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数字孪生多模态视觉推理的神经-符号系统

计算机集成制造系统 2024年第5期30卷 1571-1586页

作者：郑杭彬刘天元郑汉垚左戴悦鲍劲松王森东华大学机械工程学院上海201620 上海宝信软件股份有限公司上海201900

面对数字孪生在多模态视觉数据融合中的异质性和动态性挑战,提出一种结合深度学习与符号智能的方法。该方法通过深度神经网络对视觉数据进行实时解析,并借助符号系统存储的知识和事件响应规则,实现对复杂推理过程的自主管理。为提高系... 详细信息

面对数字孪生在多模态视觉数据融合中的异质性和动态性挑战,提出一种结合深度学习与符号智能的方法。该方法通过深度神经网络对视觉数据进行实时解析,并借助符号系统存储的知识和事件响应规则,实现对复杂推理过程的自主管理。为提高系统对物理世界变化的适应性,提出一种融合多模态信息和外部知识的增强推理机制,该机制能有效地整合来自传感器的实时数据和历史知识库中的信息,以支持更加准确和合理的决策制定。以退役锂电池拆解过程为案例验证表明,该方法不仅能够在多模态数据环境中实现高准确率的识别和分析,还能够基于推理机制生成合理且逻辑一致的操作建议,有效提升了拆解效率和安全性。

关键词：数字孪生多模态视觉推理神经符号系统锂电池拆解

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电容型锂离子电池的平板压缩安全特性研究

安全与环境学报 2024年

作者：杨军温浩伟马宇哲董晨晖刘登锋杨斌阮殿波乔志军宁波大学机械工程与力学学院合盛新能(宁波)科技有限公司

电容型锂离子电池因比功率大、循环寿命超长等天然优势逐渐成为新能源汽车的研究热点。其碰撞安全特性与热失控特性对新能源汽车的安全应用至关重要。以正极为镍钴锰酸锂@活性炭复合材料、负极为软碳/石墨复合材料体系的电容型18650锂... 详细信息

电容型锂离子电池因比功率大、循环寿命超长等天然优势逐渐成为新能源汽车的研究热点。其碰撞安全特性与热失控特性对新能源汽车的安全应用至关重要。以正极为镍钴锰酸锂@活性炭复合材料、负极为软碳/石墨复合材料体系的电容型18650锂离子电池进行平板径向压缩试验，研究了电池压缩过程中力–电–热响应与内阻–载荷的关联特征，利用工业计算机断层（Computed Tomography，CT）扫描技术分析了单体外壳失效应力、结构压溃应力与电池内部构件屈服极限的联系，构建了基于内外电子流向的电池压缩失效模型。结果表明：电池隔膜的屈曲弯折与层间断裂、电芯端部的结构化破坏是导致内短路发生的主要原因；电池压缩过程符合标准“四阶段”过程，内短路前期载荷骤增曲线符合标准二次函数关系，且载荷曲线具有较强的荷电状态依赖性，相关拟合数据(决定系数R2大于99.95%)可为预测电池安全作为参考依据。

关键词：安全工程锂离子电池平板压缩试验热失控

挤压/冲击工况下圆柱形锂离子电池失效的影响因素分析

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高压物理学报 2024年第4期38卷 154-163页

作者：顾丽蓉王敬德张新春黄子轩齐文睿张英杰华北电力大学机械工程系河北保定071003 河北电力工程监理有限公司河北石家庄050081

锂离子电池在受到挤压、冲击载荷时会发生内部短路而引发热失控,因此,研究电池失效影响因素对电池结构耐撞性设计具有重要意义。以圆柱形锂离子电池为研究对象,利用自制的平面压缩和局部压痕实验系统,研究不同挤压/冲击工况下锂离子电... 详细信息

锂离子电池在受到挤压、冲击载荷时会发生内部短路而引发热失控,因此,研究电池失效影响因素对电池结构耐撞性设计具有重要意义。以圆柱形锂离子电池为研究对象,利用自制的平面压缩和局部压痕实验系统,研究不同挤压/冲击工况下锂离子电池的力-电-热响应,并与有限元模拟结果进行对比分析,结果表明,实验与有限元模拟结果具有较好的一致性。基于显式非线性有限元方法,研究了加载速度、压头形状和压头直径对锂离子电池失效行为和力学响应的影响。研究表明:局部压痕相较于平面压缩更容易导致锂离子电池失效;随着压头直径的减小,电池的峰值力显著降低,失效位移相应减小;失效位移随着冲击速度的增加而增大,但当冲击速度超过15 m/s时,失效位移开始减小。研究结果将对锂离子电池的耐撞性多目标优化设计和安全性评估提供一定的指导。

关键词：锂离子电池失效机理力学响应冲击有限元模拟

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锂电池双向均衡及模型预测控制优化

西安交通大学学报 2024年第10期58卷 24-35页

作者：赵炎锋王斌杜睿徐世福顾卫平王朝晖西安交通大学机械工程学院西安710049 陕西德鑫智能科技有限公司西安710075

为了解决锂电池组内部单体不一致导致的能量利用率低、电池容量衰减等问题,提出了一种基于模型预测控制的双向均衡控制方法。首先,以锂电池单体的荷电状态(SOC)为均衡控制目标,采用带遗忘因子的最小二乘法和扩展卡尔曼滤波法联合估计电... 详细信息

为了解决锂电池组内部单体不一致导致的能量利用率低、电池容量衰减等问题,提出了一种基于模型预测控制的双向均衡控制方法。首先,以锂电池单体的荷电状态(SOC)为均衡控制目标,采用带遗忘因子的最小二乘法和扩展卡尔曼滤波法联合估计电池SOC;接着,通过设计双向反激式电路,形成可升降压的均衡结构,并采用模型预测控制优化双向反激式电路的正反向均衡控制状态;最后,通过占空比控制双向反激式电路的均衡电流,实现不同锂电池单体之间的SOC均衡。研究结果表明:采用双向反激式电路和模型预测控制,不但降低了均衡电路控制的复杂程度,避免了传统均衡方法的电池组内部均衡消耗,而且有效提高了均衡可靠性和均衡速度;在动态工况下,基于模型预测控制的锂电池双向均衡控制方法,能快速实现锂电池单体之间的SOC均衡,与传统的比例均衡控制方法相比,均衡时间缩短了68.3%。

关键词：锂电池模型预测控制荷电状态反激式电路双向均衡控制

21700锂离子电池在不同SOC下的热失控实验研究

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汽车安全与节能学报 2024年第2期15卷 218-225页

作者：朱亚宁张振东盛雷陈龙朱泽华付林祥毕青上海理工大学机械工程学院上海200093 常州兴炫德智能制造有限公司常州213000

为提升电池热安全、减少新能源汽车热灾害,揭示不同荷电状态(SOC)下对电池热失控危害的影响机制。在SOC为100%~0%几个荷电状态下研究了21700锂电池的热失控特性,包括电池在热失控当中的表面温度、工作电压、质量损失、能量、TNT当量和... 详细信息

为提升电池热安全、减少新能源汽车热灾害,揭示不同荷电状态(SOC)下对电池热失控危害的影响机制。在SOC为100%~0%几个荷电状态下研究了21700锂电池的热失控特性,包括电池在热失控当中的表面温度、工作电压、质量损失、能量、TNT当量和破坏半径等。结果表明:电池的温升幅度随SOC的增大而升高,高电量电池热失控触发所需的时间更短,100%SOC电池在603 s触发热失控,相比于25%SOC缩短了59.1%,其危险系数更大;SOC越大,电池热失控后的质量损失也越大;电池热失控过程释放的能量、TNT当量与破坏半径均随SOC的增加而增大,电池的热失控危害性与SOC之间呈现出正相关关系。

关键词：锂离子电池荷电状态(SOC) 热失控破坏半径

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焊接结构随机振动疲劳分析方法研究与应用

计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 643-656页

作者：周晓坤裴宪军董平沙贺茂盛谢素明付婷婷大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 中车齐齐哈尔车辆有限公司大连研发中心辽宁大连116052 东南大学机械工程学院江苏南京211189 密歇根大学船舶与海洋工程学院美国安阿伯市48109 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中车齐车集团有限公司货车研究院辽宁大连116052

针对焊接结构在服役过程中承受的随机动载荷频率与结构固有模态频率接近时,接头可能发生疲劳破坏,使传统单轴静载疲劳分析方法不再适用的问题,提出评估焊接结构的多轴随机振动疲劳分析方法。该方法将时域激励信号转化为自谱和互谱,并结... 详细信息

针对焊接结构在服役过程中承受的随机动载荷频率与结构固有模态频率接近时,接头可能发生疲劳破坏,使传统单轴静载疲劳分析方法不再适用的问题,提出评估焊接结构的多轴随机振动疲劳分析方法。该方法将时域激励信号转化为自谱和互谱,并结合模态分解与结构应力方法,得到包括结构正应力与剪应力的自谱和互谱,基于路径依赖的最大范围法原理得到等效结构应力的功率谱,最后通过Dirlik模型计算出结构损伤和振动疲劳寿命。以某高速货车为例进行疲劳寿命分析与改进校核,验证了该方法可进一步提升焊接结构疲劳寿命预测的时效性和准确性。

关键词：焊接结构随机振动疲劳破坏时域频域疲劳寿命

21700锂离子电池在不同健康状态下的热失控实验研究

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储能科学与技术 2024年第3期13卷 971-980页

作者：朱亚宁张振东盛雷陈龙朱泽华付林祥毕青上海理工大学机械工程学院上海200093 常州兴炫德智能制造有限公司江苏常州213000

开展锂离子电池热失控研究,可为提升电池热安全、减少新能源汽车热灾害等提供重要帮助。针对高比能21700型NCM811锂离子电池热滥用、老化等因素引起的热失控问题,通过实验研究了电池健康状态(state of health,SOH)对电池充放电特性及自... 详细信息

开展锂离子电池热失控研究,可为提升电池热安全、减少新能源汽车热灾害等提供重要帮助。针对高比能21700型NCM811锂离子电池热滥用、老化等因素引起的热失控问题,通过实验研究了电池健康状态(state of health,SOH)对电池充放电特性及自身热失控行为的作用机制,量化分析了电池老化特性与热失控触发时间、表面温度、工作电压、燃爆特性、能量、TNT当量及破坏半径等特征参数。发现能量效率随着老化循环次数的增加而降低,电池热失控的温升幅度随SOH的减小而下降,同时其自产热起始温度、热失控触发温度与安全阀脱落温度均减小,这表明老化电池热失控触发所需的时间更短,60%SOH电池在608 s触发热失控,相比于100%SOH缩短了64.8%。SOH越小,电池热失控剧烈程度越弱,热失控后的质量损失也越小。电池热失控过程的峰值温度、释放的能量、TNT当量与破坏半径随SOH的减小而降低,表明老化电池较新鲜电池热失控破坏性降低。研究结果可为全生命周期21700电池热失控的行为特征分析、预警与火灾防控等提供参考。

关键词： 21700三元锂电池健康状态热失控温度能量破坏半径

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基于近似模型的蓄电池工程车电池布局优化

科学技术与工程 2024年第26期24卷 11263-11270页

作者：申阳朱浩许广泰熊新熊雄湖北工业大学机械工程学院武汉430068 湖北时瑞达重型工程机械有限公司襄阳441116 武汉利德测控技术有限公司武汉430070

蓄电池工程车中蓄电池的重量大、数量多,其布局对车辆的整体性能影响较大。为优化车架的电池布局以及解决优化过程中频繁调用有限元仿真的问题,提出了一种响应面近似模型与多岛遗传算法相结合的蓄电池布局优化设计方法。首先建立了蓄电... 详细信息

蓄电池工程车中蓄电池的重量大、数量多,其布局对车辆的整体性能影响较大。为优化车架的电池布局以及解决优化过程中频繁调用有限元仿真的问题,提出了一种响应面近似模型与多岛遗传算法相结合的蓄电池布局优化设计方法。首先建立了蓄电池工程车车架的参数优化模型、设计变量与目标函数的二阶响应面近似模型,然后采用多岛遗传算法对优化模型进行求解,使用动力学指标评定解的优劣,并选择一个最优解作为最优电池布局方案,最后使用缩尺车架模型对优化结果进行了试验验证。结果表明:蓄电池优化后的车架最大变形减小50.9%,最大等效应力减小37.9%,最大垂向振动加速度减小了14.6%,仿真与试验结果的误差为7.1%,达到了优化设计的目的。

关键词：蓄电池工程车响应面近似模型布局优化多岛遗传算法

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圆柱形锂离子电池热失控行为的量化实验分析

热科学与技术 2024年

作者：张厚继张振东盛雷朱泽华李志华毕青上海理工大学机械工程学院常州兴炫德智能制造有限公司

针对圆柱形21700锂离子电池过热导致的热失控问题,通过实验模拟了电池的过热状态,量化研究了在不同荷电状态(stateofcharge,SOC)和热激励部位下,电池热失控过程中的燃爆特性、热场变化和质量损失。结果表明:当电池SOC不高于50%,且在其... 详细信息

针对圆柱形21700锂离子电池过热导致的热失控问题,通过实验模拟了电池的过热状态,量化研究了在不同荷电状态(stateofcharge,SOC)和热激励部位下,电池热失控过程中的燃爆特性、热场变化和质量损失。结果表明:当电池SOC不高于50%,且在其上部热冲击时,电池安全阀崩开时间快于中部热冲击(7.1±1.0)%,快于下部热冲击(21.5±3.0)%;热失控触发时间快于中部热冲击(7.7±1.5)%,快于下部热冲击(17.2±2.5)%。在电池下部(15%SOC)热冲击触发热失控时,电池质量损失明显加大,分别高于上部热冲击21.2%,高于中部热冲击时23.6%,燃爆的剧烈程度也更强。随着电量进一步增大,热失控触发速度加快,并出现边际效应。

关键词：锂离子电池热失控高温激励燃爆特性质量损失