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锂离子电池高镍层状正极材料循环稳定性研究进展

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材料工程 2024年

作者：刘娜张锟田君梁晓嫱胡道中王一拓佟蕾徐春常田崔钧高洪波张跃强中国北方车辆研究所

高镍层状正极材料LiNixM1-xO2（x>0.8， M=Co， Mn， Al等）由于其高比容量、高工作电压和低成本，近年来成为混合动力电动汽车和电动汽车（EV）高能量密度锂离子电池（LIB）最有前景的正极材料。电动汽车技术的进步要求锂离子电池具有... 详细信息

高镍层状正极材料LiNixM1-xO2（x>0.8， M=Co， Mn， Al等）由于其高比容量、高工作电压和低成本，近年来成为混合动力电动汽车和电动汽车（EV）高能量密度锂离子电池（LIB）最有前景的正极材料。电动汽车技术的进步要求锂离子电池具有约350 Wh·kg-1的高能量密度，500 km的续航里程以用于商业应用。然而，高镍层状正极材料的容量快速衰减和结构不稳定性阻碍了其市场化应用。本文综述了高镍层状正极材料性能衰减的根本性问题，通过元素掺杂、表层重构、颗粒排布等方面重点讨论了近年来科研工作者为改善高镍层状正极材料循环稳定性的最新进展和观点，并指出未来可以尝试元素和结构协同构筑高结构强度高镍正极材料，以从根本上解决其高脱锂下的结构和热稳定性难题，进而开发出具有自主知识产权的高性能高镍层状正极及其改性新工艺、新方法。

关键词：高镍层状正极锂离子电池结构稳定性循环稳定性

基于转向模式切换的三轴独立转向车辆路径跟踪控制研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 243-251页

作者：张昊魏超胡纪滨陈泳丹北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针... 详细信息

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针对三轴独立转向无人车辆在路径跟踪过程中的转向控制问题,基于理论力学和轮胎魔术公式建立多自由度模型,对比不同转向模式下横向位移和横摆角变化差异。然后,以实车响应数据作为参考,采用非支配排序遗传算法II(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)优化多自由度模型参数,并通过模型仿真获取数据集。通过BP神经网络(Back-propagation network)制定转向模式切换策略,最终将模式切换策略引入模型预测控制器,仿真试验和实车试验结果表明,三轴独立转向车辆在路径跟踪过程中通过转向模式切换可以有效提高跟踪精度。

关键词：三轴车辆独立转向模式切换神经网络路径跟踪

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喷油润滑球轴承流动特性的数值研究

北京理工大学学报 2024年第5期44卷 494-500页

作者：李慎龙侯潇男张金乐吴维中国北方车辆研究所北京100072 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影... 详细信息

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影实测流场.结果表明:滑移网格下的轴承内部油液体积分数大于用MRF方法的计算结果,且当转速逐渐增大时,轴承内部油液体积分数均逐渐减小,且在离心力作用下,润滑油更多地分布在轴承外圈滚道.滑移网格下的轴承内部流场油液分布更接近实测流场.仿真计算的搅油力矩随转速增大而增大,MRF方法下搅油力矩大于滑移网格下的搅油力矩,平均误差约为12.3%.两种方法对搅油力矩的计算均具有较好的一致性,但MRF时间成本更低.

关键词：流体体积轴承两相流滑移网格多重参考系搅油力矩

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开孔泡沫金属传热和流动特性

兵工学报 2024年第1期45卷 122-130页

作者：李婧孙晓霞马兴龙朱文祥北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

近年来开孔泡沫金属运用于散热设备逐渐成为研究的热点。由于开孔泡沫金属结构复杂无序,数值模拟时大都将其结构进行化简,目前已有种类繁多的简化模型,然而适用于其传热与流动特性模拟研究的简化模型尚不明确;另外,适用于散热领域的泡... 详细信息

近年来开孔泡沫金属运用于散热设备逐渐成为研究的热点。由于开孔泡沫金属结构复杂无序,数值模拟时大都将其结构进行化简,目前已有种类繁多的简化模型,然而适用于其传热与流动特性模拟研究的简化模型尚不明确;另外,适用于散热领域的泡沫金属结构参数有待详细研究。为此,建立开孔泡沫金属的5种简化三维模型,并进行传热和流动特性的对比研究,认为Gibson-Ashby模型更能准确描述实际开孔泡沫金属的传热和流动性能。在此基础上,采用Gibson-Ashby模型对开孔泡沫金属的关键结构参数进行传热和流动综合性能分析,发现孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片的综合性能j/f^(1/3)(j为换热因子,f为阻力因子)最优;将孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片与平直翅片进行对比,发现开孔泡沫金属翅片换热效果是平直翅片的2倍以上,综合性能也优于平直翅片。所得研究成果可为开孔泡沫金属在换热领域的应用和设计提供参考。

关键词：开孔泡沫金属简化三维模型平直翅片数值模拟传热阻力

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壁面热辐射对车内温度场影响的分析

北京理工大学学报 2024年第1期44卷 60-68页

作者：李琳睿孙晓霞王一凡康慧芳沈俊北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

高原地区空气稀薄,空气导热和对流换热降低,而辐射换热增强.文中通过数值模拟的方法研究了中国高原地区夏季条件下汽车壁面热辐射对整车温度场的影响.应用整体求解法从瞬态和稳态两种角度讨论了车内热辐射对温度场的影响并与平原情况作... 详细信息

高原地区空气稀薄,空气导热和对流换热降低,而辐射换热增强.文中通过数值模拟的方法研究了中国高原地区夏季条件下汽车壁面热辐射对整车温度场的影响.应用整体求解法从瞬态和稳态两种角度讨论了车内热辐射对温度场的影响并与平原情况作对比.结果表明在高原地区,考虑壁面辐射的车内空气整体平均温度比不考虑壁面辐射的低8.93 K,稳态时车身的总传热量中的辐射传热占比为41.16%,前玻璃的辐射传热的占比为23.59%,后玻璃的占比为35.94%,发动机罩的为29.91%,椅子为61.96%.因此,在高原地区,固体壁面的辐射换热是一种重要换热形式,不可被忽略.

关键词：高原地区壁面间热辐射数值模拟温度场

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嵌段共聚物电解质的制备及其电化学性能

材料工程 2024年第6期52卷 69-77页

作者：张锟刘娜田君梁晓嫱陈光海高洪波胡道中佟蕾田崔钧王浩辰中国北方车辆研究所北京100072 北京卫蓝新能源科技有限公司北京102402

通过设计聚合物分子结构,采用热引发自由基聚合方法合成聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的二嵌段共聚物电解质PEGMEMAm-GMAn-Br(PGA-Br),并研究其电化学性能。结果表明:将PGA嵌段或接枝到聚合物电解质上... 详细信息

通过设计聚合物分子结构,采用热引发自由基聚合方法合成聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的二嵌段共聚物电解质PEGMEMAm-GMAn-Br(PGA-Br),并研究其电化学性能。结果表明:将PGA嵌段或接枝到聚合物电解质上,可提高聚合物电解质的离子电导率,室温下的离子电导率达1.05×10^(−4)S·cm^(−1)。同时,PGA-Br嵌段共聚物电解质具有较低的玻璃化转变温度(-65℃)、较高的热分解温度、较宽的电化学稳定窗口(5.1 V)和阻燃特性。PGA-Br共聚物电解质组装下的固态Li|Li对称电池具有增强的电极/电解质固-固界面,可实现金属锂均匀沉积,有效抑制锂枝晶的生长。在0.1 C倍率下,基于PGA-Br嵌段共聚物电解质组装的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)|PGA-Br|Li固态全电池可实现较高的首周放电比容量(160.1 mAh·g^(−1)),且循环100周次后容量保持率高达91.5%,库仑效率稳定在98.5%以上。

关键词：固态锂金属电池嵌段共聚物电解质锂金属负极锂枝晶热引发聚合

地面装备电源变换系统高低压线缆串扰仿真研究

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强激光与粒子束 2024年第4期36卷 166-172页

作者：熊瑛李小健王彪张莹杜晓琳聂秀丽王天楠中国北方车辆研究所电磁兼容试验室北京100072

电源变换系统中功率器件如MOSFET和IGBT开关管的高速切换将产生高幅值和宽频段的电磁干扰,是电动车辆最为常见也无法避免的电磁干扰源。同时,互连线缆是机电设备传递信号和能量的载体,是实现设备功能不可或缺的组成部分,线缆的天线效应... 详细信息

电源变换系统中功率器件如MOSFET和IGBT开关管的高速切换将产生高幅值和宽频段的电磁干扰,是电动车辆最为常见也无法避免的电磁干扰源。同时,互连线缆是机电设备传递信号和能量的载体,是实现设备功能不可或缺的组成部分,线缆的天线效应使其成为设备产生电磁干扰的主要途径,是系统电磁兼容问题的主要根源之一。为了分析高压电源变换系统对低压控制系统的电磁耦合,以某典型地面装备电源变换系统IGBT开关管产生的脉冲宽度调制波(PWM波)作为电磁干扰源,以实装线缆作为分析对象,构建高低压线缆串扰模型,仿真分析不同线缆对地距离、线缆间距条件下单线、屏蔽线、双绞线等多类低压线缆的近端串扰电压,得出低压线缆的抗干扰性,为系统线缆的布线提供指导。

关键词：线缆电磁兼容电源变换系统线缆串扰共模干扰

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AMT控制器电磁发射干扰特性研究

现代电子技术 2024年第6期47卷 75-78页

作者：王彪王天楠张莹中国北方车辆研究所北京100071

基于GJB 151B—2013中对军用设备和分系统的电磁发射要求,以某型号AMT控制器为研究对象,进行AMT控制器电磁发射干扰特性分析,开展CE102电源线传导发射试验和RE102电场辐射发射试验。试验结果表明:试验用AMT控制器的电源线传导发射和电... 详细信息

基于GJB 151B—2013中对军用设备和分系统的电磁发射要求,以某型号AMT控制器为研究对象,进行AMT控制器电磁发射干扰特性分析,开展CE102电源线传导发射试验和RE102电场辐射发射试验。试验结果表明:试验用AMT控制器的电源线传导发射和电场辐射发射均满足GJB 151B—2013的电磁发射要求,电源正线和电源负线的电磁传导发射情况基本一致,均存在以50 Hz为基波的多次谐波干扰,在50 Hz处安全裕度最小,约为10 dBμV;经屏蔽处理后的AMT控制器在垂直极化和水平极化两种天线状态下的电磁辐射情况基本一致。为进一步提高AMT控制器电磁发射干扰的安全裕度,既要在电源线端口处采取以50 Hz为基波的多次谐波干扰抑制措施,同时还要对AMT控制器上的孔缝、接口以及线缆进一步采取屏蔽防护措施。

关键词： AMT控制器电磁发射谐波干扰 CE102试验 RE102试验干扰抑制

基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制

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兵工学报 2024年第3期45卷 916-924页

作者：李欢欢刘辉盖江涛李训明北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072

针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-... 详细信息

针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-Differential controller,PID)参数优化的转向控制策略,以改进型时间乘绝对误差积分指标为粒子群优化算法目标函数,对PID转向控制策略中的控制参数进行实时优化,动态调节控制参数,实现车辆转向控制系统优化输出。利用硬件在环仿真平台和实车试验,对控制策略进行仿真和实车试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

关键词：电驱动履带车辆粒子群优化算法转向控制耦合机构