北理工、中科大和清华联合策划——动力电池安全应用技术丨JME特邀专栏（下）|中科大|储能|动力电池|北理工|应用技术|清华|电池容量|锂电池|锂离子电池

专栏导读

新能源汽车产业是我国七大战略新兴产业之一，也是“中国制造 2025”十大重点推动领域之一。动力电池系统是新能源汽车的核心部件，其性能直接影响车辆运行效率、安全性与可靠性。由于锂离子电池具有能量密度高、自放电率小、循环寿命长等优点，已在车载动力电池领域占据统治地位。以电池热失控为代表的新能源汽车安全事故频发，突破动力电池安全应用关键技术、提升动力电池系统安全品质，已成为学术界与工业界面临的共同挑战。动力电池安全应用技术主要包括系统设计与集成、电池建模与状态估计、热管理、故障诊断与安全管控、防护设计与测试评价等方面。为此，《机械工程学报》编辑部特邀北京理工大学王震坡教授、北京理工大学张雷特别研究员、中国科学技术大学王青松研究员、北京理工大学张照生副教授和清华大学冯旭宁副教授担任客座编辑，共同策划出版“动力电池安全应用技术”专栏，广邀本领域专家学者结合自身科研实践，介绍最新研究进展、总结学科发展脉络及面临的挑战，集中展示动力电池安全应用技术在原理方法及其应用等方面的最新研究进展，促进学术交流，推动相关领域纵深发展。专栏共收录论文14篇，本期推送后6篇。专栏已于《机械工程学报》2023年22期正式出版。

客座专家团队

王震坡，北京理工大学机械与车辆学院特聘教授、博导，新能源汽车国家大数据联盟秘书长，中国汽车工程学会会士、理事会理事，国家级高层次科技创新领军人才。长期从事新能源汽车领域的理论研究和工程技术攻关工作，围绕车辆安全、高效、可靠应用主题，在运行管控、充电防控、分布式驱动协同控制等方面做出突出贡献。累计主持国家级科研项目10余项，发表SCI/EI论文百余篇，出版专(译)著10余部，授权发明专利50余项，获国家、省部级奖励7项。

张雷，北京理工大学特别研究员、博士生导师，北京市科技新星。主要研究方向为智能网联新能源汽车整车及电池系统安全控制理论与技术。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划等项目多项；发表第一/通讯作者SCI论文70余篇；授权国家发明专利40余项；出版著作3部；担任《机械工程学报》青年编委及多个学术期刊副主编、编委；获北京市科学技术进步奖一等奖、中国汽车工程学会技术发明一等奖、中国仿真学会自然科学一等奖。

王青松，英国皇家化学会会士、英国工程技术学会会士、爱思唯尔中国高被引学者。主要从事锂离子电池安全及防控方面的研究，主持国家重点研发计划项目、基金委联合基金重点项目等30余项。在Nature Communications、Progress in Energy and Combustion Science等期刊发表SCI收录论文200余篇，他引1.5万余次。获储能年度人物奖、中国公共安全科学技术学会科技进步奖一等奖、中国消防协会科技创新奖一等奖、中国化工学会侯德榜化工科学技术创新奖、LPPSTA Mannan Award等奖励。担任多个国内外期刊客座编辑、《安全与环境学报》首届青年编委会主任委员、中国消防协会电气防火专委会委员、中国能源研究会储能专委会专家委员等职务。

张照生，北京理工大学副教授，入选教育部课程思政教学名师。长期从事新能源汽车大数据分析和智能交通方向研究，主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等国家/省部级项目12项。获国家教学成果二等奖1项，省级科研奖励5项、教学奖励3项，发表SCI/EI论文46篇，获ESI高被引论文、机械工程学报第5届高影响力论文等，授权发明专利28项，软件著作权15项，出版专著4部。

冯旭宁，清华大学副教授、博士生导师。一直从事动力及储能电池系统“热安全特性、建模与防控”方面的应用基础研究工作，揭示了高能电池热失控能质释放规律，发明了动力及储能电池系统热防护技术，填补电池应用领域的技术空白。相关技术广泛应用于电池及其系统的事故溯源、标准评价、诊断预警、蔓延阻断等规模化应用场景，保障了电动汽车、储能电站、电动自行车、智能手机等的使用安全。MIT科技评论中国35岁以下创新35人，Clarivate高被引科学家、Scopus中国高被引学者（2022年起）。

基于历史数据的车载锂离子电池异常诊断

引用格式:张言茹, 张珺玮, 王占国, 李劼峰, 张维戈. 基于历史数据的车载锂离子电池异常诊断[J]. 机械工程学报, 2023, 59(22): 89-99.

论文亮点：

针对外表征异常的电池，无需电池的基础测试数据和搭建实验室模型，从统计学角度引入电压偏离概念；
基于电池的时变特性从短时间尺度探究了电池异常程度和类型的判断方法，可快速定位异常电池，有效反映电池的容量和SOC异常；
基于变异系数法，构建全历史过程综合偏离指数矩阵，从长时间维度的突变性判断电池异常变化速度，对劣化趋势进行量化，为故障预警和合理化干预措施提供依据。

主创简介：

张言茹，北京交通大学，电气工程学院新能源研究所，实验师。主要致力于锂离子电池在电动汽车及轨道交通中的成组应用研究，重点研究方向为锂离子电池寿命评估及在线管理方法。

张维戈，北京交通大学电气工程学院教授、博士生导师，国家能源主动配电网技术研发中心主任。发表SCI 论文 30 余篇， EI 检索论文近 100 篇，授权发明专利20多项，出版英文专著 1 部。

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基于随机充电数据的锂离子电池容量在线估计

引用格式:谷平维, 段彬, 康永哲, 张承慧, 杜春水. 基于随机充电数据的锂离子电池容量在线估计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(22): 100-110.

论文亮点：

介绍了锂离子电池容量估计的研究现状，针对电动汽车充放电工况随机，导致电池老化特征隐匿难寻的问题，提出了一种基于随机充电数据的电池容量在线估计方法；
将电池恒流充电过程划分为任意等电压间隔片段，从中提取了四类老化特征；将核极限学习机扩展到在线模式，构建了基于在线序贯核极限学习机的电池容量估计框架；
仅需少量的新样本即可实现不同充电工况下电池容量的准确估计，所提出的方法泛化性能强，实用价值高。

主创简介：

谷平维，山东大学控制科学与工程学院博士研究生，主要研究方向为储能电池安全管控、梯次利用关键技术等。发表学术论文16篇，授权软件著作权3件；曾获日内瓦国际发明展金奖（第7位）、EVS34优秀论文奖、国家奖学金、山东省优秀毕业生等。

段彬，山东大学教授、博士生导师，自动化研究所副所长，国家级青年人才。长期从事高效电力电子技术和先进控制理论方法在新能源发电及储能等领域的应用及成果转化。主持参与国家基金重点项目、科技部重点研发计划课题、国家重大仪器专项等项目22项，发表学术论文80余篇，授权中国和美国发明专利59件。曾获国家、省部级奖励10余项。

张承慧，山东大学控制科学与工程学院院长、山东大学讲席教授、国家高层次人才、“新能源优化控制”国家级工程中心主任，IEEE Fellow，中国自动化学会会士。长期从事新能源并网控制领域的科学研究和教育教学工作，解决了若干基础科学理论和重大工程技术难题，实现科研成果转化并大规模产业化推广应用，产生了重要的学术与产业影响。曾以第一完成人获得多项国家科技进步奖、国家级教学成果奖。被授予全国先进工作者、国家万人计划教学名师等荣誉称号，入选斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家终身成就榜单。

杜春水，山东大学教授、硕士生导师，中国电工技术学会电力电子学会理事，新能源技术与智能装备协同创新中心主任。长期从事新能源功率变换技术与智能装备研发，主持参与国家基金重大、面上、省重大项目等15 项；发表学术论文40余篇；授权中国和美国发明专利28件；曾获国家科技进步二等奖1项，山东省科技进步一等奖1项、二等奖2项，中国自动化学会（CAA）科技进步特等奖1项、中国专利优秀奖2项、教育部科技进步二等奖2项。

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钛酸锂动力电池针刺内短路试验与机理研究

引用格式:周兴振, 孙丙香, 张维戈, 王志豪, 黄勤河. 钛酸锂动力电池针刺内短路试验与机理研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(22): 111-123.

论文亮点：

对比分析了四种典型钛酸锂动力电池在不同荷电状态下的针刺内短路安全风险，证明钛酸锂电池针刺条件下存在完全热失控、局部热失控、不热失控三种风险状态；
仿真分析了不同类型内短路在负极材料电导率影响下的电流密度差异，为钛酸锂电池抗针刺滥用的本征优势提供理论依据；
利用材料表征手段分析并证明了电池针刺反应剧烈程度与隔膜陶瓷涂覆量成负相关关系，为提升锂离子电池内短路安全设计提供了参考。

主创简介：

张维戈，男，北京交通大学教授，博士生导师。主要研究方向为电动汽车充电站技术、电池管理系统、动力电池应用及评估技术。

孙丙香，女，北京交通大学教授，博士生导师，研究方向为锂离子电池成组应用技术，包括建模与仿真、热特性与低温加热策略、优化充电、储能电池性能评估与经济性分析等。

周兴振，男，北京交通大学博士研究生。主要研究方向为动力电池安全评估与应用。

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一种基于几何特征变换与迁移的锂离子电池电化学阻抗谱曲线重构方法

引用格式:来鑫, 马云杰, 郑岳久, 韩雪冰. 一种基于几何特征变换与迁移的锂离子电池电化学阻抗谱曲线重构方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(22): 140-149.

论文亮点：

提出了一种基于几何特征变换与迁移的锂离子电池电化学阻抗谱(EIS)重构方法，实现将任意荷电状态(SOC)下测试的EIS曲线重构到同一目标 SOC下；
对EIS的几何特征进行提取、定义与建模，并将它们迁移到实际测量信号上，完成EIS曲线的精确重构；
试验结果表明，重构 EIS 曲线与实测 EIS 曲线之间的方均根误差及平均绝对百分比误差分别保持在 1.2 mΩ 与 3.5%以内，测试时间相比传统方法缩短了至少 98%。

主创简介：

来鑫，教授、博导。主持国家自然科学基金项目3项、省部级项目3项；以第一/通讯作者发表SCI论文54篇（9篇入选ESI高被引)，合著学术专著1本，入选全球前2%顶尖科学家榜单、上海市浦江人才，获上海市自然科学二等奖。

郑岳久，教授、博导。主持国家级项目4项，以第一/通讯作者发表SCI论文100余篇；第一发明人授权发明专利41项(转让11项)；获上海市自然科学二等奖、中国轻工业联合会技术发明一等奖、中国发明协会创业创新奖一等奖。

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基于仿蜘蛛网流道结构设计的圆柱形锂电池热管理系统性能研究

引用格式:

汪朝晖, 熊肖, 高全杰, 范益伟. 基于仿蜘蛛网流道结构设计的圆柱形锂电池热管理系统性能研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(22): 150-162.

论文亮点：