基于PNGV模型的锂离子电池荷电状态估计

目的 提升不同老化情况下的锂离子电池荷电状态(SOC)估计精度。方法 基于PNGV模型(Partnership for a New Generation of Vehicles)，对锂离子电池SOC进行估计。首先通过双线性变换对PNGV模型进行离散化，采用带有遗忘因子的递归最小二乘法(FFRLS)，对电池模型参数进行在线辨识，利用卡尔曼滤波(EKF)算法进行SOC估计，并通过动态工况验证SOC估计精度。结果 以多种误差指标考察不同循环下的试验数据，在不同电池老化状态下具有较好的预测精度。相比基于Thevenin模型的算法，基于PNGV模型的算法可以将SOC平均绝对误差减少约60%，同时也可以将SOC估计最大绝对误差波动范围降低53.8%。结论 本算法引入PNGV模型后，解决了基于Thevenin模型算法误差大、不稳定的问题，提升了动力电池系统在不同老化环境下的适应性。     

时变温度环境下锂离子电池自适应SOC估计方法

目的针对低温环境下锂离子电池特性显著变化问题,为大规模锂离子电池组在极地科考船混合动力系统上的应用提供理论依据,方法对10 Ah高功率三元镍钴锰酸锂电池低温特性展开实验研究,结合实验数据,利用基于遗忘因子的递推最小二乘算法(FFRLS)分别与两种改进的卡尔曼滤波算法(AEKF、UKF)组成的串联观测器在线估计电池荷电状态(SOC)。结果在25～-30℃时变温度环境的改进DST工况下,FFRLS-AEKF算法的SOC估计精度略高于FFRLS-UKF算法,其最大估计误差为3.04%,均方根误差为0.69%。结论相比EKF与RLS-EKF算法,更好的模型参数与噪声信息的自适应性使FFRLS-AEKF算方法有更高的SOC估计精度与收敛性。     

48 V/50 Ah磷酸铁锂电池组热仿真

目的基于COMSOL Multiphysics软件对锂离子电池组进行热耦合仿真研究,正确辨识电池的有关热物性参数。方法首先确立锂离子电池组仿真的热模型,关于锂离子电池传热模型中涉及的热物性参数,基于不同形状大小的加热片对电池在绝热环境下进行加热,将电池各热物性参数的获取相互解耦,通过对传热模型方程以及边界条件的简化辨识出锂离子电池的热物性参数。最后,基于已确立的锂离子电池热仿真理论基础以及辨识出的相关参数,运用COMSOLMultiphysics仿真软件对锂电池单体和电池组在不同充电倍率下的温度场进行仿真分析,并进行实验验证模型的精确程度。结果根据仿真结果和实验数据的对比分析,基于COMSOLMultiphysics仿真软件可以较为准确地对锂离子电池组壳体表面和内部的温度场进行描述,误差不超过0.5℃。结论在满足一定误差精度范围内,对锂离子电池组热管理系统进行分析和设计时,通过仿真得到的结果就可以为其提供参考和指导。     

车用锂离子电池组冷却系统传热仿真分析

目的 解决电动汽车锂离子电池组在高温下的安全性和热失控问题.方法 建立锂离子电池组冷却系统的三维分析模型,应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法 ,结合热传导和热对流理论,对电池组进行仿真分析.结果 锂离子电池组的温度场分布基本相同,呈现出中间低、两侧高的分布特点,且...     

利用废旧三元锂离子电池制备锰催化剂及其催化性能研究

以废旧锂离子电池的正极材料为原料,利用氧化沉淀法制备锰催化剂,考察反应温度、pH、反应时间以及过硫酸铵用量对产物的影响,并分析制备的锰催化剂催化H_2O_2降解亚甲基蓝(MB,methylene blue)溶液的效果。结果表明:pH对锰催化剂晶型影响明显,在pH=1时,所制得锰催化剂属于γ-Mn O2,10 min即可完全降解MB;而在pH=4的条件下,所制得锰催化剂属于δ-MnO_2,1 h后MB去除率可达82%;pH=2或3条件下,所得锰催化剂为混合晶型,MB降解率分别为93%和77%(1 h)。因此,通过过硫酸铵氧化沉淀法能成功从锂离子电池中制备出具有良好催化性能的锰催化剂,实现了"以废治废",也为废旧三元锂离子电池资源化提供了新的思路。     

随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测

目的为模拟海洋工程与水下科考装备电池的真实使用情况,进行随机电流放电下的锂离子电池老化实验,通过高斯过程回归模型进行电池剩余寿命预测。方法从数据驱动方法中选取具备不确定性表达能力的高斯过程回归模型,选定核函数后通过训练数据来优化超参数建立预测模型。用随机应用下的电池充放电循环实验数据验证预测结果。结果与SE核函数相比,基于Matern核函数的模型预测效果更优。训练数据越多,预测起始点越大,模型预测绝对误差越小、MAPE与RMSE值更低。对两种不同实验温度、不同随机电流放电模式下的三组电池,模型预测绝对误差大多在40 cycle内,MAPE与RMSE值分别低于0.06、0.09,均能实现准确剩余寿命预测。结论对于随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测,高斯过程回归模型具备高精度与适用性。     

废锂电池破碎及碱浸除铝特性

从工业生产出发,以废旧锂离子电池为实验对象,研究了机械破碎对正负极材料筛分富集的影响,利用XRD、SEM和ICPAES等考察了各因素对碱法去除废旧锂离子电池正负极材料富集体中Al的影响,并进行放大实验研究。结果表明:≤0.5 mm物料(46.77 wt.%)主要成分为LiCoO_2和乙炔黑以及部分铝和铜,正负材料基本全部进入此部分物料中;0.5～2、2～5 mm物料主要成分为Cu箔、Al箔、金属外壳和塑料薄膜,分别占16.62 wt.%和25.54 wt.%。当NaOH浓度12 wt.%、液固比20:1时,50℃下反应3 h后,100 Hz超声1 h,实验室放大实验表明Al的去除率达到86.34%;XRD及SEM结果显示实验原料主要成份为Li_2CoO_2和C,碱浸后Al的含量显著降低。     

玉米秸秆作为生态厕所基质处理人粪便的实验研究

利用日本科学技术振兴机构赠送的S-15型生态厕所,以玉米秸秆作为反应基质来处理人粪便,旨在研究玉米秸秆能否代替木屑作为生态厕所的反应基质.实验过程中,对粪便和玉米秸秆混合物的减量化情况、物理性状的变化以及温度、湿度、pH值、有机质、N、P、K等营养元素和碳氮比的变化情况进行了监测.结果表明:玉米秸秆能够代替木屑作为生态厕所的反应基质,且能够有效的降解人粪便,整个反应过程中粪便和玉米秸秆混合物的干重减少率为37.3%.最终残余物的pH值和碳氮比分别为8.02和13.7,且含有大量的N、P、K等营养物质,可以作为有机肥.     

甲基紫试验中改性双基推进剂的热分解机制研究

目的 研究甲基紫试验中含Al改性双基推进剂以及含RDX改性双基推进剂2种典型改性双基推进剂的热分解机理。方法 将这2种典型改性双基推进剂与普通双基推进剂进行对比试验,采用TG-DSC-FTIR-MS联用技术,通过对分解温度、放热量、分解产物等特征参数进行分析,明确3种推进剂的非等温热分解行为。采用微热量热法,在与甲基紫试验相同温度下对3种推进剂进行等温热分解行为研究。结果 含Al改性双基推进剂在程序升温条件下的热质量损失和热分解行为与普通双基推进剂的基本一致。含RDX改性双基推进剂中的NG较其他2种推进剂更易挥发,相应分解反应初期NG分解释放的NO2较少,且在整个热分解反应历程中分2个阶段,含硝酸酯基团的NC/NG体系先分解,再引起硝铵炸药RDX的热分解。在等温条件下,3种推进剂在40 min对应的反应深度均不超过0.4%,5 h对应的反应深度均不超过3%。但在分解反应初期,含Al改性双基推进剂分解反应的速率更快。结论 对比不同推进剂甲基紫安定性试验结果,并不是甲基紫试纸完全变色时间越长的热安定越好,说明甲基紫安定性试验方法存在一定的局限性。采用分解反应深度作为量气和量热方法转换的纽带,有望采用微热量热作为甲基紫试验的替代技术实现安定性的定量评价。     

黑河中游边缘绿洲农田退耕还草的土壤碳、氮固存效应

研究黑河中游边缘绿洲农田退耕种植苜蓿5a后土壤碳、氮库的变化,通过对2个土类(开垦耕种的风沙土和灰棕漠土)退耕苜蓿地和相邻农田0～5、5～10和10～20cm土层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)、颗粒有机碳和氮(POC、PON)储量的分析表明:开垦耕种的风沙土和灰棕漠土有极低的SOC和TN含量,退耕种植苜蓿后0～20cm SOC储量提高了22.1%～27.8%,SOC的固存率平均为0.47 Mg/(hm²·a),0～5cm表层SOC储量变化最大,提高32%～66%;TN储量0～20cm储量变化不显著,在0～5cm表层TN储量风沙土和灰棕漠土分别提高12.8%和48.1%.退耕后POC和PON较SOC和TN有更显著的变化,其分配比例增加,0～20cm土层POC和PON储量分别提高22.8%～42.7%和18.6%～57.6%,在0～5cm变化最大;在瘠薄耕地转变为多年生苜蓿地后土壤C库的增加主要是由于POC的形成量增加.SOC含量相对更低的灰棕漠土比风沙土退耕后土壤C、N的增加更为明显.     

废旧三元锂离子电池回收利用碳足迹

公路运输是我国交通运输领域主要温室气体排放源,新能源汽车行业作为实现交通运输领域“双碳”目标的重要抓手,未来面临大批动力电池报废情况,为量化评估废旧锂电池回收利用行业产生的碳减排效益,从生命周期角度构建废旧三元锂电池回收利用碳足迹核算模型,通过优化电力结构和运输结构,对废旧锂电池回收利用的碳减排潜力作预测评估,此外,使用误差传播方程进行不确定性分析保证碳足迹结果的可靠有效.结果表明,当前中国企业使用湿法技术回收1 kg废旧三元锂电池的碳足迹为-2760.90 g（定向循环工艺）和-3752.78 g（循环再造工艺）,碳足迹的不确定性分别为16 %（定向循环工艺）和15 %（循环再造工艺）.从碳排放贡献率分析,再生产品阶段是废旧三元锂电池湿法回收利用减碳首要贡献来源,电池获取、拆解和末端处置阶段是增碳主要来源.相比于优化运输结构,通过优化电力结构,可有效实现更大的碳减排潜力,协同优化情景下,相比于优化前可实现14 %~19 %的碳减排,与原生产品相比定向循环工艺和循环再造工艺分别可实现9 %和11 %的减排潜力.     

船舶混合锂离子电池储能系统功率分配研究

目的提高极端海况下船舶的适航性和动力性。方法针对能量型和功率型锂离子电池不同工作特性,设计半主动式船舶混合锂离子电池储能系统拓扑结构,提出基于模糊控制理论的功率分配策略,并根据锂离子电池荷电状态(StateofCharge,SOC),限制其最大充放电电流。结果提出的控制策略可充分发挥钴酸锂电池的功率特性和磷酸铁锂电池的能量特性,直流母线电压波纹小于2%。结论在极端海况下,船舶混合锂离子电池储能系统可减少磷酸铁锂电池放电循环次数和放电深度,延长磷酸铁锂电池组的使用寿命,平抑脉冲负载扰动,提高船舶电网稳定性。     

Life cycle assessment of lithium-ion batteries for plug-in hybrid electric vehicles – Critical issues

The main aim of the study was to explore how LCA can be used to optimize the design of lithium-ion batteries for plug-in hybrid electric vehicles. Two lithium-ion batteries, both based on lithium iron phosphate, but using different solvents during cell manufacturing, were studied by means of life cycle assessment, LCA. The general conclusions are limited to results showing robustness against variation in critical data. The study showed that it is environmentally preferable to use water as a solvent instead of N-methyl-2-pyrrolidone, NMP, in the slurry for casting the cathode and anode of lithium-ion batteries. Recent years’ improvements in battery technology, especially related to cycle life, have decreased production phase environmental impacts almost to the level of use phase impacts. In the use phase, environmental impacts related to internal battery efficiency are two to six times larger than the impact from losses due to battery weight in plug-in hybrid electric vehicles, assuming 90% internal battery efficiency. Thus, internal battery efficiency is a very important parameter; at least as important as battery weight. Areas, in which data is missing or inadequate and the environmental impact is or may be significant, include: production of binders, production of lithium salts, cell manufacturing and assembly, the relationship between weight of vehicle and vehicle energy consumption, information about internal battery efficiency and recycling of lithium-ion batteries based on lithium iron phosphate.     

废旧锂离子电池对环境污染的分析与对策

随着锂离子电池广泛应用，锂离子电池的使用量逐年增大．由废旧锂离子电池造成的环境问题已引起世界各国广泛关注。详细分析了废旧锂离子电池对环境的潜在污染，并提出了防治对策。     

锂离子电池组分层主动均衡研究

目的 针对实际装备中使用的串联锂离子电池组的不一致性问题,提出一种基于Buck-Boost电路和反激式变压器均衡电路的分层主动均衡构架.方法 以荷电状态(SOC)作为均衡标准,制定均衡策略,建立锂离子电池二阶等效电路模型以及开路电压(OCV)特性曲线来进行参数辨识与SOC估计.实现电池组内相邻电池单体间的能量转移以及电池组间任意模组到整体的能量双向传递.最后在Matlab/Simulink中搭建均衡模型进行仿真验证.结果 分层主动均衡构架相比传统单一相邻电池均衡构架具有更好的均衡结果,其均衡效果提升了43.04％,均衡时间缩短了24.4％,均衡效率提高了12.61％.结论 该分层主动均衡构架充分发挥了两种主动均衡的优点,改善了电池组的不一致性问题,并提高了整个电池组的充放电容量.     

模拟医疗废物在TG-DTA-FTIR上的热失重特性研究

在热重-差热分析仪上对模拟医疗废物分别在氮气和空气气氛中不同升温速率下加热的热失重行为进行了研究,并对升温速率和不同气氛对其热失重行为的影响进行了探讨.结果表明,随升温速率的提高,模拟医疗废物在2种气氛下热失重时挥发分初析出温度（T_s）向高温方向偏移、失重速率峰值（DTG_max）显著增大;在氮气气氛下,物料热失重时有2个失重峰,前后2个峰的失重率分别为31%和59%左右,在空气气氛下,有3个失重峰,前2个峰失重率分别在44%～59%和31%～46%之间.同时,结合同步傅立叶变换红外光谱仪对各个条件下的气体产物进行了定性分析,并对其中的CO、CO₂、H₂O和CH₄进行了定量分析.实验发现,模拟医疗废物在2种气氛下热失重主要阶段的产物种类相似,都检测到了CO₂、CO、烷烃类、醛类、羧酸、醇类和烯烃的特征吸收峰.并且,结果显示升温速率和气氛条件对CO、CO₂、H₂O和CH₄的生成量都有影响.在热失重的主要阶段,水分含量随加热时间变化曲线上显示1个向下的峰,说明载气中原有水分参与了反应.     

废锂离子电池正极材料的火法资源化技术研究进展

废锂离子电池兼具资源化价值与环境危害双重属性,故对其进行有价资源的二次回收再生,并同时实现无害化处理具有重要现实意义。火法技术因其处理流程短、高效、易工业化应用等特点,已成为废锂离子电池资源化研究热点之一,其主要基于高温条件下的化学转化,实现有价金属Li、Co、Ni等的回收或资源化再生。系统介绍了火法技术在废锂离子电池正极材料资源化中的应用及其研究现状,包括电极材料解离、有价金属冶炼回收、正极活性材料再生等方面,分析了不同热处理技术的优势及其存在的问题,并展望了未来废锂离子电池正极材料火法资源化处理技术的研究方向。     

间二异丙苯一次氧化产物失控反应特性研究

间二异丙苯与空气发生一次氧化反应,是间二异丙苯氧化法制备间苯二酚的关键技术,采用DSC差式扫描量热仪和VSP2绝热量热仪等,研究间二异丙苯与空气反应生成一次氧化产物的热稳定性和绝热失控特性。结果显示:间二异丙苯与空气反应生成一次氧化产物的起始放热温度(T0)为129℃,绝热温升(ΔT ad)为222℃,最高失控压力(P max)为4.05 MPa,最大反应速率到达时间为24 h对应的温度(T D24)为49.6℃。在工业化实施时应优化工艺流程,在操作过程中严格控制反应温度,优化操作条件,以保证安全生产。