河北工业大学科技成果推介(第二十期)

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锂离子电池数字孪生模型

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：新能源与高效节能

合作方式：合作开发

项目简介：

锂离子电池数字孪生模型的开发需要解决材料-电极-电池多层级关联作用机制及故障预测与健康管理的自适应算法。开展电池材料及界面物理化学参数的测试方法研究，建立电池设计工艺对电极精细结构、单体电性能、模组系统综合热电性能的构效关系、因果关系，实现产品设计材料-工艺-性能数据直通;明晰电池失效机制，建立具有高精度预测能力的电池单体和系统数字模型，覆盖电池工作和故障状态。最终实现电池数字孪生模型对电池热电性能的仿真精度>95%，对电池全寿命周期的电性能的仿真精度>95%，基于设计参数组合所得电池的电化学性能和使用寿命模型预测结果与实验结果的误差<5%。

市场前景：

建立基于电化学耦合算法的锂离子电池多尺度数字孪生模型，实现对电池SOX、RUL、析锂等的精准预测，可应用于电池监测、诊断领域，并在电池系统安全提升、防止灾难事故方面县有巨大的应用前量。本项目可以促进电池系统升级，成果可推广至全行业，推动锂离子电池以及新能源产业的进一步发展。

实施条件:

电池多尺度数字孪生模型的建立需要进行电池材料、电极微观结构表征，电池单体热电性能测试，以获得电池多尺度信息;同时需要结合电池多物理场传感技术，获取电池运行过程中"热-力-气-电"信息，协助开发数字孪生模型;项目实施需要先进的实验设备与配套齐全的设施。

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开关磁阻电机铁心损耗计算软件

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：新能源与高效节能

合作方式：独立开发

项目简介：

为解决开关磁阻电机铁心磁密中小磁滞回环提取困难、铁心损耗计算繁杂等问题,开发了一款操作简单、运行稳定且能够提供多种因素下电机各特征部位铁损耗的铁心损耗计算软件。可快速计算谐波激励下电机铁心损耗，并提供磁滞损耗、涡流损耗以及各特征部位小磁滞回环幅值及瞬时磁滞、涡流损耗波形。软件运行环境宽松、交互界面友好，采用等效椭圆损耗计算模型和改进的雨流计法，技术成熟度和计算精度较高。

市场前景:

软件可方便快捷地计算多重小磁滞回环和直流偏磁等因素下的铁心损耗，预期可提高电机性能计算速度，为电机优化设计提供高效、高精度解决方案。

实施条件:

计算机硬件需满足处理器主频2GHZ及以上、内存2G及以上;系统软件需满足windows10及以上64位系统，配备MatlabR2020b及以上版本、MatlabCompiler2.1及以上版本。

知识产权情况:

该成果获得授权软件著作权1项。

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一种基于光纤应变传感的锂离子电池析锂检测方法

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：新能源与高效节能

合作方式：合作开发

项目简介：

拟解决目前锂离子电池管理系统(BMS)中电压、电流、温度等信息在电池的运行期间对析锂检测不准确问题，通过光纤应变传感器检测电池表面应变信号，实时准确判断锂离子电池析锂产生。主要测量锂离子运行过程中的应变信息、电池电压、电池容量等，可以在不拆解电池的情况下无损完成析锂检测，不对电池造成损坏。通过锂离子电池的应变信息判断析锂发生为锂离子电池的状态监测提供了新的视角，目前仍在研制阶段。

市场前景:

用于锂离子电池无损析锂检测，可以在不拆解电池的情况下无损完成析锂检测，不对电池造成损坏;并且可以用于确定锂离子电池发生析锂的最小倍率，适用于多种型号、多种材料的锂离子电池析锂检测。随着光纤解调仪小型化，可进一步实际应用到电池管理系统中，为电池故障诊断提供更可靠有效的析锂检测信息。

实施条件:

所用设备包括:计算机、电池充放电测试仪、电池充电夹、预压力加载装置、软包锂离子电池、压力显示仪表、压力称重传感器、光纤应变传感器、光纤解调仪。

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一种集成多位点温度传感器的多功能隔膜及其制备方法

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：新能源与高效节能

合作方式：合作开发

项目简介

电池运行过程中内温度变化的实时监测，有助于直观地反映电池的运行状态，提高电池组的安全性和可靠性。目前锂电池内温度监测手段与电池的装配工艺契合度不高，植入传感器时需要对电池的部分区域进行调整，并且植入手段较为复杂，容易影响电池的容量甚至电化学性能。

本成果设计了一种与温度传感器一体化的隔膜，该隔膜具有多点位监测的能力。在电池装配过程中，这种新型的温度传感器一体化隔膜可以替代电池的传统隔膜，植入到电池正负极之间，无需额外的再对电池内外结构进行调整，与电池的装配流程相适应，对于电池的电化学性能影响极为有限。测温范围-40C-120C。

市场前景:

该一体化隔膜易制备，成本低，在锂电池内部进行合理的布置，可以提高电池管理系统对电池热管理的

能力。

实施条件:

偏二氟乙烯-co-六氟丙烯、聚酰亚胺、负温度系数热敏电阻

聚四氟乙烯模具、恒温恒湿干燥烘箱、磁力搅拌器、模具压板

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低成本储能型模块化多电平变换器

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：新能源与高效节能

合作方式：双方商定

项目简介:

解决模块化多电平变换器(MMC)硬件成本高、体积大等应用制约问题。在不改变现有MMC拓扑结构的基础上，融入储能单元，使其具备惯量支撑、故障穿越、高功率密度等优势。目前已完成理论分析、仿真和实验样机验证等。

市场前景:

在中高压直流输配电网、风储型输配电系统、光储型输配电系统、中高压电力拖动或传动系统、配网间互联等领域具有广阔的应用场景，显著节约系统成本。

实施条件:

需要功率开关器件、无源元件、电压源、负载等。

知识产权情况:

该成果获得授权发明专利4项。

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