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软包锂离子电池极化-热特性及热管理系统研究

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软包锂离子电池极化-热特性及热管理系统研究

作者：罗天贝江苏大学

学位级别：硕士

随着锂离子电池在消费电子产品、新能源汽车和储能电站等领域的渗透率不断提高,应用场景向多样化、复杂化的趋势发展,其性能和安全也越来越受重视。尤其在快充和高容量的双重要求下,电池的内部极化效应和热效应引起的性能衰减、温升过... 详细信息

随着锂离子电池在消费电子产品、新能源汽车和储能电站等领域的渗透率不断提高,应用场景向多样化、复杂化的趋势发展,其性能和安全也越来越受重视。尤其在快充和高容量的双重要求下,电池的内部极化效应和热效应引起的性能衰减、温升过高、温度均匀性恶化等问题日益凸显。本文基于电化学-热耦合模型,进行全面的软包锂离子电池的极化特性和热特性研究。在此基础上,开展电池热管理系统(BTMS)的关键组件及其冷却策略的优化设计,对于保障电池的性能及其安全具有积极意义。主要工作和结论如下:(1)通过实验方法获得软包电池的一维(1D)电化学-三维(3D)热耦合模型的建模参数和验证数据,仿真发现电压曲线和温度曲线的最大相对误差分别为0.93%和0.89%,这表明模型具有良好的精度。在此基础上,以充电过程中电池的电压和温度变化为切入点,对磷酸铁锂电池(Li Fe PO)的极化和产热机理进行深入研究,并对电池的充电能效进行分析。结果表明,充电电压曲线的变化与电池总极化密切相关,过大的充电电流会加剧内部极化。电极中发生的极化在电池极化中占主导地位,特别是在负极中。活化极化在电极极化中的占比最大,而初始和最后阶段的极化曲线变化主要取决于固相扩散极化。电池在高充电电流下温度均匀性恶化是由于正极耳和电芯之间数量级的产热率差异。电池的温升归因于电芯的产热变化,其中不可逆热的贡献随着充电倍率的增加而非线性地增加,8C时超过电芯总产热的85%。此外,电池的充电能效随着充电电流的增大而逐渐降低,在8C时仅有0.948。(2)基于单体电池的热分布特点,开展了液冷BTMS的散热组件“冷板”的拓扑优化设计。提出了两类热分布的拓扑优化问题,并以最大化换热量和最小化流阻为优化目标,对顶部进口冷板(TIC)、中间进口冷板(MIC)和底部进口冷板(BIC)进行了二维拓扑结构设计,发现在不均匀热分布拓扑下得到的流道分布也相对不均匀。随后,利用拓扑的结果和34Ah电池单体模型的产热率曲线,构建简化的冷却系统模型,并对不同冷板进行性能对比。与传统的平行通道冷板相比,拓扑的TIC显示出更好的综合性能。针对该类型的冷板,分析了不同的质量流量和典型驾驶工况的影响。结果表明,当进口质量流量超过1g/s时,拓扑TIC表现出更高的努塞尔数和更小的压降,这意味着更好的散热和更少的泵功率消耗,特别是对于非均匀热分布拓扑冷板(N-TIC)。在5g/s时,与传统的TIC相比,N-TIC的电池温差下降了23.7%,泵功耗减少了62.1%。在新欧洲驾驶循环(NEDC)和世界轻型汽车测试程序(WLTP)的两种工况下,拓扑TIC出色的冷却能力再次得以证明。(3)考虑到极耳的高产热的特点,为40Ah软包电池提出了一种采用极耳空冷与冷板液冷结合的BTMS策略,并进行仿真分析。发现通过引入极耳冷却,可以消除出现在正极耳上的热区。与传统的冷板结构相比,新型冷板可以减少8.1%的压降,同时电池组的温度也有所降低。针对初始BTMS,开展了一系列的单因素影响分析(包括空气速度、空气温度、冷却液质量流速和系统布局),提出了改进的BTMS,并在不同放电速率下(1C～5C)对其进行评估。在5C的高放电倍率下,与初始设计相比,改进BTMS下的电池模组的最高温度和温差分别降低了26.0%和61.1%,极耳的温升也得到良好的控制。

关键词：电化学-热耦合模型极化特性热行为拓扑优化电池热管理策略

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外电场操控单分子的偶极取向极化特性研究

物理学报 2019年第12期68卷 279-285页

作者：吴瑞祥张国峰乔志星陈瑞云山西师范大学物理与信息工程学院临汾041004 原子分子和材料光谱测量与分析山西省重点实验室山西师范大学临汾041004 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西医科大学第一临床医学院影像科太原030001

单分子偶极取向的有效操控对于提高单分子荧光收集效率及荧光共振能量转移等相关研究具有重要的意义.本文通过测量单分子荧光偏振特性的变化,研究了外部电场作用下极性单分子的偶极取向极化特性,实现了外电场对单分子偶极取向的有效操控... 详细信息

单分子偶极取向的有效操控对于提高单分子荧光收集效率及荧光共振能量转移等相关研究具有重要的意义.本文通过测量单分子荧光偏振特性的变化,研究了外部电场作用下极性单分子的偶极取向极化特性,实现了外电场对单分子偶极取向的有效操控.研究发现电场方向与单分子样品表面平行时,掺杂在聚甲基丙烯酸甲酯聚合物薄膜中的取向随机分布的极性单分子荧光偏振方向呈现出双峰统计分布规律,表明在溶剂挥发过程中外电场诱导极性单分子偶极取向进行了重新分布.

关键词：单分子偶极取向电场操控极化特性

直流与极性反转电压下不同老化程度油纸复合绝缘极化特性

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直流与极性反转电压下不同老化程度油纸复合绝缘极化特性

作者：姚春蕾哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

换流变压器是直流输电系统中的核心部件之一,需在直流以及极性反转电压的作用下工作,绝缘要求高。许多换流变压器已运行多年,而油纸复合绝缘老化后在直流电压和极性反转电压下极化特性会如何变化尚未有定论。因此研究直流与极性反转电... 详细信息

换流变压器是直流输电系统中的核心部件之一,需在直流以及极性反转电压的作用下工作,绝缘要求高。许多换流变压器已运行多年,而油纸复合绝缘老化后在直流电压和极性反转电压下极化特性会如何变化尚未有定论。因此研究直流与极性反转电压下不同老化程度油纸复合绝缘极化特性具有重要意义。本论文组建了实验平台,制备了不同老化程度的绝缘纸板,设计了多种油纸复合绝缘模型,分别进行直流电压试验和极性反转电压试验,利用四指数扩展徳拜模型对试验数据进行拟合,讨论分析不同老化程度的油纸复合绝缘在直流电压和极性反转电压下的极化特性。通过试验及德拜模型拟合发现,直流电压作用下,由于电荷运动速度在积聚过程较消散过程更快,导致前者对应的电流较后者数值更大衰减更快,不同油纸复合绝缘模型极化去极化电流呈现不对称性。随着纸板老化程度的增加、对负电荷吸附作用减弱,覆盖高压电极和电极间隙中央模型极化电流减小、衰减减慢,去极化电流增大、衰减加快,覆盖低压电极模型电流无明显变化。在极性反转电压下,同样由于电荷运动速度在积聚过程与消散过程的差异,覆盖高压电极模型两次反转电流不对称,随着纸板老化程度增加、对负电荷吸附作用减弱而对正电荷无明显影响,第一次反转后电流减小、衰减减慢,第二次反转后电流增大、衰减加快,电极间隙中央模型两次反转后电流对称,随着纸板老化程度增加,两次反转后电流均减小、衰减减慢。在极性反转电压下,覆盖高压电极模型中油隙内场强在反转后激增为直流暂态时的2倍,这一现象不受纸板老化影响;电极间隙中央模型中,由于负电荷在积聚与消散过程中运动速度不一致导致纸板两侧电场在反转后有差异,这一电场差异随着纸板老化程度的增加而逐渐减小。

关键词：油纸复合绝缘老化直流电压极性反转电压极化特性

Na_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3体系的电子结构与极化特性

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计算物理 2004年第6期21卷 543-546页

作者：陈文周静徐庆李月明孙华君闵新民武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070

　采用自洽场离散变分Xα计算方法,研究了ABO3型钙钛矿结构无铅压电陶瓷Na1 2Bi1 2TiO3体系的电子结构,分析了A,B位元素取代对Na1 2Bi1 2TiO3压电陶瓷极化性能的影响.结果表明:NBT体系压电陶瓷材料存在自发极化,B位离子位移使铁电性增强... 详细信息

　采用自洽场离散变分Xα计算方法,研究了ABO3型钙钛矿结构无铅压电陶瓷Na1 2Bi1 2TiO3体系的电子结构,分析了A,B位元素取代对Na1 2Bi1 2TiO3压电陶瓷极化性能的影响.结果表明:NBT体系压电陶瓷材料存在自发极化,B位离子位移使铁电性增强,Ba,Sr与Mn离子A,B位复合取代可降低矫顽场、提高自发极化强度,从而提高材料的铁电性能,并通过实验对此结论进行了验证.

关键词：电子结构自洽离子变分钙钛矿结构取代自发极化增强极化特性极化性能

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相控阵天线空域极化特性的高频仿真分析

电波科学学报 2011年第2期26卷 316-322,412页

作者：戴幻尧李永帧薛松王雪松国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073 未尔科技北京100000

以天线的空域指向为变化因素来分析研究相控阵天线的空域极化特性,推导了偶极子线性阵列在空域波束电扫时的极化特性。采用三维电磁仿真平台(XFDTD)设计了具有625个单元的平面矩形相控阵天线,计算了天线远场的主极化和交叉极化分量,进... 详细信息

以天线的空域指向为变化因素来分析研究相控阵天线的空域极化特性,推导了偶极子线性阵列在空域波束电扫时的极化特性。采用三维电磁仿真平台(XFDTD)设计了具有625个单元的平面矩形相控阵天线,计算了天线远场的主极化和交叉极化分量,进而利用空域极化描述子得到了不同波束指向下典型相控阵天线极化特性的变化规律。结果表明:相控阵天线的极化特性分析较机械扫描体制复杂,其极化状态的改变取决扫描角、阵元特性以及阵元耦合等非理想因素,并随扫描角近似线性变化。该结论和理论分析的结果相吻合,为相控阵天线空域极化特性的应用提供了理论依据和支持。

关键词：相控阵极化特性 XFDTD扫描角阵元特性

面向B5G毫米波40~50 GHz通信的漫散射传播与去极化建模

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2425-2433页

作者：廖希陈心睿王洋任明浩陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 复杂环境通信重庆市重点实验室重庆400030

漫散射传播与极化特性对于准确刻画、掌握毫米波(mmWave)信道传播机理,建立高精度毫米波通信信道模型至关重要。针对毫米波频段建筑材料粗糙面引起的漫散射传播和去极化特性表征不足,缺乏去极化理论模型的问题,该文提出一种基于有效粗... 详细信息

漫散射传播与极化特性对于准确刻画、掌握毫米波(mmWave)信道传播机理,建立高精度毫米波通信信道模型至关重要。针对毫米波频段建筑材料粗糙面引起的漫散射传播和去极化特性表征不足,缺乏去极化理论模型的问题,该文提出一种基于有效粗糙度理论的漫散射去极化建模方法。从电磁波的极化维度分解粗糙面材料引起的漫散射辐射传播电场,引入去极化指数构建传播模型,利用40~50 GHz频段典型材料的实测数据,研究了功率角度谱、去极化指数和交叉极化鉴别比等漫散射传播及极化特性。结果表明,所提模型能够描述表面粗糙和光滑建筑材料的极化特性,去极化转化率分别高达39%和4%。

关键词：毫米波漫散射极化特性交叉极化鉴别比

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手性非晶玻璃的合成及其极化特性

光电子．激光 2002年第2期13卷 142-144页

作者：陶卫东夏海平白贵儒王金浩聂秋华宁波大学物理系宁波大学信息科学与技术学院浙江宁波315211

利用溶胶 -凝胶低温合成非晶态技术 ,以正硅酸乙酯和乙醇为前驱体 ,将手性分子灰黄霉素均匀地掺入到溶胶 -凝胶体系中 ,首次成功地研制出手性非晶态玻璃材料 ,并对其光学极化特性及材料的热稳定性进行了测试。测试结果表明 ,手性非晶态... 详细信息

利用溶胶 -凝胶低温合成非晶态技术 ,以正硅酸乙酯和乙醇为前驱体 ,将手性分子灰黄霉素均匀地掺入到溶胶 -凝胶体系中 ,首次成功地研制出手性非晶态玻璃材料 ,并对其光学极化特性及材料的热稳定性进行了测试。测试结果表明 ,手性非晶态玻璃的旋光率为 - 1.4 5°/ cm,计算所得的手征参数为 2 .37× 10 - 7。

关键词：溶胶-凝胶手性分子低温合成非晶玻璃极化特性

柠檬酸盐法制备(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(1-x)Ba_xTiO_3压电陶瓷的极化特性研究

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人工晶体学报 2005年第1期34卷 159-163页

作者：陈书涛徐庆陈文周静金福熙李仲熙武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070 韩国全北国立大学工科大学全州561756

采用柠檬酸盐法合成了具有单一钙钛矿结构的 (Na0. 5Bi0. 5 )1 xBaxTiO3 (x=0,x=0. 04)超细粉料,并研究了陶瓷样品的极化特性、压电性能和铁电性能。研究结果表明,柠檬酸与金属离子的摩尔比(C/M)控制在 1. 2~1. 6、前驱体液的pH值控制在... 详细信息

采用柠檬酸盐法合成了具有单一钙钛矿结构的 (Na0. 5Bi0. 5 )1 xBaxTiO3 (x=0,x=0. 04)超细粉料,并研究了陶瓷样品的极化特性、压电性能和铁电性能。研究结果表明,柠檬酸与金属离子的摩尔比(C/M)控制在 1. 2~1. 6、前驱体液的pH值控制在 7~9范围内可以得到均匀透明的溶胶和凝胶,凝胶在 600℃下热处理 1h后可形成单一钙钛矿结构的超细粉料。XRD研究结果表明,x=0和x=0. 04时陶瓷样品均为三方钙钛矿结构。极化电压和极化温度对陶瓷样品的压电性能有很大影响,而极化时间对压电性能的影响则不显著。Ba2+的固溶改善了陶瓷样品的铁电性能,有利于材料极化性能和压电性能的提高。与常规固相法制备的同种组成样品相比,柠檬酸盐法制备的 (Na0. 5Bi ) BaTiO (x=0,x=0. 04)陶瓷具有较好的压电性能。

关键词：陶瓷样品柠檬酸盐法制备压电性能粉料极化特性超细粉钙钛矿结构铁电性能极化性能

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法拉第手征介质反射电磁波的极化特性研究

物理学报 2011年第1期60卷 263-267页

作者：汤奇孟繁义张狂吴群李乐伟哈尔滨工业大学电子与信息工程学院微波工程系哈尔滨150001 毫米波国家重点实验室南京210096

从麦克斯韦方程出发严格推导了均匀介质与法拉第手征介质交界面处电磁波反射公式.通过解析的方法讨论了不同极化状态下反射电磁波的极化特性与法拉第手征介质电磁参数之间的关系.针对部分具体实例进行了计算,计算结果与理论预测相符合.

关键词：法拉第手征介质反射电磁波极化特性