项目简介： 本项目是通过跨学科合作，开展在化学领域应用电子学新技术的 研究。 大多数化学实验室采用传统的加热方法，即利用传导的方式加热。 微波/超声波相结合的技术与传统加热方法相比具有很多优点，可以大大降低加热时间，省溶剂(可较常规方法少 50％～90％)、节约能源、 减少废物的产生，同时可以提高回收率和提取物的纯度。另一方面利 于环境保护，无污染，属于绿色工程，它是一种具有广阔发展前途的 新技术。 微波/超声波复合智能化系统可应用于合成化学、药物有效成分 的提取及分析样品预处理领域，设计并研制出新型微波和超声波相结 合的复合多功能智能化仪器装置，研究其对化学反应、药物提取及环 境污染物萃取的促进作用，为合成化学、药物有效成分的提取及分析 样品预处理提供了新的实验手段和方法。 本项目成果可为加大环境污染物的监测的力度，使其样品分析摆 脱耗费大量的有毒的有机试剂，程序繁琐，工作量大的现况，为其分 析样品预处理，拓展一种高效的实验手段和方法。如对加标土壤样品 （土壤样品中的多溴代联苯醚）进行复合萃取，分别采用微波辅助萃 取、超声波辅助萃取、微波－超声波复合萃取方法，得到的实验数据 是：在相同萃取 20 分钟时间内，使用微波辅助萃取和超声波辅助萃 取，其萃取效率分别为 42－75％、45－86％而采用微波－超声波复合 萃取体系时萃取效率则可提高到 92－114％。和常规的索氏提取相比， 微波－超声波复合萃取使用的溶剂量降至原来的 10％左右，萃取时 间降低至原来的 5％左右。可见复合萃取对萃取效率有较大的增强效 果。这一实验结果预示着：本项目成果推广应用，进一步完善，可为 分析样品预处理提供一种新的高效的实验手段和方法。另外，对兔疫 球蛋白 lgG 生物制品等的灭菌也开始进行有益的应用探讨，受到相关 企业的关注。 技术指标及特色： 1. 样机技术性能：◆微波功率从 0～1000W 连续可调，微波频率 f=2450MHz； ◆温度范围：室温～300 度； ◆研制出 38KHz 超声波发射系统，功率从 0 至满负荷连续可调， 在控温系统中超声波功率也随之改变； ◆消解/萃取瓶体积：50～1000 毫升。 2.专利申请七项。 3. 三项技术创新为产业化与拓展应用领城打下基础： （1）将微波场与超声波场两种不同性质的场施加于同一反应物 体，充分发挥各自的长处、协同作用，为在化学、生物以及医学领域 的应用研究提供了新的实验手段和方法，在课题中解决了超声波高效 耦合问题； （2）实现了微波/超声波协同作用下反应物的控温算法，采用可 扩展标记语言 XML 来存储和表示模糊控制算法，并用面向对象的设 计思想结合 C++对该算法进行了实现，利用 Labview（图形化编程语 言）可视化技术建立良好的人机界面； （3）具有在线实时检测和显示微波泄漏量，当超过国家标准时， 自动切断系统的电源，保证操作人员的安全。 微波/超声波复合智能化管道流动式反应装置已完成小试，正在 进行中试研究。

成果描述：小径厚壁无缝钢管的超声波探伤技术是当今世界难点之一，在超声波探伤过程中由于周围环境的影响，干扰信号的屏蔽也是难点之一，本系统在这两个世界级难点都给出了可行的解决方案与工艺标准。 本系统采用多通道双探头，可一次性实现钢管的周向、纵向的缺陷检测。工作模式采用探头固定静止，钢管在水箱中螺旋前进，这种方式可以实现钢管的连续自动探伤。该超声波探伤系统结构合理、灵敏度高、检测结果满足厂方要求，在钢管质量检测中发挥着重要作用。 该系统主要由四部分组成：①、机械传动部分，②、控制部分，③、超声波系统，④、软件系统。 ①、机械传动部分包括自动送料、出料机构，同步带与齿轮传动机构，摩擦轮传动机构。 ②、控制部分的核心是PLC，主要控制电机的运转包括正转、反转、点动、停止和急停，及控制声光报警、喷标系统、水泵开启与关闭。 ③、超声波探伤系统主要由超声波脉冲发射卡、数据采集卡、A/D转换卡、探头组成。 ④、软件系统主要的功能模块包括：回波采集及预处理模块、缺陷诊断模块、回波显示模块、PLC控制模块、报表生成模块等。采用VC++实现对板卡采集的回波数据进行滤波处理，并将回波数据以波形图显示在工控机的软件界面。缺陷诊断模块对回波数据经过算法计算与标准伤的阀值进行比较从而判定回波是否存在缺陷波，若发现缺陷，则启动进行声光报警及喷标程序，并将缺陷波形数据自动存储到系统数据库。报表生成模块可以管理本批次钢管缺陷记录，或是按月或其他条件生成报表。PLC控制模块主要是通过上位机与下位机的通信，实现对电机的运转、喷标报警、水泵的控制。 该超声波探伤系统主要实现厚壁无缝钢管的全自动探伤检测、智能判伤、监控、数据保存和报表输出一体化操作。市场前景分析：金属材料在高温、高压、高载荷的情况下，内部已有的缺点可能被放大，造成不可估量的经济损失，据估算，我国每年由于不合格产品的经济损失达到2000亿元。并且超声波有很高的缺陷辨识能力。因此，超声波无缝钢管超声波探伤系统的市场需求很大。与同类成果相比的优势分析：1、相比以往厂方委托其他单位检测无缝钢管，既提高了检测效率，又降低了成本。按照厂方提供的每年要送外检测15-20吨的样品的预算，只此一项可节约检测成本约30万元。 2、相比国外同类产品的每套200多万人民币的检测系统，该超声波检测系统既能满足厂方的高检测要求，又价格低廉。 国内领先。

一、  成果与项目的背景及主要用途：本项目是通过跨学科合作，开展在化学领域应用电子学新技术的研究。 大多数化学实验室采用传统的加热方法，即利用传导的方式加热。微波/超声波相结合的技术与传统加热方法相比具有很多优点，可以大大降低加热时间，省溶剂(可较常规方法少50％～90％)、节约能源、减少废物的产生，同时可以提高回收率和提取物的纯度。另一方面利于环境保护，无污染，属于绿色工程，它是一种具有广阔发展前途的新技术。

1、系统功能 蓄电池在制造过程中必然存在的容量不一致和性能差异，造成后期成组使用时某些电池易出现过充和过放，严重影响整组电池的寿命。 针对这一现状研制的“蓄电池状态检测及均衡活化系统”，结合现场的蓄电池充放电活化维护过程（即“三充两放”），可以完成如下功能： Ø  自动实时检测电池状态 蓄电池的端电压是反映其性能的重要参数，也是目前现场人工检测的主要依据。自动检测功能可以减少维护工作量，降低工人劳动强度。 Ø  自动均衡放电 在活化过程中，系统根据测量结果能够对电池进行自动均衡，保证每只电池都得到充分活化，最大限度增加电池的寿命，降低运营成本。 Ø  蓄电池活化曲线 系统将整个活化过程中所有蓄电池的端电压的测量结果记录并生成活化曲线，在计算机的显示器上直接显示，结果清晰直观，也便于对每只电池的特性做进一步分析。 Ø  报告电池状况 系统根据均衡活化过程的检测数据对电池的老化程度进行判断，对于性能很差或即将损坏的电池经过活化后仍不能恢复时，提示维护人员更换电池，以免影响整组电池的正常使用。 2、系统特点 该系统结合微电子、SMT、计算机控制、EMC、网络以及电力电子等技术，系统具有以下特点： 可靠性高；测量准确；均衡效果好；判断蓄电池状态准确；使用简便。 电动汽车的运用经验表明，增加该系统后，电池寿命延长30％。 3、系统结构 系统采用计算机控制，网络结构，避免了很多的拉线工作，系统的结构框图如图所示。 系统结构布置图 系统电气柜由控制主机（操作台）、电源开关箱、8个监控箱组成。 监控主机为工业级平板式计算机，带有显示、监控、专家系统以及远程通讯功能，负责在均衡活化过程中的数据采集、活化过程的报表生成以及电池状态的判断。 电源开关箱负责8个监控箱的供电，其中左侧双极空气开关为监控箱的总开关，右侧顺序布置的8个单极空气开关依次分别为1～8#监控箱独立开关。 每个监控箱由6个电池状态检测和均衡控制模块组成。每个模块完成单只蓄电池的状态检测和均衡控制，优化活化过程。 连接方式如下： 1）状态检测和均衡控制模块与控制主机通过柜内网络通讯线连接； 2）均衡模块与电池的连接采用夹子进行连接，拆装方便。 系统电气原理连接示意图 4、检测原理 检测及均衡模块原理如下图所示。   检测及均衡功能原理框图  电池电压经过滤波电路进入AD，由检测模块的CPU进行检测，CPU检测的数据通过网络通讯线（RS-485）传输到上位计算机的监控软件。为了提高系统的可靠性，因此检测模块采用了隔离的变换电路，同时CPU采用了Microchip公司的PIC系列单片机，A/D采用了具有双积分特性的电路，其与CPU接口通过单总线连接。 单节电压检测精度，由于采用的A/D为10位，分辨率为0.01V，对于2V电池来说，最大检测误差为±0.01V，该A/D温度特性比较好，从-40℃到+70℃均保持了良好的温度稳定性。 5、均衡原理 均衡采用了我公司的发明专利技术，专利申请号（03156376.7）。采用该种均衡方案，均衡电流为5～6A，对于200Ah电池，可在1个小时内补偿其2.5％的不均衡度，一般的蓄电池不均衡度不会超过10％，因此系统可在4个小时内将电压均衡。 详细的技术细节请参见专利公开书。 6、监控软件 ①与检测均衡单元通讯程序，采用标准RS-485方式通讯，具有可靠性高的优点； ②诊断系统，利用专家系统，采用仿人的智能判断方法； ③系统整个流程如下图所示； ④系统具有远程通讯功能，可以和机务段其他设备联网运行。

本项目研究开发内容是开发适用于面向大功率电池组的电动汽车动力电池管理系统，使得研究成果能够尽快使用电动汽车动力系统中，并借助汽车行业的快速发展使大功率动力电池组的研究取得技术进步。 大功率电池组的电动汽车动力电池管理系统的要求是：（1）首先满足大功率充放电的要求，电动机额定功率为200kW，瞬时最大功率更是达到400kW，电池在工作中最大充放电电流达到600A，持续电流为300A左右；（2）足够的抗干扰能力，电动机驱动使用变频装置，

成果创新点 该系统主要创新点是将电池热管理系统与安全防护系 统一体化，具有散热快、安全高效的优点。 技术成熟度 关键技术研发阶段。 市场前景 新型电池热管理及安全防护系统技术领先，应用前景 较好。核心技术一旦突破、可望大规模地推广应用。 转化计划 计划三年内完成实验室建设，设备安装调试、制备填 补行业空白的样品，两年实现行业领域的应用与推广。以 科

该系统主要创新点是将电池热管理系统与安全防护系统一体化，具有散热快、安全高效的优点。 

本项目针对大容量电池储能系统的灵活供电问题，设计了集装箱式的电池储能系统。在高档别墅、机场、工厂、社区等孤岛环境下，该移动储能系统能有效提高电能质量和稳定性。 本课题成功开发了100Kw移动电池储能系统，针对电池与用电负荷之间的交直流转换，移动电池储能系统PCS采用了先进的T型三电平拓扑，该拓扑具输出电压谐波含量小、导通损耗小等特点，配合空间矢量调制还能够提高直流电压利用率。为应对直流侧550-700V的电池电压， 高达100KW功率的高压大功率使用场合，拓扑采用的IGBT耐压能力强，功率密度高，大大缩小了PCS的体积。整个移动电池储能系统的电池、PCS以及散热装置集成在集装箱内，使用灵活，在具备电网接入的条件下可对电池进行充电， 其他情况下电池放电进行能量供应。 该项目曾获安徽省科技计划项目资助，项目具有重大的科研价值，项目成功实现产品转化，解决了孤岛条件下的稳定供电问题。