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锂离子电池模组电热耦合灾变机制研究进展

北京航空航天大学学报 2024年

作者：贺元骅梁家鑫李子桐黄江中国民用航空飞行学院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室

锂离子电池的热灾害问题一直是其应用过程中重大安全威胁之一。锂离子电池系统热灾害存在界面热稳定性衰退、单体电池内短路热失控、模组乃至系统热扩散的灾变逻辑过程。电与热交互的耦合灾变则既是表征锂离子电池系统热灾害逻辑的重要... 详细信息

锂离子电池的热灾害问题一直是其应用过程中重大安全威胁之一。锂离子电池系统热灾害存在界面热稳定性衰退、单体电池内短路热失控、模组乃至系统热扩散的灾变逻辑过程。电与热交互的耦合灾变则既是表征锂离子电池系统热灾害逻辑的重要维度，又是治理锂离子电池系统热灾害的关键突破口。针对锂离子电池系统长周期、多尺度下的电热耦合灾变问题，本文归纳总结了单体电池SEI膜分解阶段、隔膜融化阶段，以及模组热扩散阶段蕴含的自产热、焦耳热及热传导等热行为对电行为的作用机制，又梳理了过充、过放及老化等电行为在上述阶段的产热及传热行为，还概括了单体及模组最具代表性的电-热耦合模型。全文从微观与宏观多角度探索电热行为的联动机制，并对未来锂离子电池模组电热耦合领域进行了展望，旨在为锂离子电池模组的设计与运维提供参考。

关键词：锂离子电池电热耦合 SEI膜分解隔膜熔化热扩散

基于共轭梯度法的晶闸管电热耦合模型快速求解方法研究

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电源学报 2024年第3期22卷 54-61页

作者：刘隆晨李龙蛟彭东禹佳杨玥坪喻悦箫国网四川省电力公司电力科学研究院成都610041 国网四川省电力公司设备管理部成都610000 电力物联网四川省重点实验室成都610041

为解决传统求解技术在处理效率和计算成本上的局限问题,针对晶闸管电热应力耦合交互模型,提出一种基于共轭梯度法的高效解析方法。通过优化迭代过程和收敛条件来显著提升求解效率和精度。新的参数选择策略被引入以自动调整算法迭代步长... 详细信息

为解决传统求解技术在处理效率和计算成本上的局限问题,针对晶闸管电热应力耦合交互模型,提出一种基于共轭梯度法的高效解析方法。通过优化迭代过程和收敛条件来显著提升求解效率和精度。新的参数选择策略被引入以自动调整算法迭代步长,加快收敛速度,减少计算资源消耗。相比传统求解方法,所提优化方法在求解时间上平均减少10%,求解精度提高8%。这一进展证明自适应共轭梯度法在电热应力耦合模型快速求解中的有效性,可为电力电子设备热管理提供高效、可靠的计算工具。所提方法在多种测试条件下均表现出显著的提升效率和良好的精确度,为晶闸管电热耦合模型的高效求解提供了创新方案,同时对电力电子领域的相关研究具有重要的实践意义。

关键词：直流输电系统晶闸管电热耦合共轭梯度法优化求解

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基于SIwave与Icepak的PCB板的电热耦合研究

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电子元件与材料 2024年第6期43卷 721-728页

作者：蔡宇飞丁硕安轩毅陶源张宗卫中国民航大学航空工程学院天津300300

随着集成电路的不断发展,面对不断提升的PCB板热设计要求,提出了一种方法准确仿真PCB板的温度分布。利用SIwave与Icepak软件,建立了PCB板和电子元件的模型,进行了PCB板的双向和单向电热耦合仿真。通过对比分析仿真与实验结果,得出以下结... 详细信息

随着集成电路的不断发展,面对不断提升的PCB板热设计要求,提出了一种方法准确仿真PCB板的温度分布。利用SIwave与Icepak软件,建立了PCB板和电子元件的模型,进行了PCB板的双向和单向电热耦合仿真。通过对比分析仿真与实验结果,得出以下结论:仿真得到的PCB板的温度云图与通过红外热成像仪拍摄得到的PCB板的温度云图呈现相似的温度分布趋势;在PCB板双向电热耦合仿真的基础上,采用Re-k-ε湍流模型进行PCB板单向电热耦合仿真得到的PCB板的温度分布,比采用层流模型进行的PCB板双向电热耦合仿真得到的PCB板的温度分布更准确;仿真结果与实验结果相比,最大相差2.59℃,最小仅相差0.39℃。

关键词：印制电路板电热耦合湍流模型红外成像

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锂离子电池电热耦合建模及电热特性参数辨识方法

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铁道机车与动车 2024年第5期 1-8页

作者：张富强中车大连机车研究所有限公司辽宁大连116023

锂离子电池的模型参数与物理性能受到热特性的影响较大,为了改善电池电气特性模型对环境温度的适应性及传感设备对电池内部温度采集的局限性,以18650单体电池为研究对象,基于锂离子电池产热、传热与散热机理提出一种电热耦合模型,该模... 详细信息

锂离子电池的模型参数与物理性能受到热特性的影响较大,为了改善电池电气特性模型对环境温度的适应性及传感设备对电池内部温度采集的局限性,以18650单体电池为研究对象,基于锂离子电池产热、传热与散热机理提出一种电热耦合模型,该模型由温变二阶RC等效电路模型、生热模型及双态集总参数热模型构成。通过混合功率脉冲特性测试对电特性模型参数进行辨识,通过钻孔处理电池与递推最小二乘法辨识热特性模型参数;最后在变温及恒流放电工况下通过试验与仿真验证了所提出的锂离子电池电热耦合建模方法的准确性、有效性和可行性,对传统测量方法中测试成本及周期的降低有重要意义。

关键词：锂离子电池电热耦合核心温度表层温度

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基于TSV的三维集成系统电热耦合仿真设计

电子与封装 2024年第6期24卷 127-136页

作者：王九如朱智源西南大学电子信息工程学院重庆400700

三维集成系统利用垂直堆叠技术,实现高性能与低功耗,其中硅通孔(TSV)技术是三维互连成功实施的关键。TSV技术缩短互连距离,提升信号传输效率和电磁兼容性,但同时引发电热耦合问题,威胁三维集成电路性能的进一步提升。综述了基于TSV的三... 详细信息

三维集成系统利用垂直堆叠技术,实现高性能与低功耗,其中硅通孔(TSV)技术是三维互连成功实施的关键。TSV技术缩短互连距离,提升信号传输效率和电磁兼容性,但同时引发电热耦合问题,威胁三维集成电路性能的进一步提升。综述了基于TSV的三维集成电路中电热耦合现象的仿真设计进展,详细介绍了电气和热仿真设计方法,并探究了电热耦合问题的潜在影响及缓解策略。为理解和应对三维集成系统中的电热耦合挑战提供了系统的分析,并对未来研究方向提供了指导。

关键词：三维集成系统硅通孔电热耦合

基于输电线路运行电热耦合的虚拟仿真交互实践教学研究

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山东电力高等专科学校学报 2024年第3期27卷 41-45页

作者：刘正奇马悦董晓明山东大学电气工程学院山东济南250061

通过建立基于输电线路运行电热耦合的虚拟仿真交互实践教学系统,有效克服传统电力系统课程的不足。在虚拟仿真技术的支持下,通过分析电热耦合模型,建立了电力系统电热耦合潮流模型和算法;结合导体本身热惯性的特点,研究了在不同外界条... 详细信息

通过建立基于输电线路运行电热耦合的虚拟仿真交互实践教学系统,有效克服传统电力系统课程的不足。在虚拟仿真技术的支持下,通过分析电热耦合模型,建立了电力系统电热耦合潮流模型和算法;结合导体本身热惯性的特点,研究了在不同外界条件变化情况下的电热耦合过程,揭示了制约输电线路电热耦合特性的影响因素。实践证明,该实践教学系统能够有效提高学生的实际操作水平。

关键词：输电线路电热耦合虚拟仿真教学系统

基于电热耦合的高压直流电容器模型设计方法研究

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科技与创新 2024年第1期 106-108页

作者：楼顺凯江南大学物联网工程学院江苏无锡214122

针对一台高压直流电容器单元,首先根据其几何结构与材料参数设计了包括电热耦合仿真边界条件的电容器物理学模型,并利用基于有限元方法的瞬态热仿真软件模块进行求解,得到了电容器整体在趋于设定热稳定状态下的温度云图;然后通过实验验... 详细信息

针对一台高压直流电容器单元,首先根据其几何结构与材料参数设计了包括电热耦合仿真边界条件的电容器物理学模型,并利用基于有限元方法的瞬态热仿真软件模块进行求解,得到了电容器整体在趋于设定热稳定状态下的温度云图;然后通过实验验证的方法研究比对其在额定工况条件下的内部芯子最高温度点的温升;最后基于仿真结果,进一步探究了高导热填料填充到聚合物基体中形成的复合材料作为薄膜时的仿真结果与普通聚丙烯材料的温升对比。最终仿真结果与实验验证结果比对证明了模型设计研究的有效性。

关键词：高压直流电容器电热耦合温度云图有限元方法

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基于电热耦合的干式直流电容器温升分布不均匀特性分析及优化

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高电压技术 2022年第12期48卷 4915-4924页

作者：岳国华杜志叶孟圣淳胡今昶张海龙武汉大学电气与自动化学院武汉430072 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司武汉430074

作为柔性直流输电中的关键设备,干式直流支撑用电容器在运行时由于散热条件较差,其内部温升分布呈现明显的不均匀性,严重影响了电容器的使用寿命。为此,以某型号高压大容量干式直流支撑用电容器为研究对象,提出了电容器的电热耦合分析模... 详细信息

作为柔性直流输电中的关键设备,干式直流支撑用电容器在运行时由于散热条件较差,其内部温升分布呈现明显的不均匀性,严重影响了电容器的使用寿命。为此,以某型号高压大容量干式直流支撑用电容器为研究对象,提出了电容器的电热耦合分析模型,考虑了汇流排上电流密度分布特性对电容器整体温升的影响,通过试验验证了所提出模型的准确性,并利用NSGA-Ⅱ遗传算法对铜排的结构参数进行了多目标优化。结果表明,汇流铜排上的发热功率占电容器总发热功率的18.7%,计算时必须予以考虑;当铜排的厚度为1.3 mm,宽度为55 mm时,电容器的温升优化效果最好,所提出的优化方案能够有效降低电容器的运行温度。研究成果对干式直流电容器的温升计算与优化有一定的指导意义。

关键词：干式电容器电热耦合电流密度温升分布 NSGA-Ⅱ算法多目标优化

考虑温度影响的混合型SiC IGBT变参数暂态电热耦合模型建立与分析

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高电压技术 2023年第5期49卷 2038-2046页

作者：王亚东张新燕王腾程叶凡何星柱新疆大学电气工程学院乌鲁木齐830017

SiC IGBT器件以其优良的性能更适合高压大电流应用场合,然而受现有制作工艺限制,其未能实现大规模投产,相比之下混合型SiC IGBT目前能更好地实现效率和成本的最优化。为研究混合型SiC IGBT的性能,提出一种基于Saber的考虑温度影响的变... 详细信息

SiC IGBT器件以其优良的性能更适合高压大电流应用场合,然而受现有制作工艺限制,其未能实现大规模投产,相比之下混合型SiC IGBT目前能更好地实现效率和成本的最优化。为研究混合型SiC IGBT的性能,提出一种基于Saber的考虑温度影响的变参数暂态电热耦合模型建立方法。首先对器件不同参数的温度敏感度进行分析,得到各温敏参数的温度特性。然后从理论角度分析结温变化对混合型SiC IGBT暂态过程dUCE/dt、dIC/dt的影响规律,减少了数学拟合方法额外参数的引入。基于分析建立仿真模型,并搭建实物平台,在不同初始环境温度条件下,随着混合型SiC IGBT器件工作时间的增加,对暂态特性的变化规律和结温升高规律进行测试。最后将建立的变参数暂态电热耦合模型仿真结果与实物结果进行对比,二者具有较高的吻合度,验证了所提建模方法的准确性,为实际工程应用混合型SiC IGBT时的动态性能分析、温度变化规律提供了参考依据。

关键词：混合型SiC IGBT 变参数热网络电热耦合电流变化率电压变化率