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2024年, 第13卷, 第11期　刊出日期：2024-11-28 上一期   



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本期栏目： 储能材料与器件　 储能系统与工程　 储能测试与评价　 热点点评　 储能技术经济性分析　 储能学科建设　

储能材料与器件

钠离子电池P2-Na0.6Li0.27Mn0.73O2 正极材料的W掺杂研究 曾翠鸿, 陈秀娟, 李曼, 尹文骥, 彭继明, 胡思江, 黄有国, 王红强, 李庆余 2024 (11):  3731-3741.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0511 摘要 ( 90 )   HTML ( 94 )   PDF(5237KB) ( 99 )   钠离子电池P2型层状氧化物可以通过掺杂一些非活性金属元素(Li、Mg)激发阴离子氧化还原反应以提升容量。然而，阴离子氧化还原反应具有固有的不可逆性和动力学迟滞的缺点。此外，在高电压下还存在晶格氧的不可逆损失和电解液的过度分解，导致电池容量的快速衰减和放电电位的持续降低。本文采用高温固相法合成了不同质量比W掺杂的P2型层状氧化物Na0.6Li0.27Mn0.73-x W x O2(NLMWO)。结合多种表征手段研究不同掺杂量的W元素对材料结构和电化学性能的影响。结果表明， W掺杂能够有效减少Na+/空位有序，抑制了P2-OP4-O2的相变，提高Na+的扩散速率。在2.0～4.6 V的电压范围内，0.5 C的倍率下，质量比1.0% W掺杂的改性材料Na0.6Li0.27Mn0.72W0.01O2(NLMWO-1)循环100次的容量保持率为80%；在5.0 C的倍率下，NLMWO-1的平均放电比容量为92.6 mAh/g，是Na0.6Li0.27Mn0.73O2(NLMO)的1.5倍。研究结果表明，非活性金属掺杂是抑制不可逆阴离子氧化还原的有效手段。该工作为高容量、高稳定性钠离子电池正极材料的结构设计提供了可行的思路。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

新型CF x 锂原电池自放电率的比较研究及其应用建议 杨微, 李治国, 赖彩婷, 赵瑞瑞, 李瑀, 周盈科, 黄依玲, 朱立才, 封伟, 王文龙, 袁中直 2024 (11):  3742-3753.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0922 摘要 ( 47 )   HTML ( 35 )   PDF(8965KB) ( 39 )   新型高比能氟化碳(CF x )材料不断涌现，使Li/CF x 原电池的比能量/比功率特性持续提升，特别是功率型Li/CF x 电池已开始用于小型商业化动力系统中，可能成为比能量最高的动力型锂原电池。但不同类型CF x 材料制备的Li/CF x 锂原电池的自放电情况尚缺乏比较研究。本文选择4种典型的新型CF x 材料，根据其应用目标分为能量型和功率型材料，其中2种能量型CF x 的F/C比接近1，具有更稳定而饱和的C—F化学键，而2种功率型CF x 材料F/C比略低，离子型C—F键更多，具有更好的导电性和更好的倍率性能。通过工业化设备工艺制备成的BR18650型Li/CF x 原电池经55 ℃高温储存后，无论是否放电过，能量型电池的自放电率几乎为0，具有长寿命货架储存特性；而功率型电池55 ℃储存后，放电深度(DOD)越高的电池的内阻越大、自放电率也越大，锂原电池常用的预放电处理工艺会导致功率型电池的自放电率上升，意味着功率型电池一旦预放电激活后就应立即投入使用。功率型电池间歇式使用会导致其自放电率增大和内阻增加，原因可能是松散LiF保护膜的破坏造成新鲜CF x 界面暴露于电解液中继续反应，但能量型CF x 材料因其具有更多稳定的饱和C—F共价键而影响较小。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

热处理温度对冷烧结SnSe热电性能的影响研究 丁军, 师李洁, 陈翔斌, 屈相, 程哲, 李秀芬, 蒋曼, 陈志权, 望红玉 2024 (11):  3754-3763.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0501 摘要 ( 57 )   HTML ( 36 )   PDF(2220KB) ( 46 )   SnSe热电材料具有低热导率、低成本、环境友好等优势，成为目前热电领域的研究热点材料之一。本文利用水热法和冷烧结工艺制备了多晶SnSe块体，然后进行热处理，研究热处理温度对合成多晶SnSe热电性能的影响规律。XRD结果显示，各样品的主衍射峰与SnSe卡片相匹配。SEM结果表明，颗粒由块状变为片状结构且材料内部空隙随退火温度升高而降低。正电子湮灭测量结果表明，冷烧结的SnSe样品中可能存在各种空位型缺陷，如VSe、VSn、VSnSe和大空位团簇，这些空位型缺陷是有效的声子散射中心，导致晶格热导率降低，随着退火温度的升高，空隙减小与空位型缺陷逐渐恢复导致晶界势垒降低使电导率逐渐增大。电导率、功率因子和无量纲热电优值(ZT)的变化趋势几乎相同，都是随着退火温度的升高而增加。在测试温度为773 K时，500 ℃退火样品的电导率σ高达4.1×103 S/m，功率因子为3.71 μW/(cm·K2)；而热导率随着退火温度的提升减小了声子散射中心而略有升高。最后，计算500 ℃退火样品的ZT值为0.70，比未退火样品的ZT值高出35.7%。因此，表明了冷烧结工艺和热处理在SnSe材料研究中有巨大潜力，为制备出高性能热电材料奠定了理论依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

多孔金属泡沫强化石蜡相变蓄热性能 代建龙, 李果, 曹一通, 杨紫涵, 夏志远, 张恭硕, 陈锐, 盛楠, 朱春宇 2024 (11):  3764-3771.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0449 摘要 ( 57 )   HTML ( 20 )   PDF(6608KB) ( 46 )   针对石蜡(PW)相变材料热导率低和易泄漏的问题，采用“冰模板法”制备多孔金属泡沫铝作为支撑骨架，通过“真空浸渍法”将石蜡渗入金属泡沫铝的多孔结构中，制得化学性质稳定的相变复合材料(PCC)，并对其形貌结构、防泄漏性能、热循环稳定性、热响应性能和热导率进行测试。结果表明，随着铝骨架比例的增加，泄漏情况随之减弱，有效提高了PCC的防泄漏性能。在此基础上对其热物性进行研究，金属泡沫的引入并未影响PW的相变温度，PCC的熔化和凝固峰值分别稳定在61 ℃和51 ℃。然而随着铝骨架比例的增加，PCC的相变焓值呈现下降趋势。经50次相变循环后，PCC的熔化和凝固焓值均基本保持稳定，其中PW@30Al样品的熔化和凝固焓值分别维持在116 J/g和118 J/g，表现出良好的热循环稳定性和相变可逆性。此外，随着铝骨架比例的增加，PCC的导热性能逐渐提高、热响应速度更快，其中PW@30Al样品的热导率由PW的0.2 W/(m·K)增加至3.1 W/(m·K)，提高了约15倍，在相变蓄热和热管理等领域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

气体扩散层内部交叉流动对PEMFC水跨膜输运影响分析 范馨远, 刘永峰, 裴普成, 张璐 2024 (11):  3772-3783.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0487 摘要 ( 40 )   HTML ( 25 )   PDF(8525KB) ( 24 )   质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部相邻流道间的压差产生了交叉流动，其作用于气体扩散层(GDL)内部，有利于改善传质，增强液态水的排出，对反应物供给有着至关重要的影响。为理解交叉流动对反应物分布及水的跨膜输运过程的影响，本文建立了一个耦合交叉流动与水跨膜输运过程的三维两相模型，并通过搭建的测试系统对单电池进行测试以验证模型，分析了影响交叉流动的因素、路径和对水跨膜输运的影响。结果表明，交叉流动迫使气体从高压流道角落进入GDL流向相邻低压流道，并在下一流道的角落处流出。交叉流动速度随相邻流道间压差增大而增大，与阳极相比，阴极的压降更高，导致阴极的交叉流动速度高于阳极。阴极最大交叉流动速度(0.13 m/s)靠近流道出口，而阳极最大交叉流动速度(0.05 m/s)靠近流道入口。交叉流动使流道拐角处具有更大的以电渗拖拽为主的跨膜水通量，还促进了脊下聚集的水的清除从而影响了以浓差扩散为主的跨膜水通量。气流对入口区域的吹扫降低了入口区域的膜态水含量，出口区域的高浓差扩散提高了出口区域的膜态水含量。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 在高压下的研究进展 刘博宇, 庞青, 王腾飞, 望红玉 2024 (11):  3784-3795.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0432 摘要 ( 59 )   HTML ( 36 )   PDF(4721KB) ( 75 )   随着科技的发展和时代进步，能源消耗日益增大，新能源的开发利用已成为迫在眉睫的问题。锂离子电池因具有高的能量密度、长的循环寿命和宽的工作温度范围等优点，在过去的几十年里，得到了快速发展。高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)因具有高能量密度和低成本的优点，被认为是下一代锂离子电池中最具发展潜力的正极材料之一。目前NCM811的充电截止电压限制在4.3 V，进一步提升充电截止电压可以提高电极材料的能量密度，然而在高充电截止电压情况下，由于NCM811存在阳离子混排、裂纹的产生和扩展、晶格氧的析出、与电解液接触而产生副反应和晶格畸变等因素使得材料的结构稳定性下降和不可逆相变的产生，导致其严重的容量衰减和循环性能的急剧下降，阻碍了NCM811在高压条件下的大规模应用。本文综述了高压下NCM811改性策略的最新研究进展，首先阐述了高压条件下NCM811的失效机理，然后介绍了元素掺杂、表面包覆、复合改性策略对其电化学性能的影响规律及其改善机理。最后展望了NCM811改善策略的发展方向，并针对不同改性策略提出了面向实际应用的可行性方案。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

退役石墨负极粉除杂及修复再生研究进展 申长洁, 李晶晶, 姜海迪, 张玉强, 达昊然, 闫婕, 张海涛 2024 (11):  3796-3810.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0569 摘要 ( 48 )   HTML ( 25 )   PDF(18267KB) ( 20 )   动力电池的服役年限通常为5～8年，达到使用寿命后需进行循环再生。退役电池中富含大量的能源金属和战略元素；其中，负极石墨属于战略矿产元素，在锂离子电池中质量占比达12%～21%，如若不进行妥善处理将造成资源浪费并对环境治理造成压力。本文通过对近期相关文献进行分析，从退役石墨失效机制、除杂方法及修复再生等环节归纳了退役石墨负极粉再利用研究进展。首先从SEI增厚失效、表面枝晶、活性颗粒破裂、集流体腐蚀四个方面系统分析了退役石墨失效机制；其次重点介绍了退役石墨杂质元素高效脱出方法，包括酸碱处理法、低共溶剂浸出法、电解法等；最后从碳材料包覆修复、金属氧化物包覆修复及表面人工界面膜构筑等方面着重阐述了退役石墨修复再利用策略；并对退役石墨发展方向和应用前景进行展望，提出未来退役石墨再生将朝着高值化、低能耗、可持续的方向发展。本文有望为退役动力电池石墨负极资源化利用构筑坚实的理论基础并提供极具价值的选择依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂离子电池硅负极用聚合物黏结剂研究进展 方靖, 杨续来, 戴涛, 孙菲 2024 (11):  3811-3825.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0467 摘要 ( 64 )   HTML ( 45 )   PDF(7971KB) ( 54 )   硅材料因其高比容量和较低的嵌锂电位等独特优势，被视为下一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。然而，在锂离子脱嵌过程中产生的较大体积变化导致硅活性材料的粉碎和破裂，进而降低电池的循环性能。目前主要对硅负极材料进行改性来解决该问题，包括纳米化、碳包裹、合金化和使用聚合物黏结剂复合等方法，并取得了一定成效。其中，纳米化与合金化是从硅材料颗粒本体降低体积膨胀，而碳包裹和聚合物黏结剂复合技术则旨在从硅材料颗粒外部来抑制其体积膨胀的同时改善硅负极材料的导电性。本文首先阐述了硅负极材料的脱嵌锂机制及过程中存在的主要问题；其次，着重从黏结剂对提升硅负极稳定性的作用机理方面，总结了聚合物黏结剂复合对硅负极电化学性能提升的相关研究进展，包括使用三维结构黏结剂抑制硅负极的体积膨胀、引入自愈黏结剂实现硅负极的弹性体积膨胀以及采用导电黏结剂提高硅负极整体导电性等；最后，对硅负极聚合物黏结剂的发展前景进行了展望。本综述对提升硅基负极的应用具有重要作用，也对未来黏结剂的研发具有一定的启示作用。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

LATP、LAGP固态电解质材料合成改性路线研究现状及展望 陈桢, 李贤傲, 徐艺维, 刘欣, 申泽骧, 陈明华 2024 (11):  3826-3855.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0459 摘要 ( 156 )   HTML ( 47 )   PDF(15314KB) ( 167 )   固态电解质作为固态电池的关键组件，因其能够匹配高比容量的正、负极材料，实现更高的能量密度，并从根本上解决液态锂离子电池的安全隐患，而备受关注。其中，NASICON型的Li1+x Al x Ti2-x (PO4)3(LATP，0≤ x≤0.5)和Li1+x Al x Ge2-x (PO4)3(LAGP，0≤x≤0.5)氧化物固态电解质，因其出色的空气稳定性、高离子电导率、低廉的原料成本以及温和的合成条件，成为固态电解质商业化的有力竞争者。然而，传统的实验合成和改性优化方法研发成本高、周期长、效率低。理解LATP/LAGP中离子输运机制，探索材料合成新方法，提高材料研发的效率是当前研究的重点。本文详细探讨了LATP/LAGP材料的晶体结构、离子传导机制、合成制备技术、性能提升策略以及机器学习辅助材料合成等方面的研究进展。此外，通过综合分析合成成本与产物性能，总结了具有工业化潜力的合成优化路径，并结合具体实例展示了机器学习在固态电解质领域的广阔应用前景。最后，文章还分析了当前LATP、LAGP固态电解质研究中存在的不足，并从基础研究、工程应用和商业化推广三个维度展望了未来的发展方向。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

电解水制氢用阴离子交换膜研究进展 邢学奇, 宋鹏翔, 申爱景, 鲁仰辉, 陈俊, 刘伟 2024 (11):  3856-3870.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0553 摘要 ( 118 )   HTML ( 24 )   PDF(5183KB) ( 70 )   阴离子交换膜电解水制氢融合了碱性电解水和质子交换膜电解水制氢技术的优点，具有电解效率高、响应速度快、成本低等特点，被认为是目前最有前景的可再生绿色能源制氢技术之一。阴离子交换膜(AEM)是提供OH-离子传导和阻隔气体交叉的关键部件，其直接影响了阴离子交换膜电解水系统的性能和使用寿命。然而，目前的AEM隔膜面临着离子电导率低和稳定性差的问题。本文首先介绍了AEM在电解槽中的作用，高性能AEM应满足的性能要求和评价参数，并重点讨论了OH-在AEM中的传输机制与影响因素。接着，本文进一步概述了AEM的结构组成，以及常见的阳离子基团和聚合物主链类型；阐述了不同阳离子基团的降解机理和聚合物主链的特点，重点阐释了阳离子官能团稳定性设计的策略，聚合物主链改性制备的方法，以及AEM性能表现。最后，展望了AEM隔膜未来面临的挑战和潜在研究方向，指出应在设计耐碱稳定性AEM的基础上，通过交联、嵌段共聚、侧链接枝和复合膜技术等策略构建和制备满足实际应用需求的高性能AEM隔膜，为AEM进一步发展提供借鉴和参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

液流电池储能技术分析与实践应用 刘素 苹 2024 (11):  3871-3873.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1012 摘要 ( 44 )   HTML ( 19 )   PDF(537KB) ( 37 )   液流电池储能技术不仅是新能源高效利用的关键，也是落实“双碳”目标的核心技术。通过对液流电池工作原理进行分析发现，液流电池能量密度与电解液活性物质溶解度、电化学活动相关。而液流电池性能优化可通过构建多电子转移体系、提升活性物质溶解度、增加电势差等实现。同时，对不同类型液流电池的性能、研究进展进行分析，并通过对液流电池在不同场景中的应用进行总结，对液流电池的未来发展方向进行展望。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能系统与工程

风光储多能互补能源系统容量配置优化 智筠贻, 凌浩恕, 吴昊, 朱轶林, 沈昊天, 徐玉杰, 陈海生 2024 (11):  3874-3888.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0377 摘要 ( 58 )   HTML ( 51 )   PDF(2909KB) ( 58 )   风光储多能互补能源系统可充分利用可再生能源提高供能的经济性和环保性。本文提出了一种风光储多能互补能源系统，建立了系统的能量模型；综合考虑系统运行的经济性和环保性，提出了系统综合成本和碳排放量最低的目标；开发了改进型非支配遗传算法求解仿真模型，得到了多目标问题的帕累托最优解集，并通过逼近理想解排序法获得了系统的最优容量配置运行方案；利用线性规划软件CPLEX求解器开展了系统的运行调度优化，验证了该系统框架和优化调度模型的有效性和正确性。研究结果表明，本文所提出的风光储多能互补能源系统容量配置优化方法有效提高了可再生能源利用率，实现了经济成本和碳排放量最低，提高了系统的经济性和环保性。本文为可再生能源系统实现持续稳定可靠的供能和园区的低碳化转型提供了参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

扰流结构对电池热管理系统的传热特性研究 钱亨, 刘剑, 霍玉雷 2024 (11):  3889-3897.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0581 摘要 ( 23 )   HTML ( 26 )   PDF(2775KB) ( 22 )   为解决锂离子电池充放电设备内电池组热管理系统的热特性需求，通过构建多通道电池组热管理系统扰流结构物理模型，结合单体电池实测参数进行热模型验证。基于有限体积法进行数值仿真研究，对无扰流及不同扰流结构分别进行数值模拟计算，采用努塞尔数和范宁摩擦系数分别表征电池组系统传热与流动特性，分析了扰流结构角度、扰流结构长度及扰流结构排列方式对电池组热管理系统传热与流动特性的影响。结果表明：扰流结构能够提升流场的湍流强度，提高电池表面的对流换热效率，增加系统的压差；增加扰流结构角度，电池组最高温度及最大温差先增大后减小，而增加扰流结构长度，电池组最高温度及最大温差则先减小后增大，当扰流结构角度为45°、扰流结构长度为15 mm时，系统的热特性表现最佳；当扰流结构角度与长度固定时，不同扰流结构排列方式对系统热特性影响较小，但均明显优于无扰流状态。以上研究成果为锂离子电池充放电设备中多通道电池组的热管理系统设计提供参考和依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂离子电池储能系统火灾抑制仿真研究 于东兴, 李煌, 霍明帅, 李志昕, 李强 2024 (11):  3898-3905.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0446 摘要 ( 48 )   HTML ( 56 )   PDF(7730KB) ( 60 )   由于锂离子储能系统火灾燃爆危险性大且实验成本高，因此基于模型对储能系统火灾特性及灭火性能模拟仿真研究具有重要意义。本文通过火灾动力学模拟(fire dynamics simulator, FDS)软件建立了20尺(1尺=0.333 m)储能集装箱的全尺寸仿真分析模型，研究了电池系统的火蔓延过程以及CO2、H2和CO等特征气体的扩散规律。结果表明，电池箱着火后，在火源中心位置H2和CO浓度可达到1000 ppm(1 ppm=10-4%)以上，而在集装箱角落的浓度仅为24~183 ppm；水喷淋灭火系统降温效果明显，可以将火焰上部温度自791 ℃迅速降低至330 ℃以下；此外，水喷淋灭火系统会造成电池箱的不完全燃烧，导致局部区域可燃气体浓度上升。本文的结果旨在为锂离子电池储能系统的安全设计及火灾防控技术研究提供一种仿真分析方法。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

卡诺电池堆积床潜热储热装置的实验和数值研究 王化宁, 薛新杰, 张勉恒, 王嘉浩, 杨斌, 赵长颖 2024 (11):  3906-3920.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0428 摘要 ( 57 )   HTML ( 17 )   PDF(10961KB) ( 41 )   卡诺电池作为高效、环保、灵活且可靠的能源存储器件，且有显著的应用潜力。本工作设计了一套堆积床储热装置，并将其整合到20 kW/5 h的卡诺电池实验系统中。通过采用3种分层放置的不同材料，实现了梯级储放热。经过实验验证的二维轴对称模拟进一步揭示了相变间隔和孔隙率对梯级相变堆积床储热(CPB-TES)系统的影响。为了提高能量效率并保持卡诺电池中的压缩机和膨胀机稳定运行，研究过程中还在系统后端添加了换热器以回收CPB-TES的余热。结果表明，提高入口温度和流量能加速相变过程并提高充放电速率，但也会增加能量损失。相变间隔越小，相变材料的平台期越显著，发生相变的过程越短暂。孔隙率为0.4的堆积床相比孔隙率为0.6的堆积床，不仅储能密度有所提高，而且流体和相变材料换热也更加充分。在最小进口流量120 m3/h和最高进口温度331 ℃的实验条件下，通过回收余热，系统的往返效率最高可达70.31%。本工作对卡诺电池中的关键装置进行深入研究，进而对整体系统进行优化，为卡诺电池高效而广泛的规模化应用提供了一定的参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

面向数据中心液冷装置余热回收的卡诺电池储能系统可行性分析 张宇, 李敏霞, 李君, 颜利波, 张家兴, 王志朋, 田华 2024 (11):  3921-3929.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0555 摘要 ( 40 )   HTML ( 11 )   PDF(1165KB) ( 33 )   随着新一代信息技术的迅猛发展，需要全时段供电、不间断冷却的数据中心建设量急剧提高。同时，在全球可再生能源消费比重不断提高的背景下，各国普遍提出峰谷电价政策。数据中心冷却系统供冷效果差、系统能耗高，数据中心用电诉求与现行电价政策难以适配。为解决这一矛盾，将两相浸没式液冷技术与卡诺电池储能技术有机结合，构建了一种新型数据中心用冷电联供系统。为评估本系统在不同城市的可行性，选取哈尔滨、南京、广州三座城市作为应用对象，对比分析了本系统与全年采用自然冷却模式的浸没式冷却系统的能效表现及经济性。结果表明，采用新系统后，每千瓦的数据中心IT设备全年用电花费分别节省了235.52元、245.24元及281.28元。本研究给出的方案有效地提升了数据中心的用电灵活性，大幅降低了数据中心运维费用。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于有机朗肯循环的卡诺电池热储能系统性能分析 冯军胜, 严亚茹, 赵亮, 董辉 2024 (11):  3930-3938.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0507 摘要 ( 54 )   HTML ( 15 )   PDF(1339KB) ( 31 )   为了进一步提高钢铁行业低温余热利用率，本文将烧结环冷机出口低温烟气余热引入由热泵(HP)循环、蓄热系统和有机朗肯循环(ORC)组成的热泵储电(PTES)系统，并构建PTES系统热力循环过程的计算模型，研究不同ORC循环工质条件下HP冷凝温度、ORC蒸发温度和ORC过热度对PTES系统热力性能的影响。研究结果表明，降低HP冷凝温度和提高ORC蒸发温度均可以提高PTES系统的制热系数(COPnew)和功率效率(ηptp)。当ORC工质为isobutane(异丁烷)时，HP冷凝温度每增加2 ℃，系统COPnew和ηptp分别平均减小0.16和0.88%，而ORC蒸发温度每增加2 ℃，系统COPnew、ORC热效率(ηORC)和ηptp分别平均增加0.034、0.26%和0.68%。与ORC蒸发器相比，HP冷凝器内循环工质与储热介质的温度匹配对PTES系统热力性能的影响更为明显，但HP冷凝温度对ηORC的变化没有影响。当HP冷凝温度和ORC蒸发温度不变时，采用较小的ORC过热度能够有效提高PTES系统的热力性能。综合考虑PTES系统的COPnew、ηORC和ηptp, 采用R245fa作为ORC循环工质时系统性能最好，其次是isobutane和R236ea。在低温烧结烟气余热驱动的PTES系统中，应优先选择R245fa作为ORC系统的循环工质。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于修正显热容法对相变储热系统蓄热行为的仿真分析 李龙, 杨玺庆, 陶玲 2024 (11):  3939-3948.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0593 摘要 ( 66 )   HTML ( 8 )   PDF(6805KB) ( 12 )   相变换热储能技术因其储热密度大、温度稳定等优点被作为调节能源供需强度、提高能源利用率的主要技术手段。本文以石蜡作为相变材料，以脲醛树脂作为囊壁材料设计了三种不同直径相变胶囊等距布置的板囊结合的相变蓄热单元物理模型。为考虑相变材料物性参数变化的影响，采用函数近似对显热容法进行修正，对相变储热系统在内部自然对流和换热流体流动双重影响下的相变蓄热过程进行了模拟计算，在此基础上分析了相变胶囊直径对储热系统蓄热过程的影响，讨论了相变胶囊内液相率、平均温度、储热系统热通量随时间的变化规律。结果表明：相变胶囊直径是储热系统蓄热性能的关键影响因素，相变胶囊内自然对流作用对储热系统蓄热过程的促进效应随着胶囊直径的增加而提升，储热系统的相变时间和蓄热时间均随相变胶囊直径的增加而延长；熔化过程中，直径较大的相变胶囊具有更高的有效导热系数并随熔化时间逐渐降低至定值，相变材料热通量随时间波动变化后降低至定值。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

面向PEM电解制氢的虚拟同步控制技术研究 范新桥, 张宽, 赵波, 刘敏, 吴启亮 2024 (11):  3949-3960.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0386 摘要 ( 36 )   HTML ( 11 )   PDF(7879KB) ( 17 )   配有储氢环节的电解水制氢系统能够对功率进行调整，促进可再生能源大规模消纳，是一种理想的调节资源。在电解电源的控制中，引入虚拟同步机控制技术，以暂时改变电解制氢功率为代价，为大量新能源与清洁能源接入电网带来的转动惯量不足、频率稳定性较差等问题提供一种新的解决思路。本文以质子交换膜(proton exchange membrane，PEM）电解制氢系统为例，提出了一种虚拟同步电动机(virtual synchronous motor，VSM)的控制策略。首先，通过引入直流电流控制环节实现电解槽功率的自主调整，减小了负荷波动期间的电网频率变化量；其次，考虑到电解槽电流调节存在速率限制，分析了对频率调整过渡过程的影响。最后，基于MATLAB/Simulink搭建微电网仿真系统，实验结果表明，相较于传统的双闭环控制，基于VSM控制的PEM电解制氢系统在电网负荷变动期间能够自主调节制氢系统的功率，电网频率变化量减少了64.71%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于电动汽车换电站的配网解列下弹性提升策略的探索研究 张添奥, 陈永翀, 杨奕贤, 祁宏, 吴钢 2024 (11):  3961-3970.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0265 摘要 ( 26 )   HTML ( 9 )   PDF(2809KB) ( 19 )   近年来频发的自然灾害严重威胁了配电网的安全运行，而电动汽车换电站内储能电池具有易运输的特性。为提升应急供电场景下配电网弹性，本文提出了一种运输换电站储能电池的运行调度方法。首先，以应急场景下系统最小运行成本为目标，综合考虑负荷损失成本、发电成本与交通运输成本构建了含电动汽车运输交通网络的配电网络优化模型。然后，针对模型中的非线性部分展开分析，将优化问题转换为便于求解的线性混合整数优化问题，并通过算例验证了所提策略的有效性。在一定边界条件下，所提方法可智慧化调度可换电式电动汽车，将能量充足地区的储能电池调度至能量紧缺区域，降低了应急情况下电力系统运行成本，提升了电力系统整体的运行弹性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

碳流管控下的配电网储能优化运行 施婕, 彭英智, 孙伟卿 2024 (11):  3971-3980.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0431 摘要 ( 42 )   HTML ( 8 )   PDF(1405KB) ( 11 )   随着“碳达峰”与“碳中和”目标和新型电力系统不断推进，碳市场和储能系统是其不可忽略的重要助力，因此分析储能系统和碳交易机制提高配电网系统的经济性和低碳性具有重要意义。本文建立一个考虑碳交易市场的配电网储能优化运行模型，应用电力系统碳排放流理论来分析电力拓扑网络的节点碳势，构建考虑充放电效率的储能系统的内部碳流量和碳势计算模型，并运用考虑个体边际效益的Shapley值法来分摊用户侧的碳排放责任。根据IEEE-33节点配电网的仿真结果可知，用户侧碳排放责任与负荷规模及位置密切相关，Shapley值法能够公平合理地处理碳责任分摊，在确保电网运行可靠性的前提下，配置储能系统与阶梯式碳价交易机制的配电网系统使得区域整体碳排放量减少10.7%、配电网运营商收益提高8.2%、用户碳成本降低5.7%。本文展示了储能系统在高比例可再生能源配电网中优化运行和在减排中的关键作用，为未来电网的低碳化和经济化运营提供了理论和实践依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

并网且上网模式下含复合储能CCHP系统能量管理策略优化研究 陈程, 林仕立, 胡安信, 张先勇 2024 (11):  3981-3992.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0517 摘要 ( 23 )   HTML ( 9 )   PDF(3530KB) ( 7 )   冷热电联供(combined cooling heating and power, CCHP)系统是工业产业园区、建筑用户能源利用过程实现双碳目标的重要举措。针对CCHP系统产用能不平衡、设备耦合相关、并网且上网模式等影响，本文构建了含电池储能系统和水箱蓄热系统的CCHP系统，并以运行成本和燃料消耗量为目标，建立CCHP系统能量管理策略的多目标优化函数；在此基础上，重点考虑约束条件和拥挤度算子对非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II, NSGA-II)搜索性能的影响，并利用改进型NSGA-II算法实现CCHP系统能量管理策略的优化求解。结果表明：在并网且上网模式下，含复合储能CCHP系统相比无储能CCHP系统，夏季典型日的日运行成本和燃料消耗分别可节约0.89%和2.11%，冬季典型日可分别节约27.70%和7.30%，年运行成本和年总能量消耗则分别可减少11.11%和6.06%，可知基于改进型NSGA-II算法所获得的含复合储能CCHP系统能量管理策略具有较好的能量调控性能。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能系统的参数自适应改进VDCM控制策略 乔顺庆, 田桂珍, 张建伟, 韩小宇 2024 (11):  3993-4004.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0504 摘要 ( 34 )   HTML ( 10 )   PDF(3869KB) ( 17 )   在独立运行直流微电网中，由于接入大量电力电子变换装置，系统惯性较低，阻尼较小，系统稳定性较差，同时，新能源和负载的功率波动将引起母线电压波动，严重时会影响直流微电网的稳定运行。为增强系统惯性，本文研究基于参数自适应改进虚拟直流电机(virtual DC motor, VDCM)控制策略，提升母线电压暂态稳定性。介绍虚拟直流电机控制原理，建立储能控制系统的小信号模型，深入分析虚拟转动惯量、阻尼系数和电压调节器比例、积分参数对系统稳定性影响，以及母线电压波动过程中各波动阶段对参数大小的需求。在此基础上，建立虚拟转动惯量、比例系数和积分系数与母线电压偏差的函数关系式。根据电压偏差动态调节VDCM和电压调节器参数，缩短电压的扰动恢复时间的同时减小电压波动。通过搭建的RTDS和RCP硬件在环实验系统，验证所提控制策略的正确性与可行性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

互联电网控制性能评价标准下储能集群参与AGC控制策略 郭士琦, 郭东, 尚国政, 魏婷婷, 郑子萱, 陈恩泽, 李杰, 张家琛 2024 (11):  4005-4016.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0518 摘要 ( 31 )   HTML ( 7 )   PDF(2172KB) ( 19 )   随着储能技术的迅猛发展，利用其快速调节能力缓解自动发电控制（automatic generation control，AGC)过程常规机组的供电压力，对提高系统频率稳定性具有重要意义。然而，在储能协同参与AGC控制过程中，容易出现过充过放、功率分配不合理等问题，导致控制性能标准(control performance standard，CPS)的考核结果不佳。基于此，本文提出一种考虑CPS指标及储能实时运行状态的AGC控制策略。首先，结合AGC控制流程搭建了区域电网调频动态模型，并基于模型各元件响应特性推导了其简化传递函数；其次，为提升功率分配的合理性，先以储能集群的等效荷电状态（state of charge, SOC）为依据，完成储能集群与非储能集群间功率初次分配，再通过对储能SOC的主动管理，考虑实时可调功率的差异性，实现储能集群内部的二次分配；在此基础上，为确保调频指令精确匹配系统调频需求，根据CPS考核反馈结果对控制器参数进行日调整；最后，基于北方某地区实际考核流程和装机规模，以CPS考核结果、频率偏差量以及储能SOC状态等为衡量指标，仿真验证了本文策略在改善CPS考核质量和提升储能调频性能上的可行性和有效性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

计及置信度理论的储能电站多目标鲁棒优化配置方法 王凯凯, 梁燕, 高瑾, 郑晓明, 赵海波, 荆永明 2024 (11):  4017-4029.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0691 摘要 ( 35 )   HTML ( 9 )   PDF(1328KB) ( 11 )   新能源发电的间歇性和不稳定性对电网的稳定运行构成了严峻挑战，而储能技术的应用是解决这些问题的关键。因此，本文提出了一种基于置信度理论的新能源和储能电站多目标优化配置方法，旨在通过合理配置新能源电站和储能系统的容量，提高电网的稳定性和可靠性。首先，本文分析了高比例新能源接入电网带来的不确定性，建立了多目标鲁棒优化模型。接着，基于置信度理论，采用归一化正则约束方法生成多样化的帕累托解集，确保在不同不确定性情况下解的有效性和多样性。最后，通过后验样本分析对每个帕累托解进行长期性能模拟，评估其实际效果。在IEEE输电网上的算例验证结果显示，在较低的置信区间值下，系统总成本较低，但调节能力有限；而在较高的置信区间值下，系统调节能力显著提高，但总成本也相应增加。此外，系统在面对5%的负荷波动时，运行成本降低了15%，供电可靠性提高了10%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于YNd变压器-多端口变换器的铁路混合储能系统功率调控策略 李志杰, 罗忠游, 南东亮, 唐君毅 2024 (11):  4030-4039.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0551 摘要 ( 33 )   HTML ( 5 )   PDF(2637KB) ( 6 )   为提升电力机车制动产生的大量再生制动能量的回收利用率，同时兼顾补偿单相牵引供电系统在电网中引起的电压不平衡问题，本文提出了一种基于YNd变压器-多端口变换器的铁路混合储能系统(YNd-multiport converter based railway hybrid energy storage system, YNd-MC-RHESS)。首先，分析了YNd-MC-RHESS的工作原理及其工作模式。其次，以提高再生制动能量的利用率为主要目标，基于非线性电流控制，提出了多端口变换器的功率优化调控策略，在交流/直流(AC/DC)变换器中引入非线性控制，提升了多端口变换器的响应速度与混合储能的能量分配效率。最后，基于典型工况，通过半实物动态模拟验证了所提控制策略可以调度功率在不同端口间按需转移，同时不同介质储能功率可合理分配与存储释放。实验结果表明，混合储能装置投入后，再生制动能量的利用率为93.67%，实现了再生制动能量的高效利用。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

城市轨道交通混合储能系统无源性协同控制方法 时珊珊, 王凯, 张宇, 张开宇, 张珂宁, 王育飞, 王雅妮 2024 (11):  4040-4052.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0516 摘要 ( 23 )   HTML ( 8 )   PDF(1998KB) ( 27 )   为解决城市轨道交通列车频繁启停引起的牵引网电压波动问题，针对由超级电容和电池组成的混合储能系统，本文提出了基于集合经验模态分解的无源性协同控制方法，从而平抑网侧电压波动，实现再生制动能量回收，降低城市轨道交通能耗。利用集合经验模态分解方法求取混合储能系统多个本征模态函数，对每个本征模态函数瞬时频率曲线进行Hilbert变换，精确重构高频、低频分量，提升超级电容和电池功率期望轨迹精度。针对混合储能系统多变量、强耦合、非线性特性，在dq坐标下建立双线性模型，实现状态变量与控制变量同步线性变换，设计全局渐近稳定的无源性控制器，使系统存在外部不确定性扰动情形时始终保持超级电容和锂电池功率期望轨迹同步快速跟踪，达成协同控制目标。基于MATLAB的仿真结果表明，所提方法既实现了超级电容和锂电池长寿命协同运行，又能满足城市轨道交通再生制动能量回收利用需求，具有响应快速、稳定性好的特点。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

轨道交通运输中的储能系统容量配置和能量优化研究 吴静, 张乐 2024 (11):  4053-4055.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1001 摘要 ( 48 )   HTML ( 7 )   PDF(508KB) ( 15 )   近年来，城市轨道交通的规模增长非常迅速，轨道交通运输系统的整体能耗随之增大。本文针对轨道交通运输中的高能耗问题，对轨道储能系统容量配置和能量优化进行研究和分析。首先总结了轨道交通运输中的储能系统的研究和应用进展，接着对储能系统容量配置和能量优化问题进行分析和建模研究，构建了储能系统全寿命周期成本模型，最后提出了基于遗传算法和粒子群算法的混合优化算法来获得最低总成本以及对应的容量和能量配置，从而有助于实现节能、低碳和绿色的轨道交通运输目标。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

人工智能技术在电池自动化生产线中的应用分析 任惠霞 2024 (11):  4056-4058.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1019 摘要 ( 30 )   HTML ( 18 )   PDF(531KB) ( 15 )   人工智能技术在现代电池自动化生产中具有重要的作用，本文综述了人工智能技术对电池的自动化生产应用情况。文章首先分析了当前人工智能技术的研究进展，包括模型算法和算力方向。然后从自动化生产控制、生产智能化检测、预测性维护、环保生产等方向，重点论述了人工智能技术对电池自动化生产的改善，同时针对储能行业与人工智能技术的结合发展趋势进行分析总结。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

虚拟储能技术在电厂中的应用 吕倩 2024 (11):  4059-4061.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1021 摘要 ( 30 )   HTML ( 21 )   PDF(512KB) ( 23 )   随着可再生能源与分布式电源技术的不断革新，电力系统迎来了新一轮的升级变革。虚拟储能技术作为一种新型的能量管理技术，为电厂的能量平衡和稳定运行提供了新的解决方案。本文综述了虚拟储能技术在现代发电厂日常工作中的应用，包括虚拟储能技术的理论研究、技术发展进程，以及虚拟技术对电厂各类工作的优化作用。事实证明，通过引入虚拟储能技术，可以有效提高能源利用率和电能质量，未来相关产业技术势必还会迎来更广泛的应用和研究。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于光伏储能的配电网优化运行策略 张继 2024 (11):  4062-4064.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1045 摘要 ( 30 )   HTML ( 20 )   PDF(506KB) ( 18 )   光伏储能耦合调控是配电网实现稳定、高效运行的基础。随着可再生能源的大力开发，光伏发电在配电网中的应用愈发广泛，如何针对性解决光伏发电波动性问题成为并网运行的关键。将储能系统引入光伏发电领域，为实现光伏发电供能与负荷侧消耗之间的动态平衡奠定了基础，也为配电网的优化运行提供了最优方案。文章就光伏储能系统在配电网运行中的作用关系进行分析，从输出功率、能源利用率、数字化管理、不确定性优化、电压调控等多重视角出发，提出光伏储能提高配电网运行稳定性的策略。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能测试与评价

基于动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计 尹康涌, 孙磊, 李浩秒, 郭东亮, 肖鹏, 王康丽, 蒋凯 2024 (11):  4065-4077.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0546 摘要 ( 43 )   HTML ( 18 )   PDF(4259KB) ( 26 )   锂离子电池具有无记忆效应、轻量化、环保等特点，因此常作为电动交通工具、电子设备的能源来源，并适用于各种规模的能源存储。在锂离子电池管理系统中，电池的荷电状态(state of charge, SOC)是最关键的指标之一，其准确估计对于实现电池系统的高效能量管理和优化控制至关重要。因此本文提出了一种基于动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波的SOC估计方法。首先，通过间歇放电实验获取电池不同SOC下的开路电压，并进一步拟合得到电池的OCV-SOC曲线，接着采用二阶RC等效电路模型对锂离子电池建模，然后通过混合功率脉冲特性工况测试对电池模型参数进行辨识。由于实际应用中锂离子电池为非线性系统且SOC估计精度容易受到噪声的影响，本文在卡尔曼滤波算法的基础上采用无迹变换处理，加入噪声自适应过程，以实现噪声特性自适应估计，动态调整测量噪声与过程噪声，提高算法鲁棒性以及估计精度。最后选取DST与FUDS工况进行验证，结果表明在不同工况下动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波算法的估计平均绝对误差、最大绝对误差以及均方根误差相较于自适应无迹卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波算法均有降低，其平均绝对误差小于0.59%。本文提出的动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波算法能够更准确地估计锂离子电池SOC。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂电池自适应无迹H∞ 滤波SOC估计研究 钱伟, 赵大中, 郭向伟, 王亚丰, 李文静 2024 (11):  4078-4088.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0434 摘要 ( 19 )   HTML ( 12 )   PDF(3976KB) ( 13 )   荷电状态(state of charge, SOC)作为表征锂电池剩余电量的关键指标，其精确估计对于合理使用电池电量、保障电池安全具有重要意义。本文针对基于H∞滤波(H infinity filter, HIF)估计SOC时鲁棒性好但估计精度低的问题，提出一种自适应无迹H∞滤波(adaptive unscented H infinity filter, AU_HIF)SOC估计方法，以提高SOC估计精度。首先，选择能够在精度和复杂度间取得良好平衡的双极化(dual polarization, DP)等效电路模型进行新型估计算法的设计；其次，结合无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)算法相比于传统扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法更适用于非线性系统状态估计的特点，文章基于先验误差协方差矩阵设计新型渐消因子，实现自适应无迹H∞滤波算法的设计，以减小陈旧测量值对估计结果的影响，提高滤波算法的跟踪能力及估计精度。最后，通过搭建自主实验平台获取实际模拟工况数据，验证了文章所提自适应无迹H∞滤波算法相比于传统H∞滤波算法、传统UKF算法和其他类型改进H∞滤波算法具有更高的估计精度及更好的鲁棒性。文章研究内容对提高新能源汽车、储能电站等电池系统的SOC估计精度具有重要意义。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于自适应无迹卡尔曼滤波和经济模型预测控制的全钒液流电池SOC/SOP联合估计方法 张宇, 姚尧, 刘睿, 金雷, 薛斐, 周鹏, 熊斌宇 2024 (11):  4089-4101.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0534 摘要 ( 48 )   HTML ( 9 )   PDF(2986KB) ( 24 )   荷电状态(state of charge，SOC)和峰值功率(state of peak power，SOP)的精确估计对保障电池安全稳定运行具有重要意义。为解决传统估计算法误差高、鲁棒性差等问题，本文提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented Kalman filtering，AUKF)和经济模型预测控制(economic model predictive control，EMPC)的全钒液流电池(all-vanadium redox batteries，VRB)SOC/SOP联合估计方法。首先，为了提高传统模型的建模精度，本文综合考虑了VRB的电化学场和流体力学场的耦合特性，建立了一个能够全面刻画VRB运行过程的综合等效电路模型，并采用人工蜂群算法(artificial bee colony algorithm，ABC)对模型参数进行离线辨识。随后，考虑到传统的UKF算法无法适应系统噪声，收敛性差，且忽略电池参数变化等缺点，本文提出了基于AUKF的在线参数辨识和SOC估计算法，通过自适应调整UKF算法的参数来提高模型的精度。结合SOC的估计结果，采用EMPC算法估计VRB的SOP，并综合考虑了电压、电流、SOC和电解液流速等约束条件。最后，设计了多种实验工况验证了本文提出的SOC/SOP联合估计算法的精度。文章研究内容能够为液流电池不同运行状态下峰值功率预测和储能电站的精准调度提供依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于孤立森林算法的锂离子电池微内短路故障诊断方法 郭煜, 王亦伟, 彭鹏, 王银飞, 丘意书, 蒋方明 2024 (11):  4102-4112.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0509 摘要 ( 54 )   HTML ( 9 )   PDF(10306KB) ( 25 )   电池系统的内短路故障是造成电池热失控和火灾事故的主要原因之一，因此有必要对电池内短路故障进行诊断对事故做出早期预警。孤立森林算法是一种无监督的异常检测算法，被广泛应用于异常数据识别领域。根据串联电池组中内短路电池的电压会与正常电池发生偏离的特点，本文提出了基于孤立森林算法的锂离子电池微内短路故障诊断方法。为了对方法进行验证，本文构建了串联电池组进行了不同短路电阻和充放电工况的短路实验，并在实际运行工况下对一个锂离子电池储能系统进行了电池短路实验，然后利用孤立森林算法对实验数据进行分析诊断。结果表明，对于循环充放电工况，孤立森林算法对短路电阻为1000 Ω的短路故障诊断精准率超过了74%，召回率超过了76%，准确率超过了91%；在模拟电动汽车实际驾驶的动态工况中，算法对300 Ω的短路故障诊断精准率和召回率超过了86%，准确率超过了95%；算法对电池储能系统在实际运行工况下25 Ω的内短路故障检测召回率大于98%。实验结果表明，孤立森林算法可以在多种工况下对锂离子电池微内短路故障进行有效检测，被检测出的锂离子电池内短路电阻达到了千欧姆数量级。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂离子电池内部温度无损监测与演变特性 王秀武, 朱建功, 刘登程, 冯挽强, 赵水平, 刘浩男, 戴海峰, 魏学哲 2024 (11):  4113-4123.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0435 摘要 ( 42 )   HTML ( 37 )   PDF(9251KB) ( 48 )   锂离子电池是一种多物理场耦合的电化学储能装置，无损监测电池内部状态信息对于提升电池管理能力至关重要。由于电芯的低热导率以及电池与外界环境的热量交换不充分，导致电池运行时内部温度分布不均、内外温差明显。本文基于一体化功能极片的设计理念，利用S形布局样式的光纤传感器原位监测了NCM523软包电池的内部温度分布并研究了电池老化前后的温度演变规律及热点区域的位置。通过电池循环性能测试证实了光纤传感器在锂离子电池中的无损植入有效性，确定了原位温度监测的可靠性。同时，通过电池拆解表征和测试分析，展示了一体化功能极片在电池循环老化后的表征结果，验证了一体化功能极片具有可解耦光纤信号、无损监测温度、耐腐蚀、可实现电池分布式原位测量等功能。通过分析温度数据，提出利用恒流放电阶段的温升速率作为电池管理的参量，并且证实电池几何中心区域和正极极耳附近区域的温度演变是监测和管理电池的重点。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

焦磷酸磷酸铁钠基钠离子电池日历老化容量衰减机理研究 赵瑞瑞, 彭燕秋, 赖学君, 吴志隆, 高杰, 许文成, 王立娜, 丁沁, 方永进, 曹余良 2024 (11):  4124-4132.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0560 摘要 ( 86 )   HTML ( 20 )   PDF(2533KB) ( 55 )   随着钠离子电池技术的不断发展，深入探索其存储过程中的容量损失机理对提高电池系统日历寿命具有重要意义。本文对焦磷酸磷酸铁钠[Na4Fe3(PO4)2P2O7]基钠离子电池的高温存储性能进行了详细研究，通过透射电子显微镜(TEM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及X射线光电子能谱(XPS)等多维度分析技术，全面剖析了正负极活性材料在高温存储过程中的容量损失率、结构、形貌及界面组分的变化。研究结果表明，高温存储后电极活性材料的比容量仅出现轻微衰减，正负极活性材料结构也未见受损，且正极铁元素溶出串扰并不显著。然而，负极侧固体电解质界面(SEI)膜增厚现象十分显著，表明存储期间负极SEI膜会不断溶解生长，且新生成的SEI膜以有机物为主。这一发现揭示了负极侧界面副反应是钠离子电池存储容量损失的主要因素。本研究不仅深化了对钠离子电池日历老化机制的理解，也为后续提升电池性能提供了重要的科学依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

受限空间NCM811锂离子电池热失控蔓延及痕迹特征研究 韩登超, 裴苑翔, 刘朝阳, 刘松涛, 王淮斌, 孙均利, 王永路, 韩彧 2024 (11):  4133-4142.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0447 摘要 ( 37 )   HTML ( 18 )   PDF(12911KB) ( 33 )   随着人们对电动汽车续航里程要求的不断提高，Li(Ni x Co y Mn1-x-y )O2(NCM)电池包内电池单体正极材料不断由低镍Li(Ni x Co y Mn1-x-y )O2(NCM111)向Li(Ni x Co y Mn1-x-y )O2(NCM811)高镍转变。本文以51 Ah的NCM811锂离子电池为研究对象，研究其在受限空间内的热蔓延行为、形变特征以及失控前后痕迹特征。结果表明，100%荷电状态(SOC)的NCM811电池模组在受限空间内发生热失控时，全部电池单体均喷发大量红色高温颗粒物，但仅有触发电池失控时出现射流火喷射特征，结果表明受限空间能够抑制电池模组热失控过程中火焰的产生，但是并不能阻止锂离子电池模组的热蔓延行为。100%SOC NCM811电池热失控时的前后表面温度介于820~979 ℃；热失控蔓延时间介于52~106 s；质量损失介于390~462 g；质量损失百分比介于45.58%~52.73%；电池正极材料颗粒热失控后出现明显的团聚现象，颗粒表面出现大量孔洞，正极材料表面O元素含量占比由39.96%减小至32.15%。本文研究内容可为高镍三元锂离子电池模组安全优化设计、热失控蔓延抑制及高镍电池热失控事故调查提供理论依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

软包三元锂离子电池热失控毒性产物分析及结构变化研究 周添, 孙杰, 李吉刚, 卫寿平, 陈静, 张帆 2024 (11):  4143-4154.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0519 摘要 ( 46 )   HTML ( 13 )   PDF(17621KB) ( 44 )   本研究旨在深入探究三元电池在热失控过程中产生的毒性产物，并分析电池结构变化对电学性能和安全性的影响。随着电动汽车市场的快速增长，三元电池因其高能量密度和较长的使用寿命而广受欢迎。然而，电池热失控作为电动汽车安全的重大隐患，已成为行业关注的焦点。本研究首先通过火焰触发三元电池的热失控反应，并对反应过程中产生的气体进行收集和分析。实验结果显示，随着荷电状态(state of charge,SOC)的升高，电池热失控也越发剧烈，一旦开始热失控，极易引起周围电池的连锁反应。同时热失控过程中会产生包括一氧化碳(CO)、氟化氢(HF)、丙烯醛、丙烯腈以及含有苯环的有毒有害气体。其中，一氧化碳和其他一些高毒性的化合物对人体健康构成严重威胁。在毒性产物分析的基础上，本研究进一步探讨了热失控过程中电池结构的变化。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等先进表征手段，对热失控前后的电池材料进行观察和分析。结果表明，热失控过程中，电池的正负极材料会发生明显的热解和氧化反应，产生大量的气体和高分子化合物，这些产物会进一步加剧电池的热失控，并导致电池结构的破坏。本研究不仅揭示了三元电池热失控过程中产生的毒性产物及其危害，还深入分析了热失控过程中电池结构的变化。这些研究成果不仅为电动汽车的安全评估提供了重要的数据支持，也为三元电池的改进和优化提供了有益的参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂离子电池热失控气体产物检测及分析技术研究进展 卫寿平, 孙杰, 李吉刚, 周添, 陈静, 党胜男, 唐娜, 张帆 2024 (11):  4155-4176.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0537 摘要 ( 67 )   HTML ( 27 )   PDF(10263KB) ( 73 )   锂离子电池热失控会释放出大量气体，引起了许多研究者的关注。对热失控气体产物进行检测和分析是锂离子电池热失控研究中的重要组成部分。首先介绍了热失控不同阶段发生的反应并梳理出主要气体产物的来源。然后重点综述了当前锂离子电池热失控气体产物的主要检测和分析技术，包括气体传感器、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱(GC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、拉曼光谱、离子色谱(IC)、复合气体分析仪及上述技术的组合联用，归纳了各种技术的实际运用效果，分析了每种技术存在的不足，提出了解决问题的方法建议，并总结出每种技术的优缺点及发展和应用情况。接着针对锂离子电池热失控气体产物检测结果的研究现状，从产气机理、气体成分和产气量、燃爆危险性、毒害、监测预警五个方面进行了阐述分析，可为锂离子电池的安全使用和发展提供帮助。最后基于对检测技术优点及气体产物研究内容的分析，推荐气体传感器和GC-MS+气体传感器为相对最适合气体分析的技术，可为检测技术的选择提供借鉴。文章结尾展望了气体产物检测和分析技术未来优化发展方向和前景，为相关技术的研发工作提供参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于正交实验的双流体喷雾对电池包内热失控锂电池降温效果研究 朱鹏杰, 李伟, 张楚, 宋浩, 李贝贝, 刘秀梅, 刘利利 2024 (11):  4177-4186.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0566 摘要 ( 31 )   HTML ( 9 )   PDF(5997KB) ( 20 )   锂电池热失控具有温升速率快、易蔓延、化学反应复杂等特点，一般消防措施难以对其进行快速灭火降温。本工作提出使用CO2和水组成低压双流体雾化喷雾消防系统，将此系统应用于液冷型电池包内热失控锂电池的消防降温，监测电池包内部以及电池温度变化，设计正交试验探究双流体喷雾各因素对电池包内的热失控锂电池降温效果的影响程度，分析各因素对于实验结果的影响。实验结果表明：双流体喷雾在电池包内的弥漫特性良好，能够对位于雾化喷嘴正下方的热失控电池进行有效降温，并且气体压力越高，水流量越大，喷嘴气孔数越多，雾滴弥漫性越好，电池降温时间越短，其中，雾化气体压力对实验结果的影响最为显著。最优水平参数下组合的双流体喷雾能够在较短时间内将热失控电池降温至安全温度，并有效抑制热量进一步传播。本工作研究成果在成本、环保性、二次伤害及降温效果上均优于传统灭火系统，可为储能电站及储能柜消防系统设计提供一种新的思路。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于预测误差的锂离子电池热失控预警方法研究 蒋建杰, 楼平, 徐国华, 来骏, 王瑶, 曹志成, 张炜鑫, 曹元成 2024 (11):  4187-4197.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0539 摘要 ( 51 )   HTML ( 19 )   PDF(2286KB) ( 46 )   锂离子电池对于推动可再生能源的广泛利用、实现电网的平稳运行等具有举足轻重的意义，但其热失控形成的热蔓延会造成巨大损失。锂离子电池热失控预警技术已经成为预防电池安全问题的有效手段。以280 Ah方形铝壳磷酸铁锂(LFP)电池为例，本工作搭建了锂离子电池热失控试验平台，采用正常循环与过充诱发热失控的方式，采集了锂电池表面温度、输出电压及电池膨胀压力信号等数据集，样本总量为66895个，其中过充热失控样本245个。该数据集在时间序列上描述了电池从正常循环到过充再到热失控的连续过程，通过测量电池膨胀压力信号，有效映射了电池内部体积变化。进一步在数据集的基础上，设计了一种基于注意力机制-残差结构-长短时记忆网络(SE-Res-LSTM)的电池膨胀压力回归预测算法，并利用预测误差对电池过充热失控进行实时检测。在时效性上，在电池发生过充12 s后，即能检出早期过充热失控风险，相比于以电池表面达到60 ℃的温度划分方法提早233 s，显著提高了预警时效性和准确性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

新能源汽车检测站复合储能系统的使用与维护 逯云杰 2024 (11):  4198-4200.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1018 摘要 ( 29 )   HTML ( 13 )   PDF(529KB) ( 13 )   随着新能源汽车产业的快速发展，检测站作为保障车辆安全与性能的重要环节，其能源供应系统的稳定性和效率成为关键。复合储能系统，作为新能源汽车检测站的核心能源支撑，结合了多种储能技术的优势，为检测站提供了稳定、高效的能源供应。本文旨在探讨新能源汽车检测站复合储能系统的使用与维护策略，分析其工作原理、应用场景、维护方法，并提出优化建议，以期为新能源汽车检测站的能源管理提供参考。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于节能降耗的飞轮储能电力计量技术 熊霄 2024 (11):  4201-4203.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1020 摘要 ( 21 )   HTML ( 9 )   PDF(519KB) ( 22 )   飞轮储能电力计量技术，是一种将飞轮储能与电力计量技术相结合的创新型电力管理技术。飞轮储能以其高功率密度、长寿命、快速响应和环保无污染等特点，在电力系统中展现出巨大的应用潜力。而电力计量技术则是电力系统中的重要组成部分，用于准确计量和监测电能的使用情况。将两者结合，飞轮储能电力计量技术旨在提高电力系统的运行效率，优化资源配置，并推动电力行业的可持续发展。本文从节能降耗的角度出发，分析飞轮储能电力计量技术的应用研究情况，并从多个角度阐述未来飞轮储能电力计量技术的应用研究方向，以实现对电力系统的高效、绿色管理。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

压缩空气储能中的高效率数字LDO电路设计 刘洋洋 2024 (11):  4204-4206.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1022 摘要 ( 33 )   HTML ( 10 )   PDF(511KB) ( 8 )   压缩空气储能作为一种新兴的储能技术，以其大规模、高效率、环保等优点受到了广泛关注。然而，储能系统对电源稳定性有着极高的要求，因此设计引入高效率数字LDO低压差线性稳压器对提高压缩空气储能系统的稳定性与安全性具有重要作用。本文综述了压缩空气储能中的LDO电路设计流程，包括LDO技术自身原理和研究进展、压缩空气储能中的LDO电路设计需求，最后分析阐述了LDO电路设计对压缩空气储能的实际提升。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

热点点评

锂电池百篇论文点评（2024.8.1—2024.9.30） 孙蔷馥, 岑官骏, 乔荣涵, 朱璟, 郝峻丰, 张新新, 田孟羽, 金周, 詹元杰, 闫勇, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 周洪, 黄学杰 2024 (11):  4207-4225.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0982 摘要 ( 96 )   HTML ( 33 )   PDF(2369KB) ( 117 )   本文是一篇近两月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2024年8月1日至2024年9月30日上线的锂电池研究论文，共有6182篇，选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于高镍三元、钴酸锂的掺杂改性和表面包覆，以及它们在长循环过程中的结构演变等。负极材料的研究重点包括硅基负极材料制备优化和黏结剂的制备以缓冲体积变化、复合金属锂负极的制备和界面构筑与调控。固态电解质的研究主要包括氯化物固态电解质和聚合物固态电解质的结构设计以及相关性能研究，电解液研究则主要包括不同电解质盐和溶剂对各类电池材料体系适配的研究，以及对新的功能性添加剂的探索。针对固态电池，正极材料的体相改性和表面包覆、复合正极制备与界面修饰、锂金属负极的界面构筑和三维结构设计有多篇文献报道。锂硫电池的研究重点是硫正极的结构设计、功能涂层和电解液的改进，固态锂硫电池也引起了广泛注意。电池工艺技术方面的研究包括干法等电极制备技术、电池安全性、电池回收等的研究。表征分析涵盖了正极材料的结构相变、锂沉积负极的界面演变等。理论模拟工作是关于无机固体电解质中离子输运的研究。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能技术经济性分析

考虑输电约束的风力发电系统压缩空气储能可靠性与经济性评价 贺鸿鹏, 王小宇, 徐美娇, 马成龙, 张伟, 张丽 2024 (11):  4226-4234.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0489 摘要 ( 31 )   HTML ( 4 )   PDF(1130KB) ( 25 )   压缩空气储能被视为一种可行的方案，用来解决风力发电中的可变性和不确定性问题。储能系统的运营策略取决于当前的市场和监管环境，这将直接影响整个系统在质量、可靠性、效率和环保方面的表现。压缩空气储能系统可以独立运行，以利润最大化，也可以与风力发电协同运行，以充分利用可再生能源，并实现市场共赢。本文探讨了压缩空气储能在输电约束型风力综合发电系统中的应用和潜在收益。本文开发了综合模型，用于优化风能和压缩空气储能的运营策略，并量化了压缩空气储能对系统可靠性、效率和环保目标的贡献。研究结果显示了在不同方面平衡压缩空气储能的潜在收益。所提出的方法和分析结果可为公用事业单位提供有价值的参考，以制定有效的监管框架，推动大规模储能的整合，有效支持未来可再生能源的发展，同时确保可靠供应给电力消费者。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能学科建设

氢能学科建设探索与人才培养研究 马美倩, 王艺霖, 邓传浩, 李惊涛, 赵凡, 沈国清 2024 (11):  4235-4246.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0538 摘要 ( 32 )   HTML ( 20 )   PDF(8093KB) ( 26 )   能源是经济社会发展的重要基础和保障，我国能源结构长期以煤为主，是全球最大的碳排放国家，能源清洁低碳转型要求紧迫。氢能作为清洁、低碳的二次能源，是能源低碳转型的关键。本文首先介绍了氢能产业的现状。为推动氢能产业发展，国家相继出台了一系列政策，在政策的推动下，氢能产业迅猛发展，但与国外发达国家相比还存在一定差距，氢能关键核心技术问题仍需突破，急需培养氢能领域“高精尖”人才以支撑氢能产业的发展。其次，本文阐述了我国氢能学科的建设情况。专业建设方面，目前氢能科学与工程作为新兴专业，开设院校还比较少，仅有六所高校开设了该专业；科学研究方面，各大高校成立科研团队、建设科研平台以开展氢能领域科学研究。此外，本文还介绍了氢能相关其他学术建设情况，包括出版氢能领域书籍、创办氢能相关期刊以及成立氢能领域学会的情况。之后，本文结合氢能多学科交叉特点，探索了氢能学科体系建设；结合氢能全产业链情况，围绕氢制备、氢储运、氢应用、氢安全四大方向，探索了氢能学科方向设置；围绕氢能人才培养，提出了氢能学科“学科交叉、产教融合、科教协同、国际交流”的人才培养模式，以培养氢能领域“综合型、应用型、创新型以及国际化”的杰出人才。最后，围绕氢能学科建设以及人才培养给出建议。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标