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基于Li10GeP12S2全固态电池关键材料的热稳定性研究

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储能科学与技术 2025年

作者：张文杰任东生吴宇芮新宇刘翔冯旭宁卢兰光北京理工大学材料学院清华大学车辆与运载学院北京航空航天大学材料科学与工程学院

全固态锂电池具有宽工作温域、高能量密度和高功率密度等优势，是最具有潜力的下一代储能候选电池之一。硫化物电解质Li10GeP12S2（LGPS）凭借其超高的锂离子电导率 (1×10-3S cm-1)吸引了研究者的广泛关注。不幸的是，高能量密度体系下... 详细信息

全固态锂电池具有宽工作温域、高能量密度和高功率密度等优势，是最具有潜力的下一代储能候选电池之一。硫化物电解质Li10GeP12S2（LGPS）凭借其超高的锂离子电导率 (1×10-3S cm-1)吸引了研究者的广泛关注。不幸的是，高能量密度体系下的LGPS全固态电池关键材料的热稳定性并没有被报道。本文研究了硫化物固态电解质LGPS分别与正极 (LiNi0.92Co0.04Mn0.04O2，NCM92)、负极（SiC）的热稳定性。通过差示扫描量热法（DSC）和同步热分析-质谱联用技术（STA-MS），分析了硫化物固态电解质、正极、负极以及其混合物的产热产气特性。在产热产气分析的基础上，利用扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）技术、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）对不同温度下的产物成分进行了深入分析。当温度升高至200oC时，NCM92正极发生相变，释放大量氧气，与硫化物电解质发生轻微反应，生成P2Sx和微量SO2。当温度升高至310oC时，LGPS和正极混合样品发生剧烈放热反应，生成金属氧化物、金属硫化物和磷酸盐等。本研究揭示了NCM92|LGPS|SiC全固态电池关键材料的热稳定性，为全固态锂电池的材料选择和安全优化设计提供理论支持。

关键词：全固态锂电池 Li GeP S 高能量密度热稳定性

融合深度强化学习与滚动时域优化的智能车辆轨迹跟踪控制

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交通运输工程学报 2025年

作者：谢宪毅赵鑫金立生郭柏苍李克强燕山大学车辆与能源学院清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室

为提升深度强化学习训练的智能车辆轨迹跟踪策略的泛化性，针对在单一速度工况训练的强化学习模型在其他速度工况下轨迹跟踪效果不理想的问题，提出了一种融合滚动优化与双延迟深度确定性策略梯度（ROTD3）的智能车辆轨迹跟踪控制方法... 详细信息

为提升深度强化学习训练的智能车辆轨迹跟踪策略的泛化性，针对在单一速度工况训练的强化学习模型在其他速度工况下轨迹跟踪效果不理想的问题，提出了一种融合滚动优化与双延迟深度确定性策略梯度（ROTD3）的智能车辆轨迹跟踪控制方法；以固定车速跟踪双移线轨迹进行深度强化学习双延迟深度确定性策略梯度（TD3）轨迹跟踪模型训练，通过调试参数获得满足轨迹跟踪精度并快速收敛的策略，基于所训练的TD3模型结合模型预测控制（MPC）的思想构建融合ROTD3框架，在预测时域中以TD3模型输出的前轮转角进行预测，将轨迹跟踪过程中的横向偏差与航向角偏差经过滚动时域优化并通过二次规划方法求解车辆前轮转角增量形式的控制时域序列，以控制时域中的首个控制增量与TD3控制量相加作为车辆前轮转角控制量，将ROTD3与TD3、MPC进行轨迹跟踪仿真试验并对比分析。研究结果表明：ROTD3具有更高的轨迹跟踪精度，在纵向车速为20m·s-1双移线轨迹跟踪过程中，横向偏差平均绝对误差相对于TD3减少了83.52%，相对于MPC减少了91.02%；在跟踪蛇形轨迹时，ROTD3方法的仿真结果与双移线仿真结果基本一致，当TD3模型输出的前轮转角跟踪偏差较大时，ROTD3通过滚动时域优化得到的前轮转角增量可以对其进行有效补偿，ROTD3框架可显著提高不同工况下的车辆轨迹跟踪效果，有效提升了TD3强化学习轨迹跟踪策略的泛化性与适用性。

关键词：汽车工程智能车辆轨迹跟踪 TD3 滚动时域优化

不同驾驶循环制动工况下刹车颗粒物排放特性研究

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北京理工大学学报 2025年

作者：葛蕴珊谢汶峰李家琛马尧王宇王亚超王昌钰北京理工大学机械与车辆学院中国汽车技术研究中心有限公司清华大学

为探究基于制动惯性实验台的不同驾驶循环刹车颗粒物排放特性，在密封采样仓内分别进行WLTC循环和US06循环等效制动排放试验，测量了10 nm～10μm粒径范围的刹车颗粒物排放.研究发现多次US06循环测试中，每次循环前四次工况排放的100 n... 详细信息

为探究基于制动惯性实验台的不同驾驶循环刹车颗粒物排放特性，在密封采样仓内分别进行WLTC循环和US06循环等效制动排放试验，测量了10 nm～10μm粒径范围的刹车颗粒物排放.研究发现多次US06循环测试中，每次循环前四次工况排放的100 nm粒径以上的颗粒物数量结果重复性差，且行程动力学参数（v·a）增大会导致所有粒径的颗粒物生成数量的稳定性变差；100 nm粒径以上颗粒物对刹车颗粒物质量浓度的贡献大，而刹车颗粒物数量浓度排放则更多由10～100 nm小粒径颗粒物决定.研究还发现颗粒物的生成与工况的加速度和速度密切相关，在车辆实际驾驶中，较高的行驶速度以及较大的刹车加速度都会促进100 nm以下小粒径颗粒物生成，而100 nm以上大颗粒的生成主要受到较大刹车加速度的影响，保持车速低于100 km/h、加速度低于2 m/s2生成的大、小粒径颗粒物较少.对比US06循环和WLTC循环的高速度段与超高速段颗粒物排放数据，制动工况更为激烈的US06循环倾向于生成更多大粒径颗粒物，而WLTC循环超高速度段在小粒径颗粒物生成上更为显著.

关键词：制动颗粒物驾驶循环制动工况颗粒物数量颗粒物质量粒径分布

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锂离子电池温度状态:定义、检测与估计

中国科学:技术科学 2025年

作者：杨博文刘思垒冯旭宁饶中浩刘吉臻吴伟雄暨南大学国际能源学院清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室河北工业大学能源与环境工程学院华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室

锂离子电池作为新型储能技术的重要载体,其全生命周期的安全性和可靠性备受关注.作为复杂的温度敏感型电化学系统,随着能量密度上升和应用场合的拓展,热效应引起的温度变化极大地影响锂离子电池性能.相较于荷电状态、健康状态等,电池温... 详细信息

锂离子电池作为新型储能技术的重要载体,其全生命周期的安全性和可靠性备受关注.作为复杂的温度敏感型电化学系统,随着能量密度上升和应用场合的拓展,热效应引起的温度变化极大地影响锂离子电池性能.相较于荷电状态、健康状态等,电池温度状态能够直观地反映其内部工作状况和外部环境条件,是未来智能电池管理系统中必不可少的物理量之一.本文首先归纳了电池的4种温度表征指标:表面温度、核心温度、体均温度及温度分布,与此同时,在模组层面讨论了温度极值和温度差值的适用性;随后,从温度检测和温度估计两方面对现有方法进行分类,并系统阐述了各种温度检测估计方法的原理、优势以及局限性;最后,讨论了电池温度状态领域面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

关键词：锂离子电池温度状态智能电池温度检测温度估计

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柴油机喷雾碰壁引燃进气预热特性研究

汽车工程 2023年第8期45卷 1489-1497页

作者：张翼霄马骁卢鑫辉王志诸葛伟林帅石金清华大学车辆与运载学院北京100084

针对低温环境下重型柴油机的冷起动,提出了喷雾撞击热壁面引燃、回流稳焰的进气预热方案。基于自主设计搭建的预热实验装置,研究了不同风速、喷油落点、喷油策略下的温升和燃烧特性,并开展了CFD数值模拟。实验结果表明:着火和温升对喷... 详细信息

针对低温环境下重型柴油机的冷起动,提出了喷雾撞击热壁面引燃、回流稳焰的进气预热方案。基于自主设计搭建的预热实验装置,研究了不同风速、喷油落点、喷油策略下的温升和燃烧特性,并开展了CFD数值模拟。实验结果表明:着火和温升对喷油落点呈较强的敏感性,加热板存在最佳位置,风速10 m/s下的平均温升速率达到4.24℃/s。为了兼顾温升速率、燃烧效率和维护成本,高风速下须采取喷射周期为20~25 ms、喷射脉宽为1~3 ms的喷油策略。高速液滴撞击加热板表面后发生回弹和破碎,属于Leidenfrost破碎模式。模拟结果显示:扰流板形成了局部风速低于5 m/s的回流区,促进了蒸发和油气混合,有利于着火和火焰稳定;针对喷射频率合理匹配喷射量,本质上是调控燃烧持续期与喷射周期相适应,使燃油充分利用,提高温升和放热速率。

关键词：柴油机进气预热喷雾碰壁引燃回流稳焰数值模拟

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内悬置电动轮的柔性联轴器动力学性能分析

清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 25-32页

作者：罗荣康俞志豪吴佩宝侯之超清华大学车辆与运载学院北京100084

内悬置电动轮构型可延长电机使用寿命,缓解簧下质量过大造成的舒适性问题。由于轮内空间有限,用于动力传递的柔性联轴器结构和性能直接决定内悬置电动轮的性能。该文提出了一种面向内悬置电动轮的柔性联轴器。该联轴器是由多个连接臂组... 详细信息

内悬置电动轮构型可延长电机使用寿命,缓解簧下质量过大造成的舒适性问题。由于轮内空间有限,用于动力传递的柔性联轴器结构和性能直接决定内悬置电动轮的性能。该文提出了一种面向内悬置电动轮的柔性联轴器。该联轴器是由多个连接臂组成的平面并联机构,每个连接臂由2个平行四边形机构串联而成。建立了该联轴器机构的运动学和动力学模型,给出了偏心度、连杆静载荷及动载荷的计算方法。结合一组结构参数,对联轴器的偏心度、连杆静载荷及动载荷进行了定量分析。结果表明:该联轴器允许传动系统在动力传动过程中沿垂向跳动,具有等速传动、占用轴向空间小、偏心行程大以及动载荷小等特点。该联轴器可望推进内悬置电动轮的工程化研发。

关键词：电动轮电机悬置柔性联轴器平面并联机构动力学分析

面向弱势道路使用者的多目标运动轨迹预测方法

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中国公路学报 2022年第1期35卷 298-315页

作者：李克强熊辉刘金鑫清华大学车辆与运载学院北京100084

针对复杂行驶环境下弱势道路使用者(VRU)多目标轨迹预测方法存在的预测精度不足和预测性能不稳定的问题,提出一种基于历史序列信息的面向VRU的多目标轨迹预测方法(Vulnerable Road User Trajectory Predictor, VRU;P)。首先,为了解决预... 详细信息

针对复杂行驶环境下弱势道路使用者(VRU)多目标轨迹预测方法存在的预测精度不足和预测性能不稳定的问题,提出一种基于历史序列信息的面向VRU的多目标轨迹预测方法(Vulnerable Road User Trajectory Predictor, VRU;P)。首先,为了解决预测精度不足的难题,该轨迹预测方法框架融合时空的多维运动状态特征和多维外观语义特征因子,同时基于外观特征综合考虑目标的运动意图,提取多线索的轨迹预测因子作为各个VRU目标历史轨迹的编码输入。其次,为了克服现有方法预测性能不稳定的难题,在序列到序列的编解码器方法(Seq2Seq Encoder-decoder)的基础上,从网络结构设计和网络优化策略等方面提出适用于VRU轨迹预测的门循环神经网络(GRU)。该网络融合设计的plelu6激活函数,能基于历史的序列信息映射学习未来的轨迹信息,用来提高编解码器对未来轨迹的解码能力。最后,为了验证时空多元轨迹线索和门循环神经网络优化方法的有效性和实用性,在已公开的MOT16数据库和提出的VRU-Track数据库上,采用在图像空间上通用的归一化平均位置偏移(NADE)、平均重叠率分值(AOS)评价指标以及平均成功率(ASR)和成功率曲线(Success Plot)评价指标,并进行试验验证。研究结果表明:在MOT16划分的验证集中,相比于基准方法,NADE下降了19.4%,ASR提高了22.6%;在VRU-Track数据库测试集中,NADE下降了23.0%,AOS提高了17.1%,ASR提高了16.5%;提出的VRU;P方法减少了预测值与真值之间的位置偏移,增加了预测值与真值的重叠率,提升了各类VRU目标轨迹预测的性能,而验证了该方法的有效性。

关键词：汽车工程运动轨迹预测时空多元线索弱势道路使用者智能汽车循环神经网络编解码器

空气弹簧动刚度模型关键非线性参数辨识及动态特性研究

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机械工程学报 2022年第1期58卷 88-96页

作者：邬明宇李雪冰尹航吕靖成危银涛清华大学车辆与运载学院北京100084

提出了一种考虑等效阻尼及滞回特性的乘用车用空气弹簧动刚度模型,给出模型中各部件物理意义及数学表达以适用于空气悬架的精确控制。基于模型解析表达式给出一套针对模型中有效面积等效刚度、空气气囊刚度和等效阻尼等关键非线性参数... 详细信息

提出了一种考虑等效阻尼及滞回特性的乘用车用空气弹簧动刚度模型,给出模型中各部件物理意义及数学表达以适用于空气悬架的精确控制。基于模型解析表达式给出一套针对模型中有效面积等效刚度、空气气囊刚度和等效阻尼等关键非线性参数辨识的一般方法,设计示功试验对各参数项进行辨识并验证了在大行程下动刚度模型及参数辨识方法的正确性和可行性(大行程正弦激励下模型最大相对误差小于0.5%,参数辨识误差小于3%)。最后基于推导出的动刚度模型分析了关键参数的影响及其动态特性。结果显示,乘用车单腔室空气弹簧的滞回特性(相位角)随频率增大呈现先增大后减小的趋势。等效刚度越大相位角峰值越大且对应频率越高;等效阻尼越大相位角峰值不变,对应频率减小。根据理论和试验指明了空气弹簧关键非线性参数的频率相关性及其变化规律,为空气弹簧的理论建模及正向开发提供指导。

关键词：热力学滞回特性参数辨识动态特性

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基于间苯三酚的电池热失效自毁机制研究

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1663-1670页

作者：侯博文彭勇冯旭宁清华大学车辆与运载学院北京100084

高比能锂离子电池的热失控问题是限制其大规模应用的关键原因。本文从自毁电池的角度出发,以间苯三酚为自毁剂,阻断负极和电解液的反应,避免大量还原性气体的产生,减少气体串扰的反应热释放,最终降低热失控灾害程度。结果表明,间苯三酚... 详细信息

高比能锂离子电池的热失控问题是限制其大规模应用的关键原因。本文从自毁电池的角度出发,以间苯三酚为自毁剂,阻断负极和电解液的反应,避免大量还原性气体的产生,减少气体串扰的反应热释放,最终降低热失控灾害程度。结果表明,间苯三酚的引入使热失控反应提前至120℃,且消除了200℃时的剧烈放热,实现了热失控反应时序的调控和热失控反应焓值的降低,提高了电池的安全性。本文为高安全电池设计提供了新的思路,具有一定的指导意义。

关键词：锂离子电池自毁电池热失控反应时序调控间苯三酚