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用滤波赋能动力电池智造与安全运行——记2021年江苏省科协青年科技人才托举工程入选老师王子赟

发布日期:2021-08-12  来源:物联网工程学院   文:庄濛杰 图:王子赟 审核:孔丽丹

近日,2021年江苏省科协青年科技人才托举工程入选名单正式公布,江南大学物联网工程学院副教授王子赟成功入选。王子赟长期从事非线性系统滤波故障诊断及其在动力电池制造和运行状态诊断等工业领域的应用研究工作,曾赴美国、韩国、意大利等国家开展访学和会议交流。近期,其所在的科研团队针对不确定干扰下的动力电池运行状态分析与故障诊断问题,提出了新的解决方法。王子赟成长于江南大学,读博阶段深受团队纪志成教授、王艳教授的影响,在科研中注重理论知识联系工程应用,在正式进入学院成为一名老师后,也注重对学生综合能力的培养,不论是在专业研究领域还是在教书育人方面都有较为瞩目的成绩。

多胞滤波,让电芯“大脑”更智慧

新能源汽车的普及将极大的降低传统燃油汽车使用过程中对空气的污染,对于我国实现“碳达峰、碳中和”有着重要意义。动力电池是新能源汽车的重要组成部分,其运行状态直接影响着电动汽车等新能源电力设备的运行安全。现有的运行状态分析均需要假定动力电池在恒定或给定条件下运行,导致当前主流的动力电池运行状态分析方法具有很强的局限性,在实际工况下,这些分析方法的实用性不够好。受到空间几何学中多维空间仿射变换的启发,依托课题组当前承担的国家级科研项目,王子赟及其所在团队成员在控制科学与电化学领域交叉融合,针对动力电池在运行过程中的核心电力学工况和热力学现象,分别采用机理分析方式进行建模,得到动力电池的电热耦合模型;同时分析在实际不确定干扰下的模型抗干扰能力,引入多胞滤波概念,利用在不确定干扰下的含真实状态的空间几何结构,设计多胞体空间变换策略,从空间几何学角度得到动力电池荷电状态、核心温度等关键数据,提出的分析方法能够显著降低电池运行过程中不确定干扰的影响,具有很好的鲁棒性,构造了更智慧的动力电池运行状态监测系统。研究成果获得2020年中国商业联合会科技进步一等奖。

三环驱动,同频提升制造品质

当前,王子赟所在团队正在针对动力电池生产过程工艺能力分析问题开展研究,并与浙江天能电池集团加强合作,将研究成果逐步实现工程化应用。浙江天能电池集团是国内新能源动力电池行业领军企业,在锂离子动力电池生产方面拥有多项国际、国内领先的制造和工艺技术。在与企业对接过程中,企业表示虽然现在动力电池的产能很高,但在当前面向定制化生产的大批量制造场景,生产工艺容易出现波动,给动力电池的一致性分析评价和制造能力预测带来难题。面对这一类动力电池产品质量提升的工程问题,课题组采用动力电池的荷电状态SOC作为分析产品一致性的关键指标,而电池的SOC数据是不能直接从产线得来,需要考虑动力电池充放电波动。针对这一问题,课题组利用不确定扰动下的滤波分析方法,采用成组化的动力电池端电压、充放电电流和内阻数据,借鉴椭球和全对称多胞体构造的数据空间结构,引入群智能优化算法,实现了在不确定扰动下的SOC数据分析,进而从人、机、物、法、环等五个关键一级指标,预测订单分解后的动力电池大批量制造能力,实现了面向动力电池高品质生产领域的“产学研”三环同频驱动。

因材施教,带动科研反哺教学

王子赟副教授成长于江南大学,在博士学习阶段深受团队负责人纪志成教授、王艳教授的教导,在科研中注重理论知识联系工程应用,因此,平时在教学中也注重对学生综合能力的培养;同时,考虑到不同学习阶段学生的学习能力,也尽可能做到因材施教。面向课题组的研究生,王子赟通过带领学生前往企业开展动力电池制造相关项目调研,能够深入动力电池制造与产品质量分析产线一线,了解到从混料、涂布、分切,到叠片、注液、化成等全套关键工序,能够最直观的了解动力电池的“前世今生”,从工程实际出发,以制造工艺一致性和运行状态分析准确性为最优目标,借鉴空间几何学和拓扑学的新思路,研究适应工程化应用的滤波新技术,解决动力电池制造与运行状态分析的工程问题;面向参加“启智”项目的本科生,更多是介绍讲解前沿的非线性系统状态估计基本方法,以简单的动力电池模型为切入点,介绍课堂上一些控制原理和电力电子技术在实际工业对象方面的“用武之地”,让学生们懂得学以致用;面向在课堂上听课的本科生,在讲解课堂知识之余,注重引入辩证观分析学习的内容,传递工程师良知和家国情怀,得到了学生们“课堂知识涉猎面广”“讲课风趣幽默”等诸多好评。

动力电池制造关键设备

参加学术会议

课堂授课

课题组合影

阅读( (编辑:王雪冰)

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