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Dynamic Multi-Physics Behaviors and Performance Loss of Cylindrical Batteries Upon Low-Velocity Impact Loading

ENERGY & ENVIRONMENTAL MATERIALS 2024年第6期7卷 184-192页

作者： huang, qingdan Bai, Yang Luo, Han Jia, Yikai Zhang, Chao Northwestern Polytech Univ Sch Civil Aviat Xian 710072 Peoples R China Key Lab Impact Protect & Safety Assessment Civil A Taicang 215400 Peoples R China Northwestern Polytech Univ Sch Aeronaut Xian 710072 Peoples R China EVE Energy Co Ltd Huizhou 516006 Peoples R China

In challenging operational environments, Lithium-ion batteries (LIBs) inevitably experience mechanical stresses, including impacts and extrusion, which can lead to battery damage, failure, and even the occurrence of fire and explosion incidents. Consequently, it is imperative to investigate the safety performance of LIBs under mechanical loads. This study is grounded in a more realistic coupling scenario consisting of electrochemical cycling and low-velocity impact. We systematically and experimentally uncovered the mechanical, electrochemical, and thermal responses, damage behavior, and corresponding mechanisms under various conditions. Our study demonstrates that higher impact energy results in increased structural stiffness, maximum temperature, and maximum voltage drop. Furthermore, heightened impact energy significantly influences the electrical resistance parameters within the internal resistance. We also examined the effects of State of Charge (SOC) and C-rates. The methodology and experimental findings will offer insights for enhancing the safety design, conducting risk assessments, and enabling the cascading utilization of energy storage systems based on LIBs. In this study, the impact of low-velocity impacts on the performance and safety of LIBs is explored. Various conditions, such as impact energy, State of Charge (SOC), and C-rates, systematically reveal mechanical, electrochemical, and thermal responses, as well as damage behaviors. The study demonstrates that higher energy leads to increased structural stiffness, maximum temperature, and maximum voltage drop. Additionally, heightened impact energy and SOC significantly influence electrochemical parameters, including charging capacity and internal resistance. image

关键词： cycling performance damaged battery lithium-ion battery low-velocity impact mechanical safety LITHIUM-ION BATTERY SHORT-CIRCUIT MECHANICAL-BEHAVIOR POUCH CELLS COMPUTATIONAL MODEL ELECTRIC VEHICLES THERMAL-BEHAVIOR STRAIN-RATE DEFORMATION OVERCHARGE

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110 kV环保型天然酯绝缘油变压器绕组的温度场分析

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高压电器 2024年第5期60卷 117-123页

作者：宋浩永黄青丹陈于晴莫文雄广州供电局广州510000

油浸式电力变压器是电网系统重要的电力设备之一,其冷却介质以绝缘油为主。目前,矿物绝缘油的应用较为广泛,但存在不易降解、泄漏后危害环境等缺点。天然酯作为一种新型变压器用绝缘油,能够避免上述问题,同时带来更为优异的电气性能,是... 详细信息

油浸式电力变压器是电网系统重要的电力设备之一,其冷却介质以绝缘油为主。目前,矿物绝缘油的应用较为广泛,但存在不易降解、泄漏后危害环境等缺点。天然酯作为一种新型变压器用绝缘油,能够避免上述问题,同时带来更为优异的电气性能,是一种更为理想的绝缘冷却介质。然而天然酯绝缘油与矿物绝缘油在机械特性及电气特性上存在较大差异,其对变压器结构设计及绕组散热的影响仍有待深入研究。文中以一台110 kV电压等级的天然酯绝缘油变压器为研究对象,基于有限元方法对变压器绕组的温度场分布进行计算。在此基础上进一步分析了天然酯与矿物油对变压器绕组散热的影响,为大容量天然酯绝缘油变压器的设计提供了有益的参考。

关键词：天然酯绝缘油变压器温度场有限元数值计算

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植物绝缘油纸匝间绝缘的电气性能研究

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绝缘材料 2024年第5期57卷 110-115页

作者：宋浩永陈于晴黄青丹黄慧红王勇广东电网有限责任公司广州供电局广东广州510620

本研究搭建了匝间绝缘试验平台,并在雷电冲击电压、操作冲击电压和工频电压下开展了植物绝缘油纸绝缘和矿物绝缘油纸绝缘的耐压试验。结果表明:在工频电压下,植物油纸绝缘的击穿电压高于矿物油纸绝缘;在操作冲击电压下,植物油纸绝缘的... 详细信息

本研究搭建了匝间绝缘试验平台,并在雷电冲击电压、操作冲击电压和工频电压下开展了植物绝缘油纸绝缘和矿物绝缘油纸绝缘的耐压试验。结果表明:在工频电压下,植物油纸绝缘的击穿电压高于矿物油纸绝缘;在操作冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略高于矿物油纸绝缘;在负极性雷电冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略低于矿物油纸绝缘。考虑到不同规格导线匝间绝缘的击穿电压存在差异,为指导植物绝缘油变压器的匝间绝缘设计,基于试验结果,采用有限元法对矿物油纸匝间绝缘和植物油纸匝间绝缘的场强进行仿真计算,结果表明击穿电压下矿物油纸匝间绝缘的最大场强高于植物油纸匝间绝缘。

关键词：植物绝缘油矿物绝缘油匝间绝缘仿真计算击穿电压

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基于通用机器人控制器的色谱试验机器人设计

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机床与液压 2024年第14期52卷 128-135页

作者：黄青丹吴培伟魏晓东王婷延李助亚广东电网有限责任公司广州供电局广东广州510410

针对绝缘油色谱分析快速响应、全自动化控制的需求,提出以某公司通用机器人控制器为核心的色谱试验机器人控制方案。通过EtherCAT工业总线实现控制器与伺服的控制与数据交互,基于AtMega2560的外部工控板扩展系统输入输出实现多外部设备... 详细信息

针对绝缘油色谱分析快速响应、全自动化控制的需求,提出以某公司通用机器人控制器为核心的色谱试验机器人控制方案。通过EtherCAT工业总线实现控制器与伺服的控制与数据交互,基于AtMega2560的外部工控板扩展系统输入输出实现多外部设备的控制;上位机通过网络通信的方式实现控制器与色谱仪、震荡仪的控制与交互,进而实现绝缘油色谱分析流程的全自动化控制;只需将待分析的瓶装油样放入油样放置区,通过上位机选择油样数量与类型,启动色谱分析控制系统就可自动完成油样制备、震荡分离、油气分离、色谱分析全过程,此控制方案操作简单且便于后期维护。通过实际油样进行试验验证,结果表明:所提控制方案性能稳定且高效,绝缘油组分分析的重复性与准确性均达到国标要求。

关键词：机器人控制器自动控制网络通信色谱分析

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液态金属电池串联复合均衡模式的研究

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电力电容器与无功补偿 2024年第3期45卷 130-136页

作者：魏晓东黄青丹饶锐黄慧红宋浩永徐钦赵崇智广东电网有限责任公司广州供电局广州510410

液态金属电池是一种新型储能电池,具有大容量、大充放电电流、长寿命等特点。本文介绍了液态金属电池的原理,通过实验获得了电池的充放电特性,根据电池充放电电压低、平台期长等特点,提出了电池串联复合均衡模式。以4个电池为基本单位... 详细信息

液态金属电池是一种新型储能电池,具有大容量、大充放电电流、长寿命等特点。本文介绍了液态金属电池的原理,通过实验获得了电池的充放电特性,根据电池充放电电压低、平台期长等特点,提出了电池串联复合均衡模式。以4个电池为基本单位组成电池小组,采用电阻式被动均衡电路实现组内单电池均衡,利用电感转移电路设计了主动均衡,实现电池组间的均衡,在此基础上给出了电池组在充电和放电过程下的均衡策略。对24个电池的串联电路利用设计的复合均衡模式进行了实际测试,实验结果表明该均衡模式可以实现多电池串联均衡,为电池管理系统(BMS)的开发打下了良好基础。

关键词：液态金属电池复合均衡主/被动均衡电路

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煤层气脱氧剂的研究进展

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化工进展 2019年第11期38卷 4999-5004页

作者：黄青丹张亚茹刘静曾炼广州供电局有限公司电力试验研究院

阐述了燃烧脱氧、催化氧化、化学吸收法等3种脱氧机理,主要综述了贵金属、铜系、铁系、锰系、钼系以及多孔陶瓷材料等相关脱氧剂的制备工艺、脱氧原理和研究现状。通过对比不同脱氧剂的制备成本以及脱氧效果、后处理程序等,指出各种脱... 详细信息

阐述了燃烧脱氧、催化氧化、化学吸收法等3种脱氧机理,主要综述了贵金属、铜系、铁系、锰系、钼系以及多孔陶瓷材料等相关脱氧剂的制备工艺、脱氧原理和研究现状。通过对比不同脱氧剂的制备成本以及脱氧效果、后处理程序等,指出各种脱氧剂的优缺点。其中贵金属脱氧剂脱氧效果最好,但消耗甲烷、氢气等还原气体,且产生CO2/H2O等杂质;非贵金属脱氧剂价格低廉,但脱氧效果略差,使用温度相对较高;非金属型脱氧剂具有不易硫中毒等优缺点。最后,综合前述脱氧剂的特点,提出脱氧剂的两个发展方向,即非金属脱氧剂和具有较强吸附、催化性能的复合型脱氧剂。

关键词：煤矿瓦斯脱氧机理贵金属脱氧催化剂非贵金属脱氧剂

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丝爆等离子体中原子和电子密度分布的激光双波长干涉实验研究

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高电压技术 2020年第9期46卷 3284-3291页

作者：黄青丹王勇张亚茹刘静曾炼广州供电局电力试验研究院广州510000

为了深入理解真空和空气中铝丝、钨丝的电爆炸的物理过程,需要对电爆炸丝产物中中性原子和电子的密度分布进行定量测量。基于1 kA、0.1 kA/ns脉冲电流源,利用30 ps脉冲激光建立了532 nm和1064 nm的双波长干涉诊断系统,获得了电爆炸产物... 详细信息

为了深入理解真空和空气中铝丝、钨丝的电爆炸的物理过程,需要对电爆炸丝产物中中性原子和电子的密度分布进行定量测量。基于1 kA、0.1 kA/ns脉冲电流源,利用30 ps脉冲激光建立了532 nm和1064 nm的双波长干涉诊断系统,获得了电爆炸产物中的中性原子和电子数密度分布。并根据电压电流测量计算获得了在真空中电爆炸铝丝的欧姆沉积能量接近其气化焓,电爆炸产物以铝原子为主,铝原子密度在轴线处为最大值,沿半径方向衰减。涂层钨丝局部区域可欧姆加热至气化,电爆炸产物的平均电离度小于0.16。实验结果表明:在真空中金属丝电爆炸的产物组分与金属丝材质密切相关,不同材料的金属丝的表面电子发射能力、气化焓差异都将影响着最终的能量沉积与相变过程。电爆炸丝在空气中膨胀产生冲击波,空气的限制作用也使得电爆炸丝边界处出现质量聚集的现象。实验中当电爆炸丝场强>30k V/cm时,在冲击波和电爆炸丝之间的区域可以观察到显著的等离子体通道。空气环境将延迟铝丝的电压击穿时刻,提高金属丝中的欧姆沉积能量。

关键词：电爆炸金属丝激光双波长干涉中性原子自由电子密度分布

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环保型绝缘气体C_(5)F_(10)O/CO_(2)与紫铜的相容性研究

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高压电器 2021年第3期57卷 71-76页

作者：曾炼黄青丹王勇刘静张亚茹广州供电局有限公司广州510000

六氟化硫(SF_(6))具有极佳的绝缘、灭弧特性,但其温室效应对全球环境造成的影响时刻督促着科研工作者们不断寻找其替代气体。行业内对C_(5)F_(10)O/CO_(2)的绝缘以及灭弧能力均有所研究,但对其作为SF_(6)潜在的替代气体与金属材料的相... 详细信息

六氟化硫(SF_(6))具有极佳的绝缘、灭弧特性,但其温室效应对全球环境造成的影响时刻督促着科研工作者们不断寻找其替代气体。行业内对C_(5)F_(10)O/CO_(2)的绝缘以及灭弧能力均有所研究,但对其作为SF_(6)潜在的替代气体与金属材料的相容性方面的报道较少。文中研究了不同故障点温度下C_(5)F_(10)O/CO_(2)与高压电气设备内部常用的紫铜材料的相容性。试验对气体组分、表面形貌进行了表征、分析,发现C_(5)F_(10)O/CO_(2)在接触80℃的紫铜的情况下便已开始分解且分解产物含量随故障点温度的升高而增大,同时紫铜表面颜色也逐渐加深,紫铜受到的腐蚀逐渐严重。试验表明在温度升高的情况下C_(5)F_(10)O/CO_(2)与紫铜的相容性较差,但是在紫铜表面镀银能够起到很好的防腐蚀效果,因此在未来C_(5)F_(10)O/CO_(2)替代SF_(6)作为电气绝缘介质时建议对紫铜材料表面进行镀银处理,具有一定的应用参考价值。

关键词： C_(5)F_(10)O/CO_(2) 紫铜相容性 SF_(6)替代气体防腐蚀处理

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基于自制气体循环系统测定全氟异丁腈中杂质成分

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色谱 2020年第5期38卷 606-610页

作者：刘静黄青丹王勇曾炼张亚茹广州供电局有限公司电力试验研究院广东广州510410

建立了基于自制全密闭进样系统的气相色谱-质谱测定全氟异丁腈(C4F7N)商品气中杂质的方法。待测气体在自制的密封系统内稀释并混合均匀,使用在线自动六通阀进样,采用Agilent GS-GASPRO色谱柱(30 m×0.32 mm×5μm)分离,测定了国内某公司... 详细信息

建立了基于自制全密闭进样系统的气相色谱-质谱测定全氟异丁腈(C4F7N)商品气中杂质的方法。待测气体在自制的密封系统内稀释并混合均匀,使用在线自动六通阀进样,采用Agilent GS-GASPRO色谱柱(30 m×0.32 mm×5μm)分离,测定了国内某公司(DC公司)和国外某公司(AC公司)的全氟异丁腈绝缘气体的杂质成分。结果表明,全氟异丁腈商品气中含有微量的N2、O2、C3HF7和痕量的C3F6,其中AC公司的C4F7N商品气体中的杂质总含量为0.13%,C4F7N纯度为99.87%;DC公司的C4F7N商品气体中的杂质总含量为0.83%,C4F7N纯度为99.17%,两家公司的C4F7N含量均符合≥99%的标称含量。该法通过对C4F7N绝缘气体组成的测定,为其在电气绝缘输电设备中的应用提供基础成分数据。

关键词：气相色谱-质谱杂质测定全氟异丁腈新型绝缘气体

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天然酯与改性酯植物绝缘油气体平衡常数的测定和分析

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绝缘材料 2022年第3期55卷 107-111页

作者：黄慧红王炜宋浩永黄青丹广东电网有限责任公司广州供电局广东广州510000

气相色谱法是测定绝缘油中溶解气体含量最常用的手段,但植物绝缘油种类众多,其气体平衡常数尚不明确。为了能够准确测定常见植物绝缘油中的溶解气体含量,本文利用二次平衡法,对7种典型油中溶解气体分别在4种植物绝缘油中的平衡常数进行... 详细信息

气相色谱法是测定绝缘油中溶解气体含量最常用的手段,但植物绝缘油种类众多,其气体平衡常数尚不明确。为了能够准确测定常见植物绝缘油中的溶解气体含量,本文利用二次平衡法,对7种典型油中溶解气体分别在4种植物绝缘油中的平衡常数进行测定,并与矿物绝缘油的气体平衡常数进行对比分析。结果表明:7种气体的平衡常数在3种天然酯中差别不大,而在改性酯中的平衡常数均略大于天然酯。将所测植物绝缘油FR3的气体平衡常数与现有数据对比,发现其相对误差总体比较小,证明所采用方法以及所得数据可信度较高。

关键词：天然酯绝缘油改性酯绝缘油气体平衡常数二次平衡法

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