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基于电化学阻抗谱的电池组不一致性诊断

汽车工程 2024年第7期46卷 1167-1176页

作者：姚晗欣王学远袁永军戴海峰魏学哲同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源汽车工程中心上海201804 上海炙云新能源科技有限公司上海201806

电池组中的单体电池之间可能会存在温度、荷电状态、老化状态(容量和内阻)等不一致。由于“短板效应”的存在,不一致性将会影响电池组的整体性能发挥,及时准确地进行不一致性诊断非常必要。考虑到上述提及的不一致性会对电极过程特性产... 详细信息

电池组中的单体电池之间可能会存在温度、荷电状态、老化状态(容量和内阻)等不一致。由于“短板效应”的存在,不一致性将会影响电池组的整体性能发挥,及时准确地进行不一致性诊断非常必要。考虑到上述提及的不一致性会对电极过程特性产生影响,进而反映在电化学阻抗谱(EIS)和弛豫时间分布(DRT)上,本文在结合等效电路厘清几种不一致性对EIS和DRT的影响规律后,创新性地提出了一种基于EIS和DRT的电池组不一致性诊断方法。通过将异常电池混入一组一致性良好的电池中,对比分析了K-means、AP和DBSCAN等无监督聚类算法性能,结果表明DBSCAN诊断准确率为99.2%,可以实现电池组内单体电池不一致性差异的准确诊断。

关键词：锂离子电池电化学阻抗谱弛豫时间分布不一致性无监督聚类

基于电化学机理模型的锂离子电池早期内短路电热特征研究

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上海理工大学学报 2024年第1期46卷 10-20页

作者：吴文涛乔冬冬王学远魏学哲戴海峰同济大学新能源汽车工程中心上海201804 同济大学汽车学院上海201804

锂离子电池的内短路故障是诱发其热失控的主要原因之一,早期内短路特征研究能够为电池管理系统的故障诊断和安全预警提供支撑,对提高电动汽车的安全性具有重要意义。构建了锂离子电池内短路电化学机理模型,实现了不同内短路阻值下的锂... 详细信息

锂离子电池的内短路故障是诱发其热失控的主要原因之一,早期内短路特征研究能够为电池管理系统的故障诊断和安全预警提供支撑,对提高电动汽车的安全性具有重要意义。构建了锂离子电池内短路电化学机理模型,实现了不同内短路阻值下的锂枝晶内短路故障模拟。结果表明,由锂枝晶导致的电池内短路产热98%以上来源于正负极产生的焦耳热,早期内短路过程中正负极集流体表面的温升小于1.5 K,不显著的外部热特征无法用于早期内短路故障诊断。与正常电池相比,内短路故障将使得电池充电速度变慢,放电速度变快,端电压异常下降,上述电特征可以为构建早期内短路故障诊断方法提供依据。

关键词：锂离子电池早期内短路电化学机理模型

燃料电池氢气流量控制系统变负载匹配设计与仿真

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1297-1304页

作者：李晶张力邹姜昆明平文同济大学机械与能源工程学院上海201804 同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源汽车工程中心上海201804

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、... 详细信息

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、流量控制阀与氢气循环泵的控制策略,并就某一型号电堆的变负载工况对系统模型与控制策略进行仿真验证。结果表明:电堆阳极压力可快速跟踪给定压力,响应时间约2~3s;氢气流量可适应负载变化需求,其瞬时超调量与压力响应速度成正相关;稳态时氢气利用率维持在95%以上,供氢过量比维持在1.27以上,供气氮含量维持在5%以下,满足电堆性能需求。

关键词：质子交换膜燃料电池供氢系统变负载工况负载匹配控制策略

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PEMFC冷启动过程阻抗谱及特征频率分析

汽车工程 2024年第2期46卷 269-280页

作者：陶阿邦陶建建魏学哲同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源工程中心上海201804

为优化质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷启动过程,提供足量的反馈数据十分必要,常见的阻抗谱和等效电路因其获取周期较长,无法提供足量且实时的反馈。为此,本文在COMSOL中建立冷启动阻抗模型,结合试验分析其阻抗谱变化,分别在高、中、低频... 详细信息

为优化质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷启动过程,提供足量的反馈数据十分必要,常见的阻抗谱和等效电路因其获取周期较长,无法提供足量且实时的反馈。为此,本文在COMSOL中建立冷启动阻抗模型,结合试验分析其阻抗谱变化,分别在高、中、低频区间提出特征频率1 kHz、50 Hz和1 Hz用于表征燃料电池冷启动过程。研究发现,上述特征频率在冷启动的前、中、后3个阶段变化显著,在特征频率1 kHz、50 Hz和1 Hz下阻抗的变化倍率分别为0.38、0.31和1.47。相较于获取完整的阻抗谱和拟合等效电路,在保留了特征信息的情况下提高了采集数据的实时性。因此,可利用特征频率点的阻抗表征冷启动过程,为实时监测冷启动内部状态提供条件。

关键词：质子交换膜燃料电池阻抗谱冷启动解析阻抗模型等效电路模型

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碳基复合材料双极板真空浸渍制备工艺

材料工程 2024年第3期52卷 44-51页

作者：詹梓泽郑俊生樊润林姚东梅陈静明平文同济大学新能源汽车工程中心上海201804 同济大学汽车学院上海201804

采用真空浸渍树脂的方法制备燃料电池复合材料双极板,研究真空浸渍过程环氧树脂稀释剂的添加量、温度以及石墨的孔隙结构对浸渍树脂量的影响,并考察制备的燃料电池双极板的导电性能、抗弯强度以及气密性能。结果表明:环氧树脂稀释剂含... 详细信息

采用真空浸渍树脂的方法制备燃料电池复合材料双极板,研究真空浸渍过程环氧树脂稀释剂的添加量、温度以及石墨的孔隙结构对浸渍树脂量的影响,并考察制备的燃料电池双极板的导电性能、抗弯强度以及气密性能。结果表明:环氧树脂稀释剂含量的增加和温度的提高可以降低树脂黏度,进而提高树脂的浸渍上限,使树脂能够浸渍填充到更微小的孔隙中,同时仍然存在着一些孔隙无法填充浸透,在膨胀石墨板中0.1μm以下的孔隙难以被完全渗进,导致树脂无法完全填满膨胀石墨的整个孔隙。采用真空浸渍法浸渍环氧树脂/稀释剂体系的适宜温度为50℃,稀释剂乙二醇二缩水甘油醚最优添加比例为15%(质量分数),所获得的双极板EGP-H平面电导率为340.12 S/cm,抗弯强度为41.52 MPa,氦气渗透率为5.4×10^(-7)cm^(3)·cm^(-2)·s^(-1)。

关键词：燃料电池双极板真空浸渍膨胀石墨

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复合石墨双极板材料及性能的研究进展

材料工程 2024年第2期52卷 102-111页

作者：李团锋张璐瑶樊润林孟晓敏胡杨月刘聪温序晖郑俊生明平文东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司成都611731 同济大学新能源汽车工程中心上海201804 同济大学汽车学院上海201804 长寿命燃料电池四川省重点实验室成都611731

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的双极板起到传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用,也是保证燃料电池堆低成本的关键部件。本文对双极板材料(金属、石墨和复合材料)、作用、优势及挑战进行了分析,其中复合石墨双极板... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的双极板起到传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用,也是保证燃料电池堆低成本的关键部件。本文对双极板材料(金属、石墨和复合材料)、作用、优势及挑战进行了分析,其中复合石墨双极板以其长寿命和耐腐蚀的特质,具备与其他双极板竞争的优势,近年来受到高度关注;对石墨形成导电网络的相关因素(涉及填料尺寸、形态,辅助填料桥接石墨颗粒)、聚合物的成分与固化条件以及成型工艺条件对性能的影响规律进行了讨论。未来,开发具有优异综合性能的复合石墨双极板,掌握并优化聚合物结构及反应路径对其性能的平衡作用,使现有配方及成型方法适应大规模生产,将大大增强质子交换膜燃料电池在更多领域的大规模应用。

关键词：双极板石墨树脂复合材料质子交换膜燃料电池

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网联车辆速度规划及气路控制

控制理论与应用 2024年

作者：赵靖华王浩男汪介瑜宫洵解方喜高炳钊吉林师范大学数学与计算机学院吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室同济大学新能源汽车工程中心

新鲜空气和废气混合过程具有强非线性以及多尺度时滞问题,这对带VGT和EGR的汽油发动机节能减排的气路控制提出了很高的要求.随着法规越来越严格,未来的车辆燃油排放测试要求在实时道路环境下进行,交通灯、坡度等路况会改变车辆的运行工... 详细信息

新鲜空气和废气混合过程具有强非线性以及多尺度时滞问题,这对带VGT和EGR的汽油发动机节能减排的气路控制提出了很高的要求.随着法规越来越严格,未来的车辆燃油排放测试要求在实时道路环境下进行,交通灯、坡度等路况会改变车辆的运行工况,对燃油及排放控制具有很大干扰.智能网联技术的发展与普及,一方面使得提前获取路况信息成为可能,另一方面也促进了面向节能减排的车辆速度规划技术的发展.针对本次“内燃动力智能算法挑战赛”的发动机气路和车辆速度规划的控制要求,本文基于神经网络建模和模型预测控制技术,提出了一种双闭环实时优化控制策略.基于比赛提供的高精度车辆模型,本文测试了实时神经网络模型作为前馈map的气路控制的性能;在交通灯和限速等网联信息获取条件下,本文验证了速度规划模型预测控制方案的效果,讨论了采样周期、预测时域、优化目标权重以及车辆质量变化对控制效果的敏感性.

关键词：发动机气路控制车辆速度规划神经网络模型预测控制

开阔空间下风速对液氢泛溢后氢气云团扩散行为特征及事故后果的影响研究

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真空与低温 2024年第4期30卷 436-447页

作者：沈亚皓王登吕洪张存满同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源汽车工程中心上海201804

为了探讨开阔空间中风速对液氢泛溢后形成的氢气云团扩散行为及其事故后果的影响,通过使用计算流体动力学(CFD)软件FLACS,模拟了不同风速条件下液氢泄漏后氢气云团的扩散特性。首先模拟了液氢在泛溢过程中的物理行为,分析了氢气云团在... 详细信息

为了探讨开阔空间中风速对液氢泛溢后形成的氢气云团扩散行为及其事故后果的影响,通过使用计算流体动力学(CFD)软件FLACS,模拟了不同风速条件下液氢泄漏后氢气云团的扩散特性。首先模拟了液氢在泛溢过程中的物理行为,分析了氢气云团在不同风速作用下的扩散模式。随后通过模拟氢气云团的点燃过程,评估了风速对液氢大规模泄漏后可能引发的爆炸事故后果的影响。结果表明,风速是影响氢气云团扩散和燃烧的关键因素,其大小对氢气云团的稳定性和爆炸范围具有显著影响。研究为液氢储存和运输过程中的风险评估提供了重要的理论依据,并为相关安全措施的制定提供了科学指导。

关键词：风速液氢泛溢计算流体动力学氢气扩散爆炸后果

博士生教育高质量发展:直博生的学术困局及破局路径解析

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高教学刊 2024年第18期10卷 56-62页

作者：戴海峰范文君乔冬冬同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源汽车工程中心上海201804

直博生已经成为我国博士生群体的重要组成部分之一。然而,直博生在博士攻读期间易陷入学术热情衰减、学术信念缺失、学术表现不佳的学术困局。该文基于质性研究方法,探究直博生陷入学术困局的原因。研究结果表明,入学动机杂糅和科研基... 详细信息

直博生已经成为我国博士生群体的重要组成部分之一。然而,直博生在博士攻读期间易陷入学术热情衰减、学术信念缺失、学术表现不佳的学术困局。该文基于质性研究方法,探究直博生陷入学术困局的原因。研究结果表明,入学动机杂糅和科研基础薄弱的个体学术背景、角色过渡不顺和高期待难以回应的角色失配、导师和朋辈互动障碍导致的社群嵌入水平低以及学术职业不确定性和非学术职业的广阔前景的劳动力市场因素介入是导致直博生陷入学术困局的主要原因。据此提出,以入学动机为直博生招考遴选的重点指标;加强本科教育阶段与博士教育阶段的有效衔接,建立针对直博生群体特质的独立培养体系,建设拓宽直博生职业发展路径的职业发展教育平台的破局路径。

关键词：直博生学术困局质性研究博士生教育破局路径