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    2020年, 第9卷, 第3期 刊出日期:2020-05-05 上一期    下一期
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    本期中英文目录
    2020 (3):  0-0. 
    摘要 ( 102 )   PDF(1010KB) ( 82 )  
    相关文章 | 计量指标
    未来科学城储能技术专刊
    锂离子电池全生命周期内评估参数及评估方法综述
    卢婷, 杨文强
    2020 (3):  657-669.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0263
    摘要 ( 724 )   HTML ( 70 )   PDF(2754KB) ( 1048 )  

    自锂离子电池得到广泛应用以来,为实现锂离子电池性能的充分应用,从不同角度对其性能展开研究。准确描述电池内部工作原理,评估电池当前工作状态和性能,以及预测电池未来工作能力,是提高储能系统安全性、可靠性和可用性的重要基础。对锂离子电池的研究工作从内部原理出发,归纳整理锂离子电池的建模方法,对不同建模方法的优缺点进行分析对比;汇总整理可以表征电池当前工作状态、性能和未来工作能力的特性参数:荷电状态SOC、健康状态SOH以及剩余寿命RUL,并汇总分析预测该参数的计算思路及相关数学方法,通过分类归纳不同的解决思路和数学方法,分析其优缺点。通过上述工作,总结当前锂离子电池全生命周期内研究评估的工程实用性方法,并指出未来的研究方向和热点。

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    电池储能技术研究进展及展望
    缪平, 姚祯, 刘庆华, 王保国
    2020 (3):  670-678.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0059
    摘要 ( 832 )   HTML ( 116 )   PDF(2914KB) ( 1283 )  

    本文提出评价储能技术的4个主要指标,分别为安全性、成本、技术性能和环境友好性,并阐述四项指标的内涵。以此作标准进行储能技术分析,对近期国内外电池储能技术进展进行回顾,重点围绕锂离子电池、液流电池、钠硫电池和铅蓄电池4种类型技术路线,对其制约因素、研究与应用进展等方面进行系统梳理,并提出了不同技术路线近期面临的主要挑战与远期发展的前景。总体来说,现有的电池储能技术各有优势,但同时满足4个指标尚有差距,为实现“高安全性、低成本、长寿命、环境友好”的总体目标仍需大量研究工作。从新能源市场对储能技术的迫切需求角度考虑,在一定时期内,多种技术路线并存会成为当前储能市场发展的基本形态。

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    燃料电池车载储氢瓶结构对加氢温升的影响
    许壮, 杨康, 董文平, 何广利
    2020 (3):  679-683.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0042
    摘要 ( 278 )   HTML ( 24 )   PDF(1371KB) ( 500 )  

    通过零维氢气物性和一维壁面散热相结合的方法,建立了燃料电池车载储氢瓶加注仿真模型,验证了加氢温升仿真的准确性。运用加注仿真模型,研究了储氢瓶壁面结构对加氢温升的影响规律。仿真结果表明,对于铝合金为内衬材料的III型储氢瓶,加氢过程中,瓶内氢气产生的热量绝大部分被壁面材料导热吸收,仅有约2%的热量通过储氢瓶壁面散出至环境。由于内衬层铝合金材料比缠绕层碳纤维复合树脂材料具有更高的导热系数,内衬层的径向温度梯度几乎不存在,相比之下,缠绕层的径向温度梯度较大,导致内衬层导热对氢气散热的贡献更大。内衬层越薄,氢气总散热量越小,加氢温升越显著;当内衬层厚度由7 mm减薄至3 mm时,加氢温升增加约10 ℃。与内衬层相比,缠绕层厚度对加氢温升影响较小;当缠绕层厚度由12 mm减薄至8 mm时,加氢温升增加约1.8 ℃。因此,III型瓶加氢时,可以根据其壁面结构,尤其是内衬层厚度,定制化加氢速率,从而实现不超温条件下的快速加氢。

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    燃料电池系统氢气利用率的试验研究
    翟俊香, 何广利, 熊亚林
    2020 (3):  684-687.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0043
    摘要 ( 345 )   HTML ( 13 )   PDF(1709KB) ( 270 )  

    为了提高燃料电池系统全工况下的氢气利用率,以空冷型开放式燃料电池系统为实验对象进行了研究。实验结果显示:燃料电池系统运行时,如果阳极出口闭死,电流越高,电压衰减越快。因此,阳极出口须定时排气,以保证燃料电池系统稳定运行。改变阳极进气气压,进气气压越高,系统氢气利用率越低。为了提高氢气利用率,同时保证燃料电池系统稳定运行,低电流放电时,排氢间隔可以适当延长,高电流放电时候,排氢间隔须缩短。全工况下采用统一的排氢间隔(10 s),燃料电池系统放电电流依次为2 A、5 A及8 A的氢气利用率分别为0.6421、0.9280及0.9746;优化排氢模式,采用变化的排氢间隔,低电流2 A时排氢间隔延长到30 s,5 A时排氢间隔延长到20 s,高电流时的排氢间隔不变,全工况下系统氢气利用率均超过了0.95。在实验研究的时间段内(约1 h),两种排氢模式的实际耗氢量分别为0.1241 g、0.1317 g,优化排氢模式后的实际耗氢量节约了约5.77 %。

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    可再生能源电解制氢成本分析
    郭秀盈, 李先明, 许壮, 何广利, 缪平
    2020 (3):  688-695.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0004
    摘要 ( 945 )   HTML ( 57 )   PDF(3084KB) ( 1175 )  

    本文对可再生能源电解制氢成本进行了系统分析,对比了碱性与质子交换膜(PEM)电解制氢的平准化成本(LCOH),并考察了规模效应、氢气压力、压缩与液化及输入功率波动性对碱性与PEM电解制氢成本的影响。结果表明:规模增加可降低制氢成本,所考察的电解系统在规模由1 MW提高至40 MW后,装置的固定成本降幅40%以上,由于电费是主要成本,平准化成本(LCOH)降幅小于25%。在固定成本投入无明显增加的情况下高压电解制氢可明显降低制氢成本,随着电解氢气压力由1 atm(1 atm=101.325 kPa)提高至30 atm,进一步压缩至700 atm的成本由1 $/kg降至0.3 $/kg;液化成本受规模影响显著,1 MW电解制氢增至40 MW时制氢并液化的平准化成本(LCOH)从8.7 $/kg降至5.3 $/kg;由于PEM对可再生能源波动具有良好的适应性,在波动性功率输入时,随着低功率(<20%额定功率)波动性的增加,PEM的LCOH成本可以优于碱性电解。随着碱性与PEM电解技术的进步,二者优劣仍需针对具体情况进行分析讨论。

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    基于国产三型瓶的氢气加注技术开发
    何广利, 杨康, 董文平, 许壮
    2020 (3):  696-701.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0055
    摘要 ( 327 )   HTML ( 11 )   PDF(3336KB) ( 332 )  

    氢气在加注过程中,因为焦耳-汤姆森效应会使氢气发热,而过高的温度会影响车载储氢瓶的安全性能。目前,国外普遍应用的氢气加注技术基于四型瓶研发,而中国基本是使用国产三型储氢瓶,因此,非常有必要开发国产三型瓶氢气快速加注技术。本工作基于氢气加注过程的物理和数学模型以及实验结果,首先研究了基于国产三型瓶的车载储氢参数、加注参数、环境参数等对加注速度、加注截止温度和压力的影响,进而开发了氢气加注过程中的温度预测工具,并进行了实验验证,基于此开发了基于国产三型瓶的氢气加注过程温度预测方法。然后,采用温度预测工具对比了三型瓶和四型瓶对加注速度的影响以及加氢站能耗的影响,结果表明,在保证加注率情况下,采用三型瓶可以明显降低加氢站的能耗,对国内加氢站开发具有重要意义。

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    35 MPa/70 MPa加氢机加注性能综合评价研究
    赵月晶, 何广利, 缪平, 许壮, 杨康, 田中辉, 董文平, 熊亚林
    2020 (3):  702-706.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0049
    摘要 ( 298 )   HTML ( 5 )   PDF(1062KB) ( 331 )  

    通过分析35 MPa/70 MPa加氢机工作模式和比较加注性能的优劣,结合氢燃料电池车用户体验和车载储氢瓶的限制条件,提出了35 MPa/70 MPa加氢机加注性能的综合评价指标,定义了加氢机加注性能指数。继而分别开展了35 MPa、70 MPa加氢机对乘用车和物流车的加注试验,并用此指标衡量了两加氢机的加注性能,比较了35 MPa、70 MPa加氢机的加注性能。该指标直观可靠,简单易算,且能反映加氢机的综合加注性能。成果可应用于35 MPa/70 MPa 加氢机的实际工作性能评价,为35 MPa/70 MPa加氢机长周期安全可靠运行提供评价依据。

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    碳布电极材料对全钒液流电池性能的影响
    杨虹, 缪平, 刘庆华
    2020 (3):  707-713.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0058
    摘要 ( 393 )   HTML ( 23 )   PDF(3635KB) ( 267 )  

    碳布电极材料具有价格低廉、孔结构丰富等优点,能够有效促进反应传质过程,在提升电池性能方面具有重要作用,但是对其结构及性能缺少系统性的研究。本工作将多孔碳布用作全钒液流电池电极材料,采用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、拉曼及压汞仪等表征手段研究了不同电极表面结构和形貌的区别,通过极化曲线和单电池充放电测试手段对其电化学性能进行考察。结果表明,电极碳纤维表面较高的无序化程度,丰富的缺陷位、较高的羰基官能团含量以及孔隙率可以有效增大电极和电解液的有效接触面积,为氧化还原反应提供更多的活性位,促进氧原子从H2O转移到VO2+以及钒离子间的氧化还原反应,从而显著提升全钒液流电池性能。单电池测试结果表明,电池具有较高的功率密度和循环稳定性,在100 mA/cm2电流密度下,其功率密度可提升至686.2 mW/cm2,电池电流效率、电压效率以及能量效率分别可达97.5%、84.6%以及82.4%,且在100~300 mA/cm2放电条件下,表现出良好的充放电性能。

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    全钒液流电池碳纤维纸电极的表面改性
    王秋实, 孙苗苗, 刘庆华, 杨虹, 陈静允, 刘均庆, 梁文斌
    2020 (3):  714-719.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0019
    摘要 ( 219 )   HTML ( 11 )   PDF(2854KB) ( 175 )  

    采用浸渍和碳化的方法将液流电池碳纤维纸电极与多壁碳纳米管(MWCNT)复合,制备了复合电极材料。通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、单电池测试、扫描电子显微技术(SEM)、电子能谱分析技术(XPS)、比表面积分析技术(BET)等手段对复合电极进行了测试和电化学性能表征分析。结果表明,同未改性电极相比复合电极中碳纤维和MWCNT之间的结合力强,电极亲水性从疏水变成亲水;电阻率从12.5 Ω·cm2 下降到0.74 Ω·cm2;比表面积从2 m2/g增加到99 m2/g。改性后的复合电极电化学反应活性高、循环性能好、电子迁移速度快,多壁碳纳米管在电极表面形成了纳米网络结构增大了电解液中活性物质与电极的反应面积,同时也降低了电池的内阻,增加了传质速度。对组装的单电池在电流密度为100~400 mA/cm2进行充放电测试,发现能量效率在200 mA/cm2的充放电电流下保持在80%以上,功率密度可以达603.32 mW/cm2。本研究有助于推动多壁碳纳米管改性电极的大规模商业化应用,为进一步降低生产升本提供实验数据支持。

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    潮汐式地热能储能供热调峰系统效益分析
    郑新, 孙雨潇, 张迪, 周杲昕, 李晶, 王绪伟, 张小铮, 张金龙
    2020 (3):  720-724.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0285
    摘要 ( 162 )   HTML ( 8 )   PDF(1320KB) ( 159 )  

    地热能源具有绿色低碳的能源属性,有着较好的市场前景。潮汐式地热能技术是将地热技术与储热技术结合起来,具有提升单井回灌量、扩大单井供热能力、降低运行成本等技术优势。本工作以河北省某地办公楼为基础,针对地热单井开采量降低、“以灌定采”限制开采量而导致的地热单井供热能力下降的供热需求,提出了地热+天然气调峰、潮汐式地热能两种地热能利用系统方案。通过编写数学模型、优化算法等数据处理方法,基于净现值经济评价指标,最终确定了合理的潮汐式地热调峰系统方案。较地热+天然气调峰方案,潮汐式方案初投资降低42%、运行成本降低55%、净现值为14392.10元,经济效益明显,具有较好的推广前景。

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    陆上风场液流电池储能经济性分析
    范永生, 赵璐璐, 刘庆华, 缪平
    2020 (3):  725-729.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0082
    摘要 ( 224 )   HTML ( 9 )   PDF(2150KB) ( 165 )  

    通过对西北地区某200 MW风场实际运行情况分析,根据液流电池储能技术特征,本工作研究了风场配置液流电池储能运行模式。建立了储能收益模型,评估并对比了风场配置不同规模的液流电池储能系统所获得的收益,获得了较优的储能配置规模。分析结果显示,在选定风场条件下,在小规模移峰和跟踪计划出力运行模式下,5 MW/10 MW·h的液流电池储能规模是最适合方案,能够实现跟踪计划出力、减少弃风和适度移峰的功能,最大化的发挥该配置条件下液流电池储能的作用,典型的投资回收期小于8年,收益可观。

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    钢铁行业中低温烟气余热相变储热装置特性分析
    孙守斌, 姚华, 刘常鹏, 黄云, 马光宇, 张天赋, 王向锋
    2020 (3):  730-734.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0051
    摘要 ( 215 )   HTML ( 11 )   PDF(3358KB) ( 164 )  

    现阶段中国钢铁行业中低温余热资源总量丰富,但各类余热能级跨度大、温度分布范围宽,并且余热资源存在间歇性与不稳定性,现有技术已无法满足要求。相变储热以其储热密度高、储释热过程温度恒定等优势成为研究热点。该文介绍了利用NaNO3/SiO2为相变储热材料,设计制造相变储热实验装置,并对该装置的特性进行分析。实验结果显示,在测试条件下,该套装置储热时最大储热效率为68.3%,放热时最大放热效率约为60%。

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    基于价值流分析的微网储能系统建模与控制方法
    李晓恩, 卢婷, 赵璐璐, 周友
    2020 (3):  735-742.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0048
    摘要 ( 238 )   HTML ( 11 )   PDF(1990KB) ( 316 )  

    含可再生能源发电的微网系统中源、网、荷、储的优化控制对微网系统的运行经济性具有重要意义。为提升微网系统运行经济性,利用流程模拟软件Modelica开发了基于价值流分析的微网模型库EnergySystem。针对储能系统双向流动特点,在传统流变量、势变量基础上对单价变量的计算做了特别处理。通过园区微网系统储能系统充放电策略分析案例,验证了EnergySystem模型库对微网系统优化控制的指导作用。结果表明,合理的储能系统控制策略需要充分考虑分时电价、负荷需求、光伏发电特性、储能系统参数等众多边界条件。相较于储能供应商给出的策略,基于价值流分析的充放电策略可提升峰谷套利约1.8倍,减少弃光量约50%。

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    水溶性沥青基多孔炭的电性能
    张金亮, 康丹苗, 刘均庆, 苏志江, 梁文斌
    2020 (3):  743-750.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0053
    摘要 ( 203 )   HTML ( 8 )   PDF(2994KB) ( 174 )  

    以水溶性沥青为碳源, Na2CO3为活化剂,利用水溶性沥青在碱性Na2CO3溶液中溶解度大的特点,通过一步溶解混合,结合后续碳化等工艺制得多孔炭材料。液相混合使碳前驱体和活化剂接触更充分,且所用活化剂较常用NaOH和KOH等强碱对设备腐蚀性小。借助各种测试手段对材料的物理性能及作为超级电容器电极材料的电性能进行了表征,并对材料结构和电性能之间的关系进行了分析。分析测试表明,所得样品为无定形三维层次多孔炭材料,BET比表面积可达1912 m2/g,得益于较高的比表面积和良好的孔结构,所得材料具有优异的电性能:最高比电容可达232 F/g(0.05 A/g),在2 A/g电流密度下循环5000次电容保持率为97.5%,具有良好的循环稳定性。同时,该方法工艺简单,原料经济易得,作为超级电容器电极材料具有较好的应用价值。

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    -铬液流电池250 kW/1.5 MW·h示范电站建设案例分析
    杨林, 王含, 李晓蒙, 赵钊, 左元杰, 刘雨佳, 刘赟
    2020 (3):  751-756.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0046
    摘要 ( 668 )   HTML ( 27 )   PDF(1161KB) ( 451 )  

    本文简述了储能发展的行业背景,随着中国能源结构的转型和调整,储能在能源发展中占据着越来越重要的地位。重点介绍了国家电投集团科学技术研究院有限公司正在发展的铁-铬液流电池技术。指出,由于铁-铬液流电池具有效率高、循环寿命长、使用温度范围大、功率模块化、容量可定制化、安全性高、环境友好、成本低等优点,是目前极具发展前景的大规模储能技术。作为工程案例,介绍了国家电投集团科学技术研究院有限公司正在建设的250 kW/1.5 MW·h铁-铬液流电池储能示范电站的技术参数以及进展情况。最后总结指出,铁-铬液流电池技术的大规模商业应用和推广,将为储能领域带来一种新的技术创新和突破,有力促进储能技术的应用和发展。

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    学术争鸣
    钠离子电池机遇与挑战
    曹余良
    2020 (3):  757-761.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0026
    摘要 ( 1089 )   HTML ( 103 )   PDF(983KB) ( 1243 )  

    近些年,储能用钠离子电池的研究热度逐渐上升,也激发了一些产业化方向,然而从理论、材料和应用角度上考虑,储能钠离子电池是否可以与现有的锂离子电池体系竞争,其优势又有哪些?针对这个问题,本文主要基于现有研究的储钠电极材料,对照当前锂离子电池的发展状况,从应用角度分析钠离子电池的优势,以及建议一些可行的材料研究方向和可实用的钠离子电池体系,希望对钠离子电池的研究及应用有借鉴作用。

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    热点点评
    锂电池百篇论文点评(2020.02.01—2020.03.31)
    金周, 张华, 田孟羽, 季洪祥, 田丰, 起文斌, 武怿达, 詹元杰, 闫勇, 俞海龙, 贲留斌, 刘燕燕, 黄学杰
    2020 (3):  762-775.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0151
    摘要 ( 845 )   HTML ( 44 )   PDF(727KB) ( 1335 )  

    本文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2020年2月1日至2020年3月31日上线的锂电池研究论文,共有3295篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了层状氧化物,主要是高镍三元的衰减机理和如何通过表界面修饰加以改善,富锂和高电压钴酸锂也有一部分。负极材料研究侧重于金属锂负极和硅负极,其中金属锂负极可通过制备界面膜,电解液添加剂或改进集流体促进锂离子均匀沉积,减少枝晶形成;硅基负极则聚焦于制备复合材料来抑制体积膨胀和提高电子电导,进而提升库仑效率和循环稳定性。固态电解质研究主要涵盖了高电导硫化物和有机聚合物电解质,液态电解质则重点研究功能添加剂对界面层的作用。固态、锂硫、锂空等电池技术还处在早期阶段,研究人员致力于寻找合适的电极设计和制备方法,保持电极的电子、离子传输性能及反应可逆性。在测量和表征技术上,多种原位技术可以获取电极内部的形貌、锂元素分布,电位分布等信息在充放电过程中的动态变化,从而为机理研究和性能提升提供依据。理论模拟工作侧重于界面SEI形成机理分析,此外还有一些介观和宏观尺度的理论模型被提出,来理解实际使用中的动力学问题。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能材料与器件
    凝胶聚合物电解质在固态超级电容器中的研究进展
    屈晨滢, 侯朝霞, 王晓慧, 王健, 王凯, 李思瑶
    2020 (3):  776-783.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0284
    摘要 ( 439 )   HTML ( 30 )   PDF(2169KB) ( 534 )  

    固态超级电容器作为超级电容器的一种结构分支,因其具有安全、环境友好等优点而成为研究热点。固态超级电容器(SSCs)要求电解质具有低电子电导率、室温下高离子电导率和良好的力学性能等特点。凝胶聚合物电解质(GPE)是固态聚合物电解质中离子电导率较高的一种,既无电解质泄漏的风险,也不具有水系电解质的毒性或有机系电解质的易燃性。GPE根据溶剂类型分为水凝胶聚合物电解质、有机凝胶聚合物电解质、离子液凝胶电解质,凝胶聚合物电解质主要由聚合物基体、添加剂、导电盐组成。GPE既是离子导电的介质,又起到隔膜的作用。本文综述了GPE在SSCs中的最新研究进展,并指出GPE未来研究发展趋势。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    无纺布隔膜用于锂离子电池的研究进展
    陈莉, 王艳杰, 谭菁
    2020 (3):  784-790.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0227
    摘要 ( 759 )   HTML ( 39 )   PDF(1976KB) ( 797 )  

    锂离子电池由于比能量高、使用寿命长等优点而被广泛应用于移动电子设备、电动汽车、储能等领域。作为锂离子电池关键部件之一的隔膜,对锂离子电池在高温下维持可持续性使用有着至关重要的影响。随着新能源汽车对动力锂离子电池材料能量密度和安全性提出更高要求,锂离子电池隔膜的耐热性能、力学性能和电解液浸润性等要求也随之加强。本文综述了近年来无纺布隔膜在锂离子电池应用方面的研究进展,具体介绍了湿法无纺布隔膜、静电纺丝无纺布隔膜和无纺布复合隔膜的研究现状,最后总结指出锂离子电池无纺布隔膜如若要实现大规模工业化生产应用,还需要解决在隔膜的厚度、孔径及成本等方面的技术瓶颈,从而在高比能量锂电池体系发展的进程中,进一步凸显无纺布隔膜的优势。

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    水合盐热化学储热材料的研究进展
    郝茂森, 刘洪芝, 王婉桐, 吕静
    2020 (3):  791-796.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0223
    摘要 ( 322 )   HTML ( 11 )   PDF(1158KB) ( 264 )  

    水合盐热化学储热材料可以长周期、高效储存太阳热能、工业余热、废热等中低温热能,是中低温储热领域的研究热点。水合盐热化学储热材料主要通过水合盐与水蒸气之间可逆的脱水/水合反应来进行储/放热。本文首先给出了水合盐热化学储热材料的种类和性质,重点介绍了纯水合盐、水合盐复合储热材料及二元水合盐的研究进展。其中,纯水合盐理论储热密度大,但因其易潮解、腐蚀性强、循环稳定性差等缺点限制了其实际应用。通过将纯水合盐填充入不同的多孔材料制成水合盐复合储热材料可以优化纯水合盐的储热性能。近期的研究表明将两种水合盐混合制备的二元水合盐可以进一步提升纯水合盐的水合速率和循环稳定性。进而,将二元水合盐填充入多孔介质制成二元水合盐复合储热材料,该材料表现出了较高的储热密度和循环稳定性。可以看出,主要可从水合盐复合材料的传热传质强化和二元水合盐成分优化两方面来优化制备水合盐热化学储热材料。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于超级电容器的MnO2 二元复合材料研究进展
    侯朝霞, 王晓慧, 屈晨滢, 王健
    2020 (3):  797-806.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0251
    摘要 ( 269 )   HTML ( 22 )   PDF(2920KB) ( 277 )  

    MnO2作为典型的超级电容器赝电容材料具有成本低、比电容高等优点,但其导电性能差、工作过程中结构不稳定等缺点严重影响其电化学性能。目前,将MnO2与其它材料复合制备二元复合材料是改善其电化学性能的有效手段之一。本文综述了基于超级电容器的MnO2与双电层、MnO2与赝电容二元复合材料国内外的研究进展,对比分析了MnO2二元复合材料的电化学性能。综合分析表明,MnO2与赝电容电极材料复合能够通过协同作用,进一步提高复合材料电化学性能;“核-壳”异质结构可以起到缓冲与支撑作用,增加复合材料的结构稳定性。因此,构建“核-壳”结构的MnO2与赝电容复合电极材料会成为今后的研究热点。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    AgF预处理稳定化锂负极及其在锂氧气电池中的应用
    卢天骄, 黄志梅, 谢美兰, 沈越
    2020 (3):  807-812.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0208
    摘要 ( 470 )   HTML ( 22 )   PDF(2794KB) ( 354 )  

    目前,金属锂负极的稳定性是限制锂氧气电池发展的一大难题。由此,构筑人工固态电解质(SEI)膜保护金属锂因具有效果明显、可自修复、易于实现等优点而受到广泛关注。本工作利用AgF在二甲亚砜溶剂中可溶解,且可以被金属锂还原为不溶物表面膜的特性,通过AgF溶液对金属锂进行预处理,可在锂负极表面原位生成一层基于LiF/Ag的人工SEI膜。该SEI膜能够有效抑制锂枝晶的生长,提高锂负极的循环稳定性,将锂氧气电池的循环寿命延长4倍。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高镍三元锂离子电池循环衰减分析及改善
    张欣, 孔令丽, 高腾跃, 李海涛, 姚晓辉, 李福轩
    2020 (3):  813-817.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0239
    摘要 ( 479 )   HTML ( 29 )   PDF(1127KB) ( 730 )  

    本文针对NCM811/石墨体系电池高温循环衰减快的问题,通过XRD、SEM、ICP等手段系统分析了循环前后电池材料的结构和形貌变化。结果表明,高温循环后正极材料Li/Ni离子混排度增加,层状结构受到破坏,二次颗粒内部开裂、粉化,导致电解液消耗、内阻增加,是导致电池循环性能衰减的主要因素。通过对正极材料进行掺杂改性,高温循环性能得到显著提升,45 ℃循环1000次,容量保持率87%。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    水热-炭化法制备菱角壳基硬炭及其储锂性能
    王超, 肖祥, 钟国彬, 王佩, 刘力铭, 赵亚彬, 时志强
    2020 (3):  818-825.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0254
    摘要 ( 325 )   HTML ( 14 )   PDF(4465KB) ( 272 )  

    生物质硬炭材料由于具有大层间距、可控的孔隙和缺陷结构,非常适合应用于动力锂离子电池(LIB)的负极材料。本文以生物质菱角壳为前驱体,通过水热除杂和高温炭化法制备出高纯度的菱角壳基硬炭负极材料(HT-x)。该方法更加安全环保,而且节省材料的制备时间。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)等表征其形貌、微晶结构及微结构,并采用恒电流充放电、循环伏安技术研究了其电化学储锂性能。结果表明:水热除杂具有较好的效果,同时碳化温度对材料的微观结构和储锂性能影响较大。样品HT-1100具有大的层间距(d002=0.39 nm)和适中的比表面积(76.82 m2/g),在0.1 C(1 C=250 mA/g)电流密度下,可逆放电比容量最高可达405.6 mA·h/g,首次库仑效率为57.32 %;并具有良好的倍率性能,在4C电流密度下比容量仍可以达到167.6 mA·h/g;在0.4 C电流密度下循环300圈后容量保持在382.5 mA·h/g,显示出非常优异的循环性能。菱角壳基生物质硬炭材料用于锂离子电池负极材料研究,为实现菱角壳生物质变“废”为宝,最终实现绿色和高效资源化利用提供了实验支持。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高首效长寿命硅碳复合材料的制备及其电化学性能
    张刚, 刘兴稳, 张帆, 陈至炜
    2020 (3):  826-830.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0086
    摘要 ( 398 )   HTML ( 13 )   PDF(2893KB) ( 447 )  

    本工作以氧化亚硅(SiO)、沥青、硝酸铝和氢化锂为主要原料,通过层-层包覆和一系列化学反应,制备了SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2的三明治结构的硅碳复合材料。采用SEM、TEM、XRD和激光粒度分析仪等对制备样品进行了微观形貌表征和物相结构分析,采用CR2032扣电评估不同材料的可逆比容量、首效和循环性能,结果表明,相比于普通SiO@C,改性后的SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料在首效和循环性能上提升明显,呈现出优异的电化学性能。本工作制备方法操作简单、成本低,适合工业化生产。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于三维分层结构的锂离子电池电化学-热耦合仿真及极耳优化
    陈才星, 牛慧昌, 陆瑞强, 李钊, 李磊, 黄鑫炎
    2020 (3):  831-839.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0245
    摘要 ( 285 )   HTML ( 8 )   PDF(3826KB) ( 328 )  

    本文研究采用基于三维分层结构的锂离子电池电化学-热耦合模型,分析方形电池最小单元的温度场及电流场特性,并优化极耳尺寸。恒流放电工况实验及仿真结果对比显示,模型在0.5 C、1 C及2 C倍率放电时的温度及电压曲线均与实验吻合良好,说明该模型可用于分析电池的电化学特性及热特性。研究发现随着放电倍率的增大,放电终止时刻电池最大温升以凸型曲线的趋势升高,2 C倍率放电时高达33.83 ℃;自身最大温差以凹型曲线的趋势增大,2 C倍率放电时为1.6645 ℃;垂直于隔膜方向的平均电流密度及电流密度分布的最大差值呈线性增长,2 C倍率放电终止时分别为43.62 A/m2及2 A/m2。进一步研究发现电池最大温升及最大温差与负极耳和正极耳的电阻比Sc显著相关,最优的Sc值被认为在0.875附近。当Sc<0.875时,电池最大温升及最大温差分别以1.52 ℃/Sc及5.2 ℃/Sc的速率快速下降;当Sc>0.875时,电池最大温升以0.2021 ℃/Sc的缓慢速率下降,最大温差以0.1934 ℃/Sc的速率缓慢上升。另外垂直于隔膜方向的平均离子电流密度及电流密度差值受Sc值的影响较小。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    弯曲角度对扁平热管传热性能的影响
    李新禹, 李朋, 韩忠贤, 刘涛, 王雷, 陈林
    2020 (3):  840-847.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0228
    摘要 ( 299 )   HTML ( 4 )   PDF(2583KB) ( 164 )  

    利用烧结扁平热管进行试验研究,热管壳体由无氧铜制成,水与乙醇的混合物作为热管工质,热管吸液芯为烧结铜球。该烧结扁平热管的厚度为3.2 mm,宽度为8 mm,长度为400 mm,弯曲半径为20 mm,弯曲角度为30°、50°、70°、90°。试验让热管在50 ℃、60 ℃、70 ℃及80 ℃的热源下,通过加热定量冷水测试其传热性能。初步试验发现当改变热管的弯曲角度,热管各部分温度相差不大,即使弯曲角度为90°时,热管仍表现出良好的等温性。试验进一步研究发现当热管所处的热源温度越高,热管的弯曲角度越小时,热管的热阻越小。热管在热阻方面的性能主要取决于弯曲角度,当随着弯曲角度的增大,热管热阻增大,热管的传热效率降低,热管弯曲角度从30°增加到90°,热阻增加超过60%,原因是热管压扁使吸液芯和工质流道变形,弯曲使吸液芯和工质流道变形加剧,进一步阻碍流体流动从而影响热管的传热性能。结果显示:利用弯曲扁平热管进行显热储能,热源的温度越高,热管弯曲角度越小,显热储能的时间越短,显热储能的速率就越高。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    熔盐法再生修复退役三元动力电池正极材料
    楼平, 徐国华, 岳灵平, 李首顶, 程琦, 曹元成, 邓鹤鸣
    2020 (3):  848-855.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0258
    摘要 ( 407 )   HTML ( 15 )   PDF(3904KB) ( 368 )  

    本文主要针对普遍使用的废弃锂离子电池正极材料NCM523进行绿色回收,工艺极富创新性,且简单可行,直接对废弃三元正极材料进行NCM523再生修复。在空气气氛中,采用低共熔混合物LiNO3-LiOH为锂盐进行补锂修复再生,从而把废弃失效的NCM523重新修复成初始比容量的材料。X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)、扫描电子显微镜(SEM)结果表明通过熔融的锂盐为失效正极材料补锂,并加以短暂煅烧过程可以将失效的正极材料组分和晶体结构都恢复至原始状态,电化学结果显示,在0.1 C的充放电电流密度和2.8~4. 25 V的电压范围内,300 ℃/3 h-850 ℃/4 h修复再生后的LiNi0. 5Co0. 2Mn0.3O2首次放电比容量为161. 2 mA·h/g(0.1 C),充放电库仑效率为87. 8%。1 C条件下循环100次后,放电比容量为132. 6 mA·h/g,相比于未处理的废弃三元正极材料,倍率性能和循环性能得到大幅度提高,与商业NCM523材料相差无几。本研究有助于推动废旧三元正极材料回收产业化推广,也为回收再生其它的锂电池正极材料,例如锰酸锂、磷酸铁锂等材料的绿色回收提供了独特的思路,此方法在锂电池回收领域有良好的应用前景。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    泡沫铅板栅的比表面积对铅酸电池性能的影响
    沈浩宇, 陈理, 王冰冰, 王鹏伟, 周志学
    2020 (3):  856-860.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0141
    摘要 ( 144 )   HTML ( 3 )   PDF(1911KB) ( 172 )  

    本工作以聚氨酯泡沫为原材料,经玻璃炭化后制成的泡沫铅板栅具有比普通板栅高几十倍的比表面积。通过对聚氨酯泡沫基材孔数和正极泡沫板栅镀铅量的对比实验,优化筛选出聚氨酯泡沫基材孔数为15 PPI,正极板栅镀铅量为20 g的工艺方案。优选方案制成的泡沫铅正板栅比表面积为19.1 cm2/cm3,镀层厚度为39.1 μm;相对的泡沫负板栅比表面积为33.1 cm2/cm3,镀层厚度为13.3 μm。泡沫板栅具有提升活性物质利用率,提高铅酸电池比能量的特性,且制成的电动助力车电池大电流放电性能和循环寿命都能满足国家标准的要求。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能系统与工程
    清洁供暖储热技术现状与趋势
    凌浩恕, 何京东, 徐玉杰, 王亮, 陈海生
    2020 (3):  861-868.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0246
    摘要 ( 330 )   HTML ( 20 )   PDF(2217KB) ( 497 )  

    推进北方地区建筑冬季清洁供暖,是重大的民生工程、民心工程。目前清洁供暖技术种类繁多,各具特点,其中集成储热技术的清洁供暖技术是研究热点。为了全面分析清洁供暖储热技术发展现状和趋势,本文分析并总结了清洁供暖技术、储热技术的性能特点和发展现状,并结合二者的性能,分析了典型清洁供暖储热技术发展现状和趋势。结果表明,清洁供暖技术分为清洁燃煤集中供暖技术、天然气供暖技术、电供暖技术和可再生能源等其他清洁供暖技术。其中,利用储热技术的电供暖技术由于可以配合电网调峰,解决可再生能源电力波动性,受到了广泛的关注。储热技术分为显热储热技术、潜热储热技术和热化学储热技术。显热储热技术具有储热规模大、寿命长、成本低、技术成熟度高等优点,是研究最早、利用最广泛、最成熟的技术;潜热储热技术具有储热密度高、放热过程温度近乎恒定的优点,是目前主要研究和应用热点;热化学储热技术具有更大的能量储存密度可实现长期储存热能等优点,但处于实验室验证阶段。清洁供暖储热技术有逐步聚焦的趋势,主流技术包括水储热技术、高温固体电储热技术、相变电储热技术等。本研究可为我国北方清洁供暖技术设计和应用提供参考和依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    飞轮储能在电力系统的工程应用
    涂伟超, 李文艳, 张强, 王佳傲
    2020 (3):  869-877.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0255
    摘要 ( 494 )   HTML ( 35 )   PDF(2391KB) ( 589 )  

    2018年底的统计数据表明,新能源发电装机首超水电,跃居我国第二大发电形式,但新能源本身固有的随机性和波动性对电网的稳定带来了挑战,并且新能源机组对电网调峰、调频的贡献可以忽略不计。建设一定规模以飞轮储能为代表的电网级灵活调节资源是应对这一挑战的途径之一,飞轮储能的工程价值则通过调频辅助服务市场等典型应用场景得以体现。本文通过对近年来飞轮储能工程项目进展情况的跟踪,介绍了飞轮储能技术的主要子系统及各大公司和研究机构的技术路线,归纳出飞轮储能在电力系统的工程应用主要包括电网调频、新能源消纳和微电网支撑等,应用于新能源消纳时飞轮储能有平滑出力和无功补偿等多种工作模式,可以弥补新能源发电的不确定性。但与功率型电池储能技术相比,制约飞轮储能技术大规模应用的瓶颈在于初始投资成本过高,电网级飞轮储能技术的发展方向应为更高的性价比,这样才能获得应有的市场份额。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电动汽车混合储能系统自适应能量管理策略研究
    张骞, 武小兰, 白志峰, 程靖宜
    2020 (3):  878-884.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0232
    摘要 ( 233 )   HTML ( 8 )   PDF(3058KB) ( 258 )  

    为了增加电动汽车的续驶里程,提高混合储能系统的性能,本工作提出了一种混合储能系统自适应能量管理策略。首先,用模糊逻辑建立了驾驶员意图与驾驶员风格的识别模型,进而用该模型对低通滤波器的时间常数进行在线调整,用低通滤波器将电机需求功率分为平均功率和峰值功率。最后,在ADVISOR仿真平台上将所提出的自适应能量管理策略与传统的逻辑门限控制策略和模糊控制策略进行了对比,结果表明,自适应能量管理策略使得蓄电池放电电流峰值减小,能够使得电动汽车混合储能系统的功率分配更加合理,超级电容回收更多的制动能量,同时延长了续驶里程。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于液体介质的锂离子动力电池热管理系统实验分析
    郑海, 续彦芳, 刘汉涛, 陈凯, 桂文龙
    2020 (3):  885-891.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0225
    摘要 ( 256 )   HTML ( 5 )   PDF(3099KB) ( 258 )  

    基于液体介质的动力电池热管理系统由于其在冷却速度、降温效果等方面的优势,成为目前电池热管理的主流方式。为探究基于液体介质的动力电池热管理系统的传热效果。通过实验对比的方法,验证了底部液冷式锂离子电池热管理系统在不同环境温度下冷却液温度对电池组最高温度及最大温差的影响,并运用仿真软件对电池组内部整体温度分布情况进行了分析,指出了目前常见液冷热管理系统存在的不足,为动力电池热管理系统的设计提供了参考。结果表明:电池组底部布置液冷板能有效降低电池最高温度,且随着环境温度升高,散热效果更明显,但可能造成电池模块上下表面温差大的问题。在一定范围内,电池最高温度随着冷却液温度的降低而减小,之后继续降低冷却液温度会使电池表面的温度均匀性下降。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于储能效率分析的CAES地下储气库容积分析
    蒋中明, 郭菁, 唐栋
    2020 (3):  892-900.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0224
    摘要 ( 181 )   HTML ( 6 )   PDF(2642KB) ( 218 )  

    地下储气库容积大小是大规模压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)电站规划设计的基础性参数之一。为准确确定与电站装机容量相匹配的定容储气库容积,在地下储气库内压缩空气?的计算方法基础上,推导了地下储气库储能效率计算公式,并提出了基于储气库储能效率、膨胀装置效率和机组发电效率分析的储气库容积确定方法。利用算例验证了算法的正确性与合理性,在此基础之上,定量分析了影响储气库储能效率和容积大小的主要因素。研究结果表明:储能效率均随充放气循环次数的增加逐渐上升,上升趋势在后期趋于平缓。储气库泄漏量对储能效率影响较大,泄漏量越大,储能效率越低。总体上储气库运行压力差和密封层对流换热系数越大,储气库储能效率越高,但运行压力差达到一定数值后,提高运行压力差对储能效率的提高作用有限。储能效率越高、运行压力差越大,所需地下储气库的容积越小。在机组设备能力允许的情况下,应优选运行压力高、运行压力差大的设备运行方案,以减少储气库的建设费用。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于准PR控制的飞轮储能UPS系统
    吕静亮, 姜新建, 张信真, 盛爽
    2020 (3):  901-909.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0235
    摘要 ( 212 )   HTML ( 7 )   PDF(4897KB) ( 224 )  

    UPS系统在电网故障情况下为电能质量敏感设备和重要场所提供了必要的电力供应。飞轮储能方式与蓄电池储能相比,具有效率高、维护成本低和无污染等优势。UPS系统按拓扑可分为在线双变换式、在线交互式和后备式三种,后备式与两种在线式相比具有结构简单、成本低和效率高的优势,但是响应速度较慢。本工作提出了一种基于准PR控制方法的飞轮储能UPS系统及其控制策略,该系统采用可控硅作为转换开关,采用准比例谐振控制与矢量控制相结合的控制策略,使该UPS克服传统后备式UPS响应慢的缺点,具有较高的动态和稳态供电性能。给出了该UPS系统工作机制、准比例谐振控制方法以及网侧和机侧矢量控制策略,通过仿真和实验证明了该系统具有良好的动态响应能力和较高的供电质量。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于磁悬浮储能飞轮阵列的地铁直流电能循环利用系统及实验研究
    刘平, 李树胜, 李光军, 戴兴建
    2020 (3):  910-917.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0096
    摘要 ( 257 )   HTML ( 13 )   PDF(4161KB) ( 298 )  

    针对轨道交通再生制动能量问题,本文开展基于磁悬浮飞轮阵列储能型制动能回收节能系统研究。通过分析牵引供电系统结构,分别对列车进站的制动方式和能耗特性进行了分析,并给出了增加储能装置前后的耗能对比情况。在此基础上,设计一种基于飞轮储能阵列的直流电能循环利用系统,可实现车辆进站制动能量的快速吸收和出站时的功率补偿,通过对飞轮阵列关键指标进行论证,确定了飞轮并联方案和容量配置。最后,搭建了飞轮阵列储能实验系统,通过飞轮对拖充放电控制和性能测试验证了系统的有效性,为城市轨道交通再生制动能量的回收和节能奠定基础。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于天牛须搜索遗传算法的风光柴储互补发电系统容量优化配置研究
    李益民, 王关平, 马建立, 杨浩, 朱亮, 闫红强, 徐铮, 朱冬琴
    2020 (3):  918-926.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0247
    摘要 ( 176 )   HTML ( 3 )   PDF(2564KB) ( 172 )  

    依据设计员经验人为确定微电网建设中的容量配比不仅缺乏足够科学依据,易于造成投资浪费,而且还会对后续的经济调度、安全运行等产生负面影响。微电网建设最佳容量配比问题的本质是多目标寻优问题,各电源容量配比与既定指标之间存在复杂的非线性关系。为此,本文以某风光柴储互补发电系统设计为牵引,将容易找到全局最优解且寻优速度较快的天牛须搜索算法(bettle antennae search algorithm,BAS)引入到非线性规划性能较好的遗传算法(genetic algorithm,GA)中,在各电源出力模型和既定调度策略基础上,以兰州某点2018年逐时风速、逐时太阳光辐射强度、逐时环境温度为依据,以年供电可靠性最高作为首要目标、投资经济性最好为次要目标,获取最优容量配比方案。算例结果显示,BAS-GA能够给出最优容量配比且具有更快的收敛速度,每次都能得到相同结果,稳定可靠;其BAS-GA结果在负荷缺电率(loss of power supply probability,LPSP)为0.2%的情况下,比0时基本GA数据投资节约66%,也比2.3%时的基本GA结果效费比更高,其他基本GA的结果亦均无法与BAS-GA相比。因此,BAS-GA是微电网建设容量配比优化方案获取中避免基本GA陷入局部最优的有效措施之一。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于SVPWM的二极管箝位逆变器中点电压控制
    陶彩霞, 万应利, 杜雪, 付明禄
    2020 (3):  927-934.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0216
    摘要 ( 146 )   HTML ( 4 )   PDF(2779KB) ( 163 )  

    三电平逆变器中点电压平衡问题一直是国内外学者的研究热点。本工作针对NPC三电平逆变器的共模电压抑制与中点电压平衡问题提出了解决方案。文中在构建虚拟矢量时忽略正小矢量,从而减小因正小矢量引起的较大的共模电压,从而使共模电压降低。其次,根据直流侧上下电容的电压差,构建满足需求的虚拟矢量,使中点电压趋近平衡。最后,建立下一采样周期的中点电压预测模型,并考虑输出波形的质量建立函数,根据拉格朗日数乘法求得各矢量分配时间得最优解,在MATLAB/Simulink中进行仿真,仿真结果表明本工作所提方案能够抑制共模电压,并能够有效控制中点电压平衡。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    飞跨电容型三电平电路在超级电容能馈系统中的应用研究
    陈挺, 崔文峰, 邓谊柏, 乔志军, 阮殿波
    2020 (3):  935-941.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0073
    摘要 ( 239 )   HTML ( 3 )   PDF(3916KB) ( 220 )  

    超级电容能馈系统是储能式回馈系统的重要发展方向,然而超级电容器较高的器件成本限制了其推广应用。为了降低超级电容储能系统成本,本工作从拓宽超级电容工作电压范围、提升能量利用率的角度出发,论述了超级电容能馈系统中传统双向DC/DC方案存在的不足,通过对三电平电路的对比研究,提出了一种适用于超级电容能馈系统的飞跨电容型三电平电路结构,并详细分析了该电路的工作模态及其PWM控制方法,最后通过PSIM软件仿真验证了理论分析的正确性。相比于传统两电平DC/DC方案,本文提出的三电平电路结构将超级电容的工作电压范围拓宽了1倍,提高了系统能量利用率。同时,该电路可以提高系统耐压、降低输出谐波及拓扑损耗,在制动能量/势能回馈这种大功率充放电场合具有广泛的应用前景。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    半球形顶太阳能蓄热水箱内置错层隔板结构及运行参数优化
    王烨, 蔺虎相, 胡悦, 王苗, 林源山
    2020 (3):  942-950.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0219
    摘要 ( 201 )   HTML ( 2 )   PDF(4163KB) ( 191 )  

    为了获得半球形顶太阳能蓄热水箱最佳内置错层隔板结构及运行参数,对25种具有不同内置错层隔板结构水箱进行了数值分析,结果表明:隔板水平伸长量保持不变,随着隔板竖向间距增大,冷热水出口温差变小;当隔板竖向间距一定,随着隔板水平伸长量的增大,左侧或右侧隔板伸长相同的量对冷热水出口温差的影响差异越不明显,隔板以下区域温度呈现升高趋势,水箱内形成稳定的热层结构。当两隔板竖向间距为0.01 m、左右隔板水平伸长量为0时, 集热器瞬时效率取得最大值20.5%。在热水入口温度较高时,热水出口温度对冷水入口流速的变化更敏感。蓄热水箱有效储热率随冷水入口流速的增大呈先增后减的趋势,不同结构蓄热水箱有效储热率取得最大值的冷水入口流速值不同。具有半球形顶及内置错层隔板结构水箱在获得较高冷热水出口温差方面的性能要优于具有圆锥形顶及内置开单孔隔板结构水箱。

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    储能测试与评价
    基于反馈最小二乘支持向量机锂离子状态估计
    李嘉波, 李忠玉, 焦生杰, 叶敏, 徐信芯
    2020 (3):  951-957.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0268
    摘要 ( 170 )   HTML ( 4 )   PDF(2852KB) ( 262 )  

    锂离子电池荷电状态(SOC)的准确估计,直接影响电动汽车的安全运行,也是电池管理系统(BMS)重要的参数之一。然而在SOC估计过程中,会受到如测量设备的精度、荷载等因素的干扰。为了提高SOC的估计精度,本工作提出了一种新的基于最小二乘支持向量机(LSSVM)机器学习的锂离子电池SOC估计模型。将测量的锂离子电池的电流、电压和温度作为模型的输入向量,SOC作为模型的输出向量,来训练LSSSVM模型。不同的是,为提高SOC的估计精度,将上一时刻估计的SOC值作为反馈向量,加入到输入向量中,用来估计当前时刻的SOC。通过实验工况采集的数据,并与传统的LSSVM、支持向量机(SVM)、神经网络(NN)比较,实验结果表明,该模型可以提高SOC的估计精度,估计误差可以控制在2%以内,验证了该模型的有效性。

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    基于高斯混合回归的锂离子电池SOC估计
    魏孟, 李嘉波, 叶敏, 高康平, 徐信芯
    2020 (3):  958-963.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0231
    摘要 ( 118 )   HTML ( 5 )   PDF(2599KB) ( 224 )  

    动力电池剩余电量的准确估算是电动汽车续航里程的重要依据和能量管理的基本前提,为降低电池系统因非线性,不平稳因素对荷电状态估计的不利影响。针对锂电池的状态数据采集存在非线性、不平稳以及外界干扰等问题,提出了基于高斯混合回归对荷电状态进行预测,以解决传统高斯过程模型含有异常数据和噪声的问题。利用K-means聚类算法与EM算法对高斯混合模型的超参数进行求解,然后采用高斯混合回归对输出的荷电状态进行预测。最后通过实验验证,并与高斯过程回归进行对比分析,验证了高斯混合回归算法在荷电状态估计过程中具有高精度和有效性。

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    高电压锂离子电池间歇式循环失效分析及改善
    孔令丽, 张克军, 蔡嘉兴, 李福轩
    2020 (3):  964-968.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0257
    摘要 ( 318 )   HTML ( 15 )   PDF(2247KB) ( 662 )  

    本工作通过对比45 ℃间歇式高温循环、45 ℃高温循环和45 ℃存储性能的关系和差异,分析了高电压体系电池间歇式循环的失效原因。研究发现在高温间歇式循环过程中,正极材料发生相变,金属元素溶出,同时释放O2造成电解液的氧化分解:高温高电压状态下正负极CEI膜和SEI膜都会发生重整和修复反应,造成阻抗的增加和循环容量衰减加速。改善正极材料的结构稳定性、稳定正负极界面,可以明显改善电池的高温间歇式循环性能。

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    基于锂离子电池简化电化学模型的参数辨识
    康鑫, 时玮, 陈洪涛
    2020 (3):  969-978.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0273
    摘要 ( 302 )   HTML ( 25 )   PDF(2569KB) ( 644 )  

    本文旨在对一种简化的电化学模型进行参数辨识。首先采用三参数抛物线方程将固相锂离子扩散偏微分方程简化为常微分方程,在单粒子模型的基础上考虑液相浓度和液相电势及SEI膜阻抗引起的过电势对端电压的影响,使用平均体积电流密度取代锂离子流量密度沿电极厚度方向的变化,建立了新的电化学模型。继而采用实验结合仿真的方式获取了电池的正极开路电压表达式。对电化学参数进行参数敏感度分析,并确定了该模型下待辨识电化学参数。最后采用自适应混沌粒子群算法对参数进行辨识,并且通过实验与仿真对比验证了电化学模型的准确性。

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    基于反激变换器的串联电池组新型均衡方法研究
    郭向伟, 耿佳豪, 卜旭辉, 侯瑞, 余威
    2020 (3):  979-985.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0221
    摘要 ( 183 )   HTML ( 3 )   PDF(2288KB) ( 231 )  

    锂电池因具有能量密度大、自放电率低成为了新能源汽车的主要动力源。串联电池组在实际使用过程中,由于电池内阻、自放电率等因素,使得各单体间不可避免的存在不一致性,这种不一致性会降低电池组的能量利用率及使用寿命,甚至危及电池系统的安全。为了改善串联电池组的不一致性,本文提出了一种基于反激变换器的均衡方法,以单体电池剩余电量作为不一致性指标,利用结构简单可靠的反激变换器实现均衡能量在整组电池和任意单体之间转移。通过与传统均衡拓扑对比,本文提出的均衡拓扑减少了元器件的数量,降低了均衡系统的体积,而且能量传递的原边仅需要一组控制信号,降低了控制难度。在MATALB/Simulink中搭建仿真模型,结果表明了所提新型均衡方法的有效性。

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    基于动态综合型等效电路模型的动力电池特性分析
    封居强, 司玉文, 伍龙, 黄凯峰, 张星
    2020 (3):  986-992.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0288
    摘要 ( 156 )   HTML ( 8 )   PDF(2007KB) ( 228 )  

    针对动力电池模型的内部参数随负载和工况的变化而变化,本文综合考虑电池容量、温度、倍率、迟滞、自放电等因素,设计综合性实验。通过分析动力电池端电压与欧姆极化、电化学极化、浓差极化、不平衡电势、迟滞特性等因素之间的关系,确定动力电池的内部状态变量,提出动态综合型等效电路模型(DS-ECM),借助混合脉冲功率特性法(HPPC)进行动态辨识。针对变化的工况,与Rint、PNGV、二阶RC模型进行比较,并借用赤池信息准则(AIC)衡量模型的优良性。结果表明:本文模型估计的端电压较其它模型平均误差最小降低了52.3%,且AIC值和计算量相对适中,是精度和结构复杂度最佳平衡模型。本研究有助于推动等效电路模型在实际工程中的应用。

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    811型动力电池内部温度及生热特性测试与分析
    胡峰, 王海民, 陈思
    2020 (3):  993-1000.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0212
    摘要 ( 403 )   HTML ( 10 )   PDF(2932KB) ( 374 )  

    以外形结构为21700型的811型三元动力电池单体为研究对象,将其低温冷却处理后在单体负极底壳处进行局部破拆,在电池内部中心布置热电偶,在电池外表面布置薄膜式热流传感器,利用热流密度及内部温度等参数量化计算不同环境温度下电池的放电生热率。结果表明,电池在低温环境中放电时,电池会产生更多的热量从而降低电池的电能输出效率。由电池放电总生热率的分配比例计算结果可知,电池放电时生热量的主要部分将储存于电池内部。

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    储能专利
    基于专利的无机固态锂电池电解质技术发展研究
    周洪, 魏凤, 吴永庆
    2020 (3):  1001-1007.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0244
    摘要 ( 380 )   HTML ( 19 )   PDF(1298KB) ( 456 )  

    商业化的锂电池大多采用液态电解质作为电解质体系,存在电化学和热稳定性不足、安全性差等问题。无机固态电解质取代传统的液体电解质,可以解决传统锂电池的安全性问题,并具有高电化学稳定性、高机械强度等优点,是当前储能领域的研究热点。本文以全球无机固态电解质专利为研究对象,采用专利数据挖掘方法,梳理了主要机构技术布局、竞争优势、核心技术、最新技术发展趋势,提出了关注国家重大需求、加快关键技术研发、重视专利保护战略等建议。

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