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【原】化学电池可靠性增长分析

来源 : 互联网
作者 : 118期刊网
发布时间 : 2019-04-04 04:58:16

第1章简介


1.1研究背景和意义

锂离子电池的工作电压是镍镉电池和镍氢电池的三倍。它体积小,重量轻,比能量高,是21世纪环保和节能的理想能源。表1.1给出了锂离子电池与其他电池性能的对比。


由于锂离子电池的巨大优势,其应用前景不断扩大。国际锂离子电池技术已在微卫星,高轨道卫星和深空探测领域实现了工程应用。目前,锂离子电池技术的成功应用是Mars Lander(2001),Mars Rover(2003)和Mars Reconnaissance Orbiter(2005)。除了NASA的星际探测之外,其他太空组织如欧洲航天局正在考虑将聚合物锂离子电池应用于航空航天工业。一些大型(190A·h)聚合物锂离子电池正在研究中,将用于太空往返探测。中国的航天化学电池技术也取得了很大进展,并已应用于一些卫星工程模型产品中。例如,神舟5的伴星是锂离子电池。然而,与国外相比,中国的锂离子电池仍然存在一定的局限性,需要在可靠性,关键芯片制造,产量和质量方面进行改进。中国北京有色金属研究院,北京科技大学,天津电力科学研究院等单位对锂离子电池及其材料进行了研究,并生产了多款锂离子电池产品。表1.2给出了中国锂离子电池与国外锂离子电池性能的对比。



1.2化学电池可靠性工程现状

在这个阶段,中国的化学电池可靠性研究侧重于产品性能,工艺论文发表,材料准备和设计可靠性。在中国的电池行业,中国船舶工业集团公司的第712研究所采用可靠性工程技术来解决化学电源的开发,生产,测试和使用中的可靠性问题,但对电池可靠性增长的深入研究较少。桂长青学者利用系统设计和冗余设计方法研究了电池的可靠性设计,并探讨了铅蓄电池的可靠性评估和失效概率。华中科技大学蓝汉金从理论上研究了电池的寿命分布。使用故障树(FTA)和故障模式影响分析(FMEA)方法来研究电池的故障模式,以及如何使用可靠性设计。技术提高电池可靠性。韩鹏飞对锂电池的特性进行了可靠性分析,得出了锂电池的故障分布。北京航空航天大学的贾莹和李霍林讨论了化学电池的故障率模型,为可靠性预测提供了依据。李霍林研究了化学电池失效的主要影响因素,并提出了一些提高化学电池可靠性的措施。


第二章可靠性增长的基本理论


2.1可靠性增长的基本概念

2.1.1可靠性增长过程

可靠性增长是确保系统在整个系统生命周期投入使用后满足指定可靠性的有效方法。产品可靠性由设计决定并通过制造实现。由于产品的复杂性和新技术的应用日益增加,产品设计需要有一个持续理解,逐步改进和改进的过程。在任何产品开发之初,其可靠性和性能参数不太可能立即满足所需的规格。早期原型具有许多设计和工艺缺陷和问题。有必要通过系统地改进设计和工艺来消除故障原因,从而提高产品的可靠性,以满足指定的指标要求。这种“测试分析改进”方法不断提高产品的可靠性。在该过程中,产品的设计,制造过程和操作方法经常暴露于缺陷,并且不断改进和改进。结果,产品的可靠性不断提高,这是可靠性增长的过程。基本过程如图2.1所示。


从上图可以看出,实现可靠性增长有三个基本要素:故障

通过测试和分析,失败后的反馈和有效的改进。可靠性增长的整个过程是一个闭环过程,通过“测试 - 暴露 - 改进 - 重新测试”,最终满足指定的可靠性要求。因此,可靠性增长的过程是从发现产品的薄弱环节到消除薄弱环节的过程。图2.2显示了从发现到排除系统性弱点和剩余弱点的过程。



2.3 AMSAA模型

2.3.1 AMSAA模型概述

可靠性增长模型具有离散且连续的增长模型。离散增长模型适用于成功和不可修复的产品;持续增长模型适用于可持续工作的可修复产品。 1972年,美国陆军装备系统分析中心(AMSAA)的Crow提出了基于Duane模型的连续可靠性增长模型--AMSAA模型,也称为Crow模型,可以适应多种产品和多种类型的增长信息可靠性增长数据。 Crow给出了模型参数的最大似然估计和无偏估计,产品MTBF的区间估计,以及模型的拟合优度检验方法,系统地解决了AMSAA模型的统计推断问题。

AMSAA模型已广泛用于可靠性增长实验。它已被美国军事手册,国际电工委员会标准和国家军用标准采用。 AMSAA模型是目前使用最广泛的增长模型。

AMSAA模型的优点:模型参数的物理意义易于理解,可以轻松制定可靠性增长计划;演示文稿简单易懂,可评估可靠性增长过程。考虑到随机现象,我们可以给出当前MTBF的区间估计。

AMSAA模型的缺点:理论上,当t→0和t→∞时,产品的瞬时MTBF分别趋于零和无穷大,这与工程实际不一致。实践表明,AMSAA模型在理论上是不够的,但它已被广泛用于可靠性增长实验。



第3章电池可靠性增长分析方法........................ 31

3.1锂离子电池的结构....................... 31

3.2典型系统可靠性模型........................ 32

第4章可靠性增长数据模拟和计算.................. 42

4.1基础知识.................................... 42

第五章基于贝叶斯理论的可靠性增长模型.................. 60

5.1贝叶斯理论概述...................... 60


第五章基于贝叶斯理论的可靠性增长模型


5.1贝叶斯理论概述

统计学有两所学院:经典学校和贝叶斯学校。贝叶斯学派与古典学派的主要区别在于对先验信息的看法不同,即是否使用了先验信息。在关注整体信息和样本信息的同时,贝叶斯统计还注重先验信息的收集和利用,并参与统计推断,以提高统计推断的质量。忽略先验信息是一种浪费,有时会导致不合理的结论。


总结和展望

本文首先介绍了国内外可靠性增长的现状,系统地介绍了可靠性增长的基本理论和可靠性增长模型,其次,介绍了锂离子电池结构和可靠性增长所需的可靠性。分析能力。随后,Matlab生成了遵循威布尔过程的可靠性增长数据,并通过Duane模型,AMSAA模型和AMSAA-BISE模型分析了不同的模拟数据,并对分析结果进行了比较。

由于Duane模型和AMSAA模型基于产品故障时间的可靠性增长模型,它们仅适用于处理TAAF的可靠性增长模型。对于分阶段可靠性增长模型,基于时间的可靠性增长模型不能使用每个阶段中存在的实验信息,并且在应用中存在缺陷。本文基于产品故障时间的可靠性增长模型不足,提出了产品的分阶段贝叶斯可靠性增长模型。可靠性测试数据用于验证方法的合理性。该方法可以更好地利用各阶段的增长信息,动态评估产品的可靠性增长过程,评估结果更加真实。

在本文中,仅分析故障时间类型数据的可靠性增长,但在许多情况下,产品的详细故障时间

获得,只能获得产品的成功或失败数据以及阶段的可靠性数据。 其次,有加速。 可靠性增长测试数据,这些类型数据的可靠性增长分析方法需要进一步研究和讨论。 此外,本文重点研究和分析可靠性增长理论,缺乏实际的工程试验条件。 在实际使用中,它可以与化学电池的可靠性增长试验相结合,进行更深入的研究。

参考文献(略)


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