存在Oct4和Sox2双阳性细胞。在前期研究中课题组通转染人端粒酶逆转录酶(hTERT)基因到原代培养的口腔黏膜上皮细胞中
在目标导向的空间导航中,从当前位置到目标位置的路由执行是最重要的任务之一。但是大脑如何表征路由执行过程中的关键信息,以支持路由的形成与调整,目前仍不清楚。为了研究目标导向路由形成与调整过程中的神经表征及解码问题,本文以具有卓越空间认知和导航能力的鸽子为模式动物,设计了多路由选择的目标导向行为实验范式,同步采集了路由形成与调整过程中的行为学数据和多脑区神经信号,基于多模态神经信号分析手段、复杂网络理
随着半导体线宽节点降低至纳米量级,增强芯片内部核心电路的可靠性成为研究者必须面对的问题。在影响芯片可靠性的众多因素中,静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)导致失效的占比高达35%。近年来,在先进低压工艺下,ESD对芯片内部的损坏越发显著,该现象严重制约芯片质量的提高和发展。因此为了提高芯片整体的ESD鲁棒性,无论是企业还是科研单位都开始重视半导体产品内部的静电防护设计
运动准备电位是运动执行前头皮额叶中央区域出现的缓慢上升负电位,是一种可以通过电极检测的神经信息,研究人员认为该信息可以反映大脑的运动准备活动。运动意图是运动执行前大脑的认知思维活动,从神经信息中获取运动意图的过程称为运动意图解码。运动准备电位是目前用于运动意图解码的主要神经信息。运动意图解码在脑-机接口和神经性疾病诊断方面具有重要的作用。前期研究工作中发现个别受试者出现了运动准备电位消失的现象,进
在高功率光纤激光系统中,常会出现激光照射到目标处产生的回光被重新耦合到激光器内部并得到放大,从而损伤激光系统的现象.对于高功率光谱合成光纤激光系统等缺乏有效回光防护的高功率激光系统,该情况尤为严重.为了解决上述问题,有必要综合整个系统链路中的多种物理效应,评估和分析反射回光对系统运转状态的影响,在设计光纤激光器时优化光路布局和系统结构,以尽量避免不必要的损失.本文基于大气传输理论、光纤速率方程和介