储能科学与技术

2018 (5): 0-0.

摘要 ( 225 )

PDF(3161KB) ( 200 )

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飞轮储能技术研究五十年评述

戴兴建, 魏鲲鹏, 张小章, 姜新建, 张剀

2018 (5): 765-782. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0083

摘要 ( 933 )

PDF(18911KB) ( 1020 )

本文回顾了飞轮储能技术研发50年的历程，分析了飞轮储能技术特点、应用领域以及关键技术问题。飞轮储能具有功率密度高、循环寿命长、响应迅速、能量可观性好以及环境友好的优点。当前，研制的飞轮储能系统单体能量为0.5~130 kW·h，功率为0.3~3000 kW。重点关注了飞轮用低成本高比强度新材料、高温超导磁悬浮技术。飞轮储能在电能质量调控、不间断过渡电源以及电网调频领域实现了商业化应用，在车辆混合动力领域的示范应用中实现节能20%~30%，处于产业应用的临界点。针对电网规模大功率、高能量储能需求，发展趋势是由数十千瓦时以下发展到百千瓦时，并通过阵列化组装成10~100 MW储能系统，放电时间可拓展到1 h。

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储能飞轮中的主动磁轴承技术

张剀, 徐旸, 董金平, 张小章

2018 (5): 783-793. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0014

摘要 ( 481 )

PDF(10737KB) ( 600 )

主动磁轴承作为一种先进的支承技术，在飞轮储能系统中得到了成功应用。本文首先介绍了国内外研究机构在飞轮系统中应用主动磁轴承的情况。之后，分别探讨了主动磁轴承应用于高速飞轮需要解决的各个关键技术问题，展望了它在高速飞轮系统中的应用前景。

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磁悬浮飞轮储能系统中电机干扰特性分析及监测方法研究

李树胜, 付永领, 刘平, 王志强

2018 (5): 794-803. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0157

摘要 ( 580 )

PDF(13372KB) ( 431 )

本文基于飞轮三相永磁同步电机的特性，研究影响飞轮电机控制性能的干扰因素并对其特性进行分析。首先建立动基座条件下飞轮转子的动力学模型，在此基础上对影响电机性能的内外多源干扰进行建模和特性分析，给出详细的干扰模型以及所包含的结构类型。针对干扰所必需的输入参数，设计并实现了飞轮干扰状态的监测系统，获取飞轮实时转速、磁偏转角和基座振动等信息。最后，给出磁悬浮储能飞轮系统实验装置和飞轮参数，为飞轮电机干扰特性验证和干扰抑制方法提供必要基础。

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飞轮储能系统E型径向电磁轴承动态工作区分析

韩永杰, 李翀, 王昊宇, 任正义, 吴滨

2018 (5): 804-809. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0012

摘要 ( 327 )

PDF(4483KB) ( 314 )

以10 kW·h飞轮储能系统的电磁轴承为对象，分析了E型12极径向电磁轴承的动态载荷特性。通过电磁轴承动态载荷区图，建立了转子不平衡激励载荷与动态载荷区的联系，以提高最大承载能力为目标，合理匹配了电磁轴承磁铁与功率放大器组合。确定了执行器的主要技术参数和转子动平衡精度等级，为磁悬浮储能飞轮系统总体设计、电磁轴承系统设计提供了设计方法和理论依据。

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针对并网型风储微网的飞轮储能阵列系统控制方法

郭伟, 张建成, 李翀, 苏浩

2018 (5): 810-814. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0013

摘要 ( 516 )

PDF(3856KB) ( 569 )

由于新能源发电存在波动性和间歇性，其大量接入时会给电网运行带来新的困难，而利用储能技术提高新能源的可调度性是当前研究的热点。为缓解新能源并网对电力系统的不良影响，针对并网型风储微网提出了一种基于飞轮储能阵列系统的分层优化控制方法，上层优化中心根据功率缺额和各台飞轮的转速建立相应充/放电优化模型，并求解相应飞轮的功率参考值；下层飞轮控制器采用双模双环控制方法，实现飞轮转速和输出功率的控制，最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。

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多环过盈配合复合材料飞轮应力和位移分析

韩永杰, 李翀, 王昊宇, 任正义

2018 (5): 815-820. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0011

摘要 ( 417 )

PDF(3582KB) ( 396 )

储能飞轮由轮毂和多环复合材料轮缘组成，飞轮旋转时轮毂和轮缘既受到离心力作用，同时又受到内外界面压力的作用，且不同转速下界面压力不断变化，使得分析计算由静止到最大工作转速的不同工况，以及飞轮上不同径向位置的应力非常复杂。本工作在平面应力下分别推导了各向异性材料轮缘在离心力作用下和受内外压力作用下的应力和位移解析式，进而采用叠加原理可计算飞轮在不同转速工况、径向不同位置的应力和位移，简化了应力和位移求解过程，可用于飞轮环间过盈量的确定、强度校核和极限转速计算等设计与分析。应用这种方法对一个实际飞轮进行了分析，并绘制了应力和位移曲线。

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盘式和柱式飞轮转子系统临界转速分析

任正义, 周元伟, 马燕芹, 黄同

2018 (5): 821-827. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0076

摘要 ( 485 )

PDF(7331KB) ( 234 )

针对飞轮储能系统升降速实验中极限转速为9300 r/min，小于飞轮储能的最高工作转速15000 r/min，这会大幅降低飞轮储能系统的最大储能量。为提高飞轮储能实验中极限转速，从结构设计角度出发，采用理论公式分析、SAMCEF Rotor有限元仿真分析并结合实验数据来研究盘式飞轮转子和柱式飞轮转子的临界转速分布规律及其稳定性。分析发现，质量相同、结构不同的盘式飞轮转子其二阶临界转速远远超过柱式飞轮转子，两者的一阶临界转速相同。根据不同工作转速和储能量要求的飞轮转子，采取不同的结构方案，确保其达到工作转速要求并稳定运行。

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磁悬浮飞轮动态UPS系统对拖充放电实验方法研究

李树胜, 付永领, 刘平, 戴兴建, 李云龙

2018 (5): 828-833. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0099

摘要 ( 498 )

PDF(6138KB) ( 493 )

首先介绍飞轮动态UPS系统组成及工作原理，并对飞轮交流并网拓扑及阵列结构进行分析。在此基础上，针对电网容量受限和电能浪费问题，开展基于飞轮阵列对拖充放电实验方法研究。通过搭建飞轮阵列硬件平台，给出飞轮UPS的直流母线并网逻辑、软件控制架构和实际对拖实验运行过程。最后给出了磁悬浮飞轮动态UPS实验装置和系统参数。

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微电网飞轮储能阵列协调控制策略研究

金辰晖, 姜新建, 戴兴建

2018 (5): 834-840. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0115

摘要 ( 438 )

PDF(4590KB) ( 339 )

本文研究了并联到同一直流母线的飞轮储能阵列协调控制策略，对经典的3种功率控制策略下的荷电状态（SOC）变化率进行了推导和分析，提出改进系数的下垂控制策略，同时针对微网电压低、阻抗小引起的静态误差控制问题，采取引入虚拟阻抗的改进系数下垂控制策略进行补偿，从而改善了系统功率分配精度。最后建立了含风电场的微电网模型，仿真验证上述控制策略的有效性。

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1 MW阵列式飞轮储能系统在城市轨道交通中的应用

王大杰, 孙振海, 陈鹰, 李胜飞, 赵思锋, 温海平

2018 (5): 841-846. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0136

摘要 ( 587 )

PDF(7285KB) ( 314 )

本文根据城市轨道交通的运行特点和车辆参数提出了一种1 MW阵列式飞轮储能系统，用来吸收再利用机车制动时产生的制动电能。通过对比不同类型的再生制动能量回收方式，突出飞轮储能系统应用在城市轨道交通的必要性和先进性。文中通过对某些线路进行数据测试，根据现有单台飞轮储能装置进行阵列式组合，通过产品优化以及安全计算和工程实施预判，组装出容量为1 MW的阵列式飞轮储能系统，并证明了1 MW阵列式飞轮储能系统在城市轨道交通应用的正确性和可实施性。

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飞轮储能装置在重要场所供电中的应用

张艳妍, 宋玮琼, 赵成, 蒙海军, 李国昌, 李蕊, 彭放, 周文斌, 孙健, 李娜, 柏卉

2018 (5): 847-852. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0120

摘要 ( 431 )

PDF(5542KB) ( 309 )

飞轮储能设备在重要场所，可以被用于支撑大功率负载。应用时，需充分考虑供电系统的电能质量指标，电能质量可以系统地用各种指标描述。本文首先介绍了电能质量的国家标准，其次介绍了几类较常见的电压敏感类用电设备。最后介绍了一个案例，案例显示飞轮储能设备在重要场所带大功率敏感用电设备时，其输出稳定可靠。

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飞轮储能系统在电气化铁路的应用与研究

王大杰, 陈鹰, 唐英伟, 李胜飞, 赵思锋

2018 (5): 853-860. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0137

摘要 ( 422 )

PDF(5459KB) ( 488 )

本文提出了通过飞轮储能系统在线路负荷较重时对电网释能来降低变压器的出力，从而降低最大需量值或变压器容量；因为铁路负序最严重的时候为变压器处于峰值功率时，所以还可有效降低负序电流。由于飞轮储能装置是个储能体，同时具备储能和释能的双重功能，所以此系统还可吸收再利用机车制动时产生的制动电能，有效降低电度电费成本。本文先后介绍了系统整体结构、变流器系统、飞轮储能装置、测控单元，然后根据实际变电站参数和实测牵引负荷数据建立了该系统的仿真模型进行仿真，表明了所提出的飞轮储能系统应用于电气化铁路进行削峰填谷的正确性。

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全固态聚合物锂电池的科研进展、挑战与展望

张建军, 董甜甜, 杨金凤, 张敏, 崔光磊

2018 (5): 861-868. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0139

摘要 ( 1057 )

PDF(8637KB) ( 1211 )

锂离子电池已经广泛地应用于国民经济的诸多方面。然而，随着消费电子产品和电动汽车对锂离子电池能量密度和安全性能要求的不断提升，开发兼顾两者性能的高性能锂离子电池迫在眉睫。基于传统液态有机碳酸酯类电解液的锂离子电池存在电解液泄漏、挥发、燃烧、爆炸等潜在安全隐患。相对于无机全固态锂电池而言，全固态聚合物锂电池更容易大规模制造，是实现锂电池高能量密度和高安全性的相对理想的解决方案。作为全固态聚合物锂电池的最核心部件，全固态聚合物电解质起着至关重要的作用。基于此，本文重点论述了聚环氧乙烷、聚硅氧烷、脂肪族聚碳酸酯等几种典型全固态聚合物电解质的科研进展。与此同时，还对近几年国内外知名公司企业以及科研院所在全固态聚合物锂电池方面的技术应用现状和专利布局进行了系统分析。文末还对全固态聚合物锂电池用高性能全固态聚合物电解质的设计制备、新型锂盐开发、正极材料黏结剂、负极优化、界面构筑调控、制备成型工艺等方面面临的主要挑战和发展趋势进行了阐述。

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锂电池百篇论文点评(2018.6.1-2018.7.31)

詹元杰, 武怿达, 赵俊年, 金周, 张华, 起文斌, 田丰, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 黄学杰

2018 (5): 869-880. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0152

摘要 ( 485 )

PDF(13601KB) ( 799 )

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，我们以"lithium"和"batter^*"为关键词检索了Web of Science从2018年6月1日至2018年7月31日上线的锂电池研究论文，共1706篇，选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了层状材料的结构演变及表面包覆对层状和尖晶石材料循环寿命的影响。高容量的硅、锡基负极材料研究侧重于纳米材料、复合材料、黏结剂及反应机理研究，金属锂负极、固态电解质、锂空电池、锂硫电池的论文也有多篇。理论模拟工作包括材料体相、界面结构和输运性质，除了以材料为主的研究之外，针对电池的原位分析、电池模型的研究论文也有多篇。

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无机水合盐三水乙酸钠作相变储热材料的研究进展

李金田, 茅靳丰

2018 (5): 881-887. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0078

摘要 ( 313 )

PDF(7506KB) ( 182 )

三水乙酸钠是一种研究较为广泛的无机水合盐类潜热储热材料，但其在储能工程应用中存在过冷、相分层及低导热率等问题。本文综述了解决这3类问题的国内外最新研究进展，目前主要采用试验法寻找成核剂和增稠剂来解决相分层和过冷问题，还没有找到理论依据来确定添加剂配方和用量。采用添加高导热率的物质来改善其导热效率，但三水乙酸钠的稳定性较差，应用于相变储热装置必须进行复合化、定型化、纳微化等处理。最后总结指出，三水乙酸钠储热材料的研究应该结合相变储热装置和系统进行，研制高充放热功率的储热换热器是关键，且应重点强化材料侧的传热效率。

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锂离子电池正极材料生产技术的发展

王莉, 何向明, 高剑, 李建军, 姜长印

2018 (5): 888-896. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0085

摘要 ( 463 )

PDF(10218KB) ( 554 )

本文对锂离子电池正极材料生产制备技术的发展历史进行了回顾，对锂离子电池正极材料的发展方向进行了分析。20世纪末，从锂离子电池正极材料加工性能和电池性能的角度出发，清华大学研究团队提出了控制结晶制备高密度球形前驱体的技术，结合后续固相烧结工艺，提出了制备含锂电极材料的产业技术。其中，控制结晶方法制备前驱体，可以在晶胞结构、一次颗粒组成与形貌、二次颗粒粒度与形貌，以及颗粒表面化学4个层面对材料的性能进行调控与优化。利用该技术工艺生产的材料具有颗粒粒度及形貌易控制、均匀性好、批次一致性和稳定性好的特点，可以同时满足电池对于材料电化学性能和加工性能的综合要求。因材料的堆积密度高，尤其适用于高比能量电池。该技术工艺适用于多种正极材料，并适合于大规模生产，随着时间的推移，逐步被证明是锂离子电池正极材料的最佳生产技术工艺，得到了现今产业界的普遍接受和认可。这也是我国科学工作者对国际锂离子电池产业做出的重要贡献之一。

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混合动力汽车磷酸铁锂动力电池建模与SOC计算

蒋超宇, 王伟超, 杨学平

2018 (5): 897-901. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0056

摘要 ( 642 )

PDF(3894KB) ( 686 )

为了准确和方便地研究混合动力汽车中的磷酸铁锂动力电池的性能，基于Thevenin电池模型，考虑了温度对模型的影响，通过库仑计数法估算电池荷电状态（SOC）。针对该电池，通过HPPC试验识别电池模型参数，在Matlab/Simulink中建立物理仿真模型进行仿真计算。研究表明：所使用的Thevenin电池模型精度高，对比模拟和实测端电压结果，两者变化趋势基本相同，端电压平均误差为3.6 V，最大误差为12.6 V，占电池额定电压0.79%，能真实的模拟电池充放电特性；结合库仑计数法计算电池SOC，能有效控制SOC的估算值在高精度范围内。模拟SOC和实测SOC结果进行对比表明，SOC精度保持在3%以内。

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考虑空气压缩因子变化影响的地下储气库热力学过程分析

蒋中明, 刘澧源, 胡炜, 梅松华, 李鹏

2018 (5): 902-907. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0041

摘要 ( 468 )

PDF(4676KB) ( 346 )

为了解空气压缩因子变化对压气储能电站地下储气库热力学过程的影响，研究了考虑压缩因子变化条件下的压缩空气热力学过程的计算方法，利用实测数据论证了4种压缩因子计算方法的合理性，结合工程算例，研究了循环充放气状态下地下储气库压缩空气温度及压力变化规律。研究表明，空气压缩因子变化对压缩空气温度和压力计算值有显著影响；循环充放气条件下空气压缩因子、温度和压力均随充放气次数的增加呈现出增大趋势，并逐渐趋于稳定；压缩空气温度计算值对压缩因子的敏感程度大于压缩空气压力计算值。将压缩空气假定为理想气体对储气库温度的估计将产生较大影响，因此，考虑压缩因子的影响是必要的。

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锂离子电池高温化成工艺研究

魏文飞, 钟宽, 蒋世用

2018 (5): 908-912. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0068

摘要 ( 1495 )

PDF(5254KB) ( 1214 )

为缩短锂电池生产工艺时间、节约成本，高温压力化成受到工艺人员的关注，本文以钴酸锂-石墨体系的软包装锂离子电池为研究对象，研究了高温压力化成工艺中温度对化成效果的影响。在某一压力作用下，采用不同化成温度，分析了不同化成温度对应的实际化成时间、化成电压、电压降以及电池倍率放电与高温处理的性能，结果显示化成温度越高，化成时间越长；在不同的温度下化成，对电池的循环性能及倍率性能影响不同。

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小型混流式水泵水轮机损失分析与正交优化设计

严健儒, 左志涛, 侯虎灿, 周鑫, 陈海生

2018 (5): 913-920. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0093

摘要 ( 397 )

PDF(6355KB) ( 330 )

为了研究各部件对小型混流式水泵水轮机水泵工况和水轮机工况下水力性能的影响，对一小型水泵水轮机进行不同流量下的全流道数值模拟，针对两工况下总压损失集中的叶轮进行正交设计优化。应用L9（3⁴）正交表，选取4个叶轮关键设计参数，以水泵工况扬程偏离率、效率和水轮机工况效率作为目标，进行4因素3水平的正交设计，并通过全流道数值模拟方法和极差分析方法进行选优。结果表明叶片出口直径对泵和水轮机工况性能影响最大，优化后水泵设计工况效率提高了1.06%，水轮机设计工况效率提高1.62%，其相应最优工况点因包角增加而向小流量工况移动。

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622型三元正极材料的制备及其电化学性能

夏志美, 陈浩, 肖利, 刘鹏程

2018 (5): 921-925. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0112

摘要 ( 588 )

PDF(7087KB) ( 518 )

将622型前驱体与0.24 Li₂CO₃-0.76 LiOH锂盐体系、氯化钾熔盐混合，在通空气气氛中采用熔盐法制备了622型三元电池正极材料（LNCM），采用XRD和SEM表征考察了锂源和钾盐的比例及焙烧温度和时间对LNCM晶体结构的影响，得出最佳制备条件为：锂源与钾盐1：5，前驱体和锂源1：1.1，焙烧温度为750℃，焙烧时间为15 h。将LNCM作为正极材料组装成扣式电池，对其进行了多项电化学性能指标测试，结果表明该材料在2.7~4.3 V内，0.1 C放电倍率下，具有182.5 mA·h/g首次放电容量，库仑效率为89.1%；在2.7~4.5 V，0.1 C条件下循环100圈后容量仍有183.2 mA·h/g，容量保持率为91.5%。

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锂电池研究中的电导率测试分析方法

许洁茹, 凌仕刚, 王少飞, 潘都, 聂凯会, 张华, 邱纪亮, 卢嘉泽, 李泓

2018 (5): 926-957. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0162

摘要 ( 2256 )

PDF(37535KB) ( 3652 )

锂电池活性电极材料的锂离子电导率、电子电导率以及电解质的锂离子电导率与锂电池的动力学行为密切相关。电导率的测试分析有助于理解材料的电化学性能，常用的方法包括直流法、交流阻抗法和直流极化法等。本文根据电解质材料和活性电极材料的不同导电特性，分类介绍了电导率测试选取的方法、原理、设备、测试流程和注意事项，并结合具体案例阐述数据的分析。

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