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    2021年, 第10卷, 第2期 刊出日期:2021-03-05 上一期    下一期
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    2021 (2):  0. 
    摘要 ( 142 )   PDF(2630KB) ( 94 )  
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    热点点评
    锂电池百篇论文点评(2020.12.12021.1.31
    乔荣涵, 岑官骏, 申晓宇, 田孟羽, 季洪祥, 田丰, 起文斌, 金周, 武怿达, 詹元杰, 闫勇, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 黄学杰
    2021 (2):  393-407.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0059
    摘要 ( 677 )   HTML ( 132 )   PDF(1585KB) ( 825 )  

    该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12月1日至2021年1月31日上线的锂电池研究论文,共有3193篇,选择其中100篇加以评论。层状正极材料的研究集中在高镍三元材料和富锂相材料,其相关研究关注表面包覆层、前驱体及合成条件、循环中的结构变化。硅基复合负极材料的研究重点包括对硅颗粒的包覆,具有三维结构的硅/碳、硅/铜复合电极。碳负极及金属锂负极,尤其是金属锂负极界面及三维结构设计,同样是受重点关注的研究对象。固态电解质的研究主要包括对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物与氧化物固体电解质复合材料的合成以及相关性能研究。液态电解液方面包括提升石墨负极的性能,及适应高电压镍锰酸锂、三元层状材料、钴酸锂、富锂材料等正极材料电池的添加剂研究。针对固态电池,复合正极制备、双层电解质结构、锂金属界面修饰等都是主要研究内容,其他电池技术主要偏重方面还有三维结构锂硫正极设计,导电添加剂对正负极的影响等。表征分析涵盖了金属锂沉积过程、硅负极的体积膨胀问题、正极微结构和电池气胀问题。理论模拟工作涉及SEI形成机制以及厚电极电池的动力学,界面问题涉及层状正极固液态电池界面、液态电解质负极电极、固态电解质与Li界面等。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能材料与器件
    富锂锰基层状氧化物正极材料面临的挑战及解决方案
    张祖豪, 丁晓凯, 罗冬, 崔佳祥, 谢惠娴, 刘晨宇, 林展
    2021 (2):  408-424.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0402
    摘要 ( 1050 )   HTML ( 144 )   PDF(25406KB) ( 1519 )  

    纯电动汽车和插电式混合动力汽车的快速发展对锂离子电池的能量密度与循环寿命等提出了更高的要求,而正极材料是决定锂离子电池性能的最关键部分。富锂锰基层状氧化物(LMLOs)因具有高比容量(>250 mA·h/g)、高工作电压、低成本以及高安全性等优势被认为是下一代动力电池最有前景的正极材料。尽管如此,首次库仑效率低、电压衰减严重、循环以及倍率性能差等问题阻碍了其实际应用。本文就导致这些问题产生的根源进行了总结,包括不可逆的氧释放、层状结构向尖晶石结构的不可逆转变以及过渡金属离子的迁移和价态变化等。同时,分别从表面包覆、表面及体相掺杂、晶面调控以及表面集成结构四个方面总结了近年来国内外研究者们针对这些问题设计的解决方案。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    红磷复合负极实用化研究进展
    王莉, 刘建红, 何向明
    2021 (2):  425-431.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0342
    摘要 ( 678 )   HTML ( 58 )   PDF(2029KB) ( 856 )  

    红磷具有较高的储锂比容量和倍率性能,是近年来颇受关注的新型锂离子电池负极材料。本文对红磷负极材料的研究进展进行了简要的回顾,尤其是实用化过程中的关键指标参数,例如黏结剂、极片电化学特性、极片膨胀收缩率。同时与其他新型负极材料进行了比较。本文重点分析了红磷负极实用化的可行性,包括红磷负极在全电池应用中的优缺点,以及实用化前需要解决的重点问题。

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    碳基材料在铝离子电池中的研究进展
    杨春燕, 马云龙, 冯小琼, 张世英, 安长胜, 李劲风
    2021 (2):  432-439.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0365
    摘要 ( 618 )   HTML ( 49 )   PDF(4192KB) ( 551 )  

    碳基材料因具有资源丰富及结构多样性等优点,作为铝离子电池(AIBs)正极材料得到广泛的应用。本文总结了碳基材料在铝离子电池应用领域所发挥的重要作用,综述了碳材料作为铝离子电极材料的作用机理和研究进展,着重阐述了调控材料结构来提高电池电化学性能。在碳正极材料方面,主要概述了正极材料(石墨、石墨烯和碳纳米管)的各种形貌结构对电化学性能的影响。最后,对于碳基材料在铝离子电池领域需要解决的问题进行了探讨,以期提高铝离子电池的应用性能。

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    非晶态纳米硅粉制备方法综述
    王腾辉, 陈果, 杨学林
    2021 (2):  440-447.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0360
    摘要 ( 902 )   HTML ( 49 )   PDF(1972KB) ( 860 )  

    硅基材料是具备良好应用前景的锂离子电池负极材料。然而,硅基负极材料也面临机械稳定性和电化学稳定性差等问题,限制了其作为锂离子电池材料的实际应用。非晶态纳米硅粉通过将硅颗粒纳米化与非晶化,可显著改善机械稳定性和电化学稳定性,其有效的制备方法对于改善锂离子电池的各项性能具有重要意义。非晶态纳米硅粉的制备有以下几种方法:用还原性强的金属或非金属还原硅氧化物或卤化物;将原料硅液化或汽化后快速冷凝;通过热分解气相反应制备。本文对非晶态纳米硅粉的制备方法进行综述,包括机械球磨法、化学还原法、溶剂热法、液相急冷法以及气相沉积法等。并围绕经济性、工业化生产可行性等方面介绍了各种制备方法的优缺点。本文同时介绍了等离子蒸发冷凝法、喷雾造粒技术、自蔓延燃烧法、改良西门子法、电沉积法等其他具有可能性的制备方法,以期为非晶态纳米硅粉的制备提供更多参考。

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    锂离子电池析锂及析锂回嵌行为的三电极分析
    朱振东, 吴欢欢, 张峥, 彭文, 李丽娟
    2021 (2):  448-453.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0394
    摘要 ( 1695 )   HTML ( 148 )   PDF(1371KB) ( 1816 )  

    利用三电极电池研究了锂离子电池在不同条件下的析锂行为,并通过X射线衍射(XRD)及原子吸收(AAS)进行了相应的材料表征。结果表明,当锂离子电池在充电过程发生析锂时,其负极对参比的电势曲线在接近0 V左右会出现析锂电势平台,在接下来的放电过程中同样在0 V附近出现析锂回嵌的电势平台。因此充放电过程中在0 V新出现的平台可以作为锂枝晶形成和回嵌的判断依据,具体反应可表示为:Li+ + e-? Li。由于电极电势平台代表着相应的相变反应,故通过该电势平台对应的时间与相应的充电或者放电电流可定量分析析锂过程中可逆锂及不可逆锂的占比。此外,结合低温析锂后负极对参比电势曲线的变化及相应的相变表征结果发现,负极表面形成的锂枝晶在常温搁置期间能够重新嵌入到石墨内部。主要原因是锂枝晶与石墨形成了浓差电池,在搁置期间发生了局部放电,导致部分锂嵌入石墨。本工作提供了一种锂离子电池析锂的定量分析方法,为析锂行为的发生及预测提供实验的依据,对分析锂离子反应及失效过程有一定指导意义。

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    采用阳极预锂化技术的锂离子电池高倍率老化容量衰减机理研究
    赵鹤, 韩策, 程小露, 郝维健, 徐涵颖, 耿萌萌, 杨凯, 赵丰刚, 邱新平
    2021 (2):  454-461.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0340
    摘要 ( 954 )   HTML ( 98 )   PDF(8682KB) ( 693 )  

    通过阳极预锂化技术,可以补充锂离子电池在化成以及后续循环过程中活性锂的损失,由此提高锂离子电池的能量密度以及循环寿命。然而阳极预锂化后锂离子电池衰减机理如何变化,一直没有明确的研究结论。本文研究了经阳极预锂化的石墨-磷酸铁锂电池在高倍率老化过程中,充放电电位、电池容量、电池健康状态(SOH)、电化学阻抗等的演变过程,并研究了电池性能衰减过程中正、负极片的表面形貌、晶体结构、热稳定性变化过程。研究结果表明,在一定的补锂量范围内,阳极预锂化技术不影响电池的寿命衰减机理,而是通过克服不可逆活性锂损失来延长电池循环寿命。

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    锂离子电池正极材料循环稳定性的基因规律
    杨民安, 陈宁, 王博, 张乾, 陈敬沛, 赵海雷, 李福燊
    2021 (2):  462-469.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0361
    摘要 ( 662 )   HTML ( 77 )   PDF(2144KB) ( 769 )  

    锂离子电池正极材料需要有较大的能量密度和稳定的循环寿命,循环寿命与其脱锂前后的结构变化有直接关系。但是,影响循环寿命的原子层次因素是什么,还没有明确的答案。探究和优化正极材料的核心工作就是要寻找微观结构与性能之间的关系,这里不仅需要用到大数据统计,也需要对比分析脱锂前后的结构变化特征参数。通过分子动力学方法计算得到了18种典型正极体系的体积和弹性模量的变化,分析发现不同正极材料体系都对应了一个反映收缩能力的压强值,它主要由体积变化率与弹性模量的乘积决定,体现了不同材料脱锂后的稳定性差异。对于含Co/Ni/Mn/Fe等过渡族金属的正极材料,这个参数与循环稳定性呈一定的线性关系,收缩压强大的体系有更优秀的循环性能。同时,电子结构层次中的电荷密度也是影响锂离子电池循环性能的本征因素之一。本研究探索也表明,大数据配合理论计算是寻找材料规律的有效方法,得到的基本规律对于优化和改善循环寿命有一定的理论指导意义。

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    锂离子电池电极结构参数对单体能量与功率的影响
    左安昊, 方儒卿, 李哲
    2021 (2):  470-482.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0381
    摘要 ( 744 )   HTML ( 68 )   PDF(4594KB) ( 889 )  

    以模型化仿真技术为基础的电池正向设计方法可替代大量制样、实验选优的试错方法,从而显著缩短产品研发周期、降低物料与能源的成本消耗、提高产品创新能力。本文基于热-电化学耦合的三维跨尺度模型,在单体尺寸与容量不变的约束条件下探究了电极结构参数如电极涂层厚度、孔隙率等对单体主要性能参数如功率、能量、单位质量与体积比功率、单位质量与体积比能量的影响,并基于过电压分解方法揭示了其影响机理。结果表明,电池电极结构参数对电池多类性能存在不同的影响趋势,应重点权衡以下设计关系:第一,厚涂、少孔的电极结构提高了电池能量,但由于增大了液相传输阻力,使得电池功率降低;第二,薄涂、多孔的电极结构提高了电池功率,但由于可能增加电池总质量,反而诱发单位质量比功率下降;第三,薄涂、多孔设计方案对于功率性能改善的效用逐步递减,到达一定临界值后,其对液相传输的改善效用几乎消失,不再是设计改进的主要方向。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    锂离子电池隔膜在压缩过程中的流固耦合效应
    马德正, 李培超, 张恒运
    2021 (2):  483-490.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0348
    摘要 ( 665 )   HTML ( 35 )   PDF(2951KB) ( 366 )  

    隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其对电池性能的影响至关重要。外载、锂离子嵌入/脱出和温度等影响导致电池组件产生应变并压缩较软的隔膜变形。多孔介质隔膜在受到压缩时的响应是由聚合物隔膜骨架的黏弹性和孔隙内部的电解液引发的孔隙弹性共同作用。为深入探讨隔膜在压缩过程中的孔隙弹性现象,本文建立了能够描述隔膜在不同应变率压缩下流固耦合效应的轴对称数学模型,模型同时引入了孔隙度和渗透率的动态特性,并利用数值模拟软件进行求解。该模型数值结果较文献中数值结果更接近实验数据。通过对隔膜内部孔隙压力、孔隙度和渗透率的研究,发现隔膜孔隙弹性效应会导致隔膜内部孔隙度和渗透率的分布不均。同时还利用该模型对隔膜的渗透率、几何尺寸、杨氏模量、泊松比、液体体积模量以及黏度开展了参数分析,探究了其对隔膜压缩过程中的孔隙弹性效应的影响。研究结果有助于深入认识锂离子电池隔膜孔隙弹性力学行为,同时还可为隔膜材料和几何参数的优化提供理论依据。

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    正负极质量非对称设计对超级电容器性能的影响研究
    凤睿, 卢海, 刘心毅, 李浩, 李祥元
    2021 (2):  491-496.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0339
    摘要 ( 488 )   HTML ( 25 )   PDF(2022KB) ( 434 )  

    在咪唑型离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4)混配有机溶剂碳酸丙酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)的电解液中,通过调整正负极活性物质的质量比(P/N比),设计制作了一系列活性炭基超级电容器。采用恒流充放电、交流阻抗、循环伏安等测试技术对超级电容器的性能特性进行了评价,系统考察了这种非对称电极设计对超级电容器整体性能的影响。结果表明:较之传统对称型电容器(即P/N=1.0),适当增加正负极质量比有助于抑制电解液的高压氧化分解,提高电容器在3 V限压条件下的循环稳定性和小电流工作时的比电容值,但是会引起电容器放电电压降与等效串联内阻的增加。当P/N比为1.4时,电容器经10 mA电流充放电循环5000次后的电容保持率达90.4%,50 mA高倍率放电时比能量与比功率分别为9.95 W·h/kg和4480 W/kg,相比对称型电容器,虽然循环性能得到显著改善,但这是以牺牲功率特性为代价。该研究指出了非对称电极结构所具有的优点,同时也揭示了其存在的不足,因此这种设计方法难以兼顾电容器的整体性能提升。

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    沸石13X在开式吸附储热中“反应波”现象研究
    董浩晖, 王丽伟
    2021 (2):  497-505.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0333
    摘要 ( 356 )   HTML ( 23 )   PDF(5582KB) ( 390 )  

    开式吸附储热是一种新型的太阳能、工业余热或低谷电力驱动的建筑清洁供热技术,而当前缺乏对其输出性能(温度稳定性、持续时长)进行准确解释和预测的理论模型,阻碍了其大规模推广应用。本文从吸附原理和反应过程出发,阐释了开式吸附反应床内的“反应波”(即匀速移动的反应区)的进入、移动和移出的过程导致了输出温度曲线的上升、稳定和下降阶段,给出了基于反应波特性参数(波长、波速)和反应床长度来计算稳定输出时长的理论公式。为了进一步研究实际运行时影响输出性能的主要因素,选用广泛应用在开式吸附储热器中的沸石13X为代表吸附剂,设计并搭建了一台红外相机观测装置。基于测得的反应床内各处吸附剂的温度变化计算得到反应波的波长和波速,进而得到反应波在整个吸附过程中的波形变化和移动情况。重点研究了入口空气相对湿度、风速和吸附剂粒径对波长和波速的影响,并比较了稳定输出时长的测量值和计算值,可用于指导采用沸石13X的开式吸附反应床设计。

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    十二烷微乳液冰浆制备与性能研究
    朱先伟, 孙志高
    2021 (2):  506-513.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0351
    摘要 ( 401 )   HTML ( 21 )   PDF(2176KB) ( 219 )  

    冰浆是一种传热性能良好的蓄冷剂和载冷剂。为了研究微乳液冰浆制备的特性,以十二烷为油相,己醇作为助表面活性剂,油酸钾、油酸钠和十二烷基硫酸铵及其混合物作为表面活性剂,制备了水包油(O/W)和油包水(W/O)型微乳液。采用了离心测试、粒径测试、电导率测试和导热率测试等方法对微乳液的性质和结构进行了表征与分析。采用恒温空气浴冷却结晶的方法进行了微乳液冰浆制备实验,根据过冷度与相变温度确定了微乳液冰浆最佳制备体系,并对该体系微乳液冰浆的生长过程进行了研究。研究结果表明,随着微乳液中油相比例的增加,形成稳定微乳液的表面活性剂的亲油性也随着增加。微乳液的油水比与己醇浓度影响冰浆过冷度和相变温度,油水比为1:9的O/W型微乳液制备冰浆的效果较好,过冷度不超过0.3 ℃,相变温度约为-0.1 ℃。利用冷热循环对微乳液及其冰浆制备过程的稳定性进行了验证,微乳液经历500次-5~25 ℃冷热循环后未发现分层现象,说明微乳液的稳定性良好,微乳液冰浆制备重复性好,可长期用于冰浆的制备。

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    一种螺旋翅片式相变储热单元的储热优化模拟
    王君雷, 徐祥贵, 孙通, 姚华, 宋民航, 王燕, 黄云
    2021 (2):  514-522.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0415
    摘要 ( 618 )   HTML ( 43 )   PDF(8266KB) ( 239 )  

    列管式换热器在相变储热领域应用广泛,但由于部分相变材料热导率偏低,导致相变换热器的换热性能较差,因此提高相变储热单元的换热效率从而缩短固液相变时间是研究重点之一。本文开展列管式相变储热单元储热过程的三维非稳态模拟工作,研究了翅片型式、螺旋翅片厚度、数目及螺旋周期对储热性能的影响规律,并探讨了相变材料熔化过程中平均温度、液相率以及储热量的变化趋势。模拟结果表明,与平板翅片相比,螺旋翅片储热单元熔化时间可缩短12.21%;随着螺旋翅片的厚度、数目、螺旋周期增加,虽储热量略降,但相变材料的熔化时间缩短,换热性能不断提升。

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    不同长径比的分形肋片强化PCM熔化传热数值分析
    罗新梅, 古家安
    2021 (2):  523-533.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0343
    摘要 ( 450 )   HTML ( 27 )   PDF(5557KB) ( 292 )  

    为了探究分形肋片强化相变传热的规律,基于相变传热理论和分形理论,建立了分形相变换热器模型,采用热焓-孔隙率法,模拟了分形肋片换热器中PCM熔化传热过程。分析了分形肋片径向长度与换热管道管径及其比值对PCM熔化传热的影响。结果表明,在Fo<0.02时,PCM熔化速率随着长径比的增大而减小;在Fo>0.02时,PCM熔化速率随着长径比的增大而增大并最终趋于平稳。在相同无量纲时刻,随着长径比增加,PCM温度分布的均匀性越好。初始时刻,热流密度随着长径比的增加而减小;熔化后期,热流密度随着长径比增加而增加,并且随着时间的推移维持在较高的稳定水平。在PCM熔化过程中,分形肋片径向长度与换热器换热管径之间存在的最佳比值为12,即在换热管径为10 mm时,分形肋片最佳径向长度为120 mm。这为分形相变换热器的结构设计提供了理论依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能系统与工程
    车用飞轮混合动力系统的应用进展
    李红, 储江伟, 孙术发, 刘贺
    2021 (2):  534-543.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0387
    摘要 ( 647 )   HTML ( 31 )   PDF(4466KB) ( 367 )  

    《节能与新能源汽车技术路线(2.0版)》的发布对汽车节能技术提出了新要求,对于传统内燃机汽车,只能通过添加二次能量存储装置实现部分制动能量回收。在几种典型的储能方式中,拉贡特性图表明飞轮储能具有高瞬时功率、高效率、快速响应、环境友好及循环寿命长等优点,从而成为传统内燃机汽车理想的二次储能技术。尽管飞轮储能技术的应用研究已经取得了一些进展,但目前国内外尚未有详细的研究来总结其在汽车工业领域上的应用。文中基于CNKI数据库、Engineering Village数据库及Web of Science 数据库以“飞轮储能”为主题进行了数据检索,重点分析了“飞轮储能”技术在汽车工业方面的研究进展,且检索数据表明,近20年来车用飞轮储能技术虽为小众研究方向,但一直都在探索中。针对电驱动式和机械式两种典型的飞轮混合动力系统,重点关注了机械式飞轮混合动力系统在汽车领域内的探索、研究及验证历程,并详细阐述了该系统的结构特点、研究现状及未来研究趋势。综合分析表明,机械式系统通过飞轮与车辆传动系统间的纯机械连接,不仅解决了电驱动式中因电驱动系统功率限制而造成的动力与节能效果不足问题,还提高了车用飞轮混合动力系统能量转化效率。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电动汽车事故致灾机理及调查方法
    王淮斌, 李阳, 王钦正, 杜志明, 冯旭宁
    2021 (2):  544-557.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0325
    摘要 ( 743 )   HTML ( 52 )   PDF(14940KB) ( 908 )  

    电动汽车动力电池的事故致灾机理比较复杂,存在多因素耦合致灾的情况,新类型的失效模式也随着使用过程而逐渐出现。因此,开展电动汽车事故原因调查工作较为困难。本文基于锂离子电池热失控机理,总结了电动汽车事故发生及演化机理,阐明现有研究对电动汽车机械诱因、电诱因、热诱因及内短路触发电池热失控的机理和演化过程的认识程度。基于此,提出了基于车载BMS数据、微观和宏观形变特征、失控后残留物辨识等技术,进一步开展电动汽车事故调查的技术思路。本文对组建电动汽车事故致灾数据库,帮助事故调查人员采用科学有效的方法梳理并建立证据链,揭示事故发生的原因,提升电动汽车灾害事故原因调查效能和行车安全性具有一定的参考价值。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    加热引发三元18650型锂离子电池组的燃烧特性
    周天念, 吴传平, 陈宝辉
    2021 (2):  558-564.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0332
    摘要 ( 788 )   HTML ( 38 )   PDF(6471KB) ( 738 )  

    为研究动力锂电池组的燃烧特性,本工作以三元18650型锂离子电池组为研究对象,在受限空间中开展了加热引发电池组热失控实验,通过温度数据采集及高清摄像的方法,对不同受热位置和不同受热功率时的锂电池组的典型特征参数进行了试验研究,包括着火时间、火焰形态、临界热失控温度等,此外还开展了水雾灭火试验。结果表明:三元锂电池组热失控温度介于120~139 ℃,最大燃烧温度会随着热源功率的增大而增加,最高温度可达800 ℃。侧面过热时锂电池组燃烧剧烈程度会随着与热源距离的增加而减弱,出现多次断续复燃现象。相比侧面过热,锂电池组底面负极过热时燃烧程度更剧烈,电池会连续喷射燃烧,同时外部热源功率的增大会缩短着火时间并加剧燃烧强度。此时采用水雾对着火的锂电池组灭火,可以对燃烧中的锂电池组进行有效的抑火降温,使电池内部温度降低到临界温度以下,从而有效防止复燃。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    逗号刮刀涂布流场理论分析与数值模拟
    梁卫华, 吴大勇, 舒均国
    2021 (2):  565-576.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0364
    摘要 ( 1131 )   HTML ( 50 )   PDF(4255KB) ( 789 )  

    逗号刮刀转移涂布是锂电池极片生产中的一种常用的涂布方式,研究涂布设备上刮刀狭缝高度与涂布湿厚度的关系具有重要的理论意义和实用价值。首先将二维流体力学基本方程纳维-斯托克斯方程按适用于刮刀涂布的条件简化为一维的雷诺润滑方程,进而应用于逗号刮刀的涂布流场研究。在该流场内,结合流场几何参数,建立了逗号刮刀压力微分方程。然后,以刮刀流场进口和出口压力为零作为边界条件,积分求解该方程,得到了涂布湿厚度与流场几何参数的关系式。研究发现,涂布湿厚度Hw与刮刀狭缝高度H0的比值在几何参数K=R/2H0的取值范围(10~2000)内趋近于2/3(0.66)。即使逗号刮刀上游几何尺寸有明显差距,它的无因次压力-位置曲线也几乎是重合的。作为该理论的验证,以Fluent软件建立了锂电池极片涂布的2D模型,通过软件参数设置中改变刮刀辊、涂布辊的半径,以及刮刀缝隙、涂布速度、涂布浆料黏度等模拟参数,求解涂布厚度并模拟流场行为。软件模拟与理论计算得到涂布厚度和流场压力分布结果高度吻合。另外,两者结果也表明涂布湿厚度Hw与刮刀狭缝高度H0比值不受涂布浆料黏度变化和涂布速度变化的影响。本研究的结果可实际用于涂布技术人员对极片涂布厚度的预测,有助于提高极片涂布的效率并减少物料损失。

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    基于示范运营的燃料电池汽车性能衰退分析方法
    郑俊生, 戴宁宁, 赵坤, 余京男
    2021 (2):  577-585.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0393
    摘要 ( 414 )   HTML ( 28 )   PDF(1090KB) ( 309 )  

    燃料电池汽车商业化示范运营项目旨在研究燃料电池汽车的商业化应用前景,并在经济性、可靠性和寿命等方面对燃料电池车辆进行改进,是促进燃料电池汽车商业化发展的重要途径。燃料电池系统的使用寿命是制约燃料电池汽车商业化发展的主要因素,因此通过示范运营项目的研究工作,分析燃料电池系统在道路工况下的性能衰减过程,阐明燃料电池系统性能衰退机制,是提高燃料电池汽车使用寿命的重要基础。本文通过对相关文献的探讨,回顾了燃料电池汽车示范运营项目的研究进展,介绍了燃料电池系统性能衰退的分析方法,指出了示范运营项目的主要研究内容主要包括运行工况分析和对电堆的性能衰退分析。重点介绍了数据驱动和基于模型的分析方法,同时对用于燃料电池电压分析的极化曲线,进行了稳态极化特性拟合的公式推导,并指出稳态极化特性拟合的结果只适用于特定的运行环境,不具有广泛的适用性。最后,本文总结了燃料电池汽车示范运营项目研究工作的重点和分析方法的发展趋势,为基于示范运营的燃料电池研究工作提供参考。

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    基于机械仿真和测试的高比能量锂硫电池模组开发
    谢彬, 孙嘉楠
    2021 (2):  586-597.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0335
    摘要 ( 656 )   HTML ( 42 )   PDF(10717KB) ( 529 )  

    基于高能量密度锂硫电池集成的锂硫电池模组,较传统的锂离子电池模组而言,具有更高的比能量,是未来动力电池产业的重要发展方向。为了开发一款能够满足大众电池模组结构强度标准要求和实际装车需求的锂硫电池模组,本工作基于汽车V模式开发的思想,通过梳理电池模组基本功能的需求定义,结合项目前期对锂硫电池正负极材料、热特性和循环特性等属性的研究,根据大众标准中的冲击、挤压和随机振动等机械仿真要求,总结归纳了锂硫电池模组的设计需求。在设计验证阶段,本项目完成锂硫电池电芯和模组的功能和结构设计,再通过锂硫电池模组的试制和测试验证,完成了整个锂硫电池模组的开发过程。本工作设计开发的锂硫电池模组运用了镁合金、PC(poly carbonate)+ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)等轻质高强度材料,其能量密度达到了250 W·h/kg,通过了大众标准要求的各项机械性能测试。这种轻量化的模组结构设计在提高模组的能量密度、保持足够的结构强度的同时,还具备良好的散热性能,通过电池模组结构强度来保持预设的锂硫电芯间的预紧力,可以提升其循环性能。

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    火电厂热电联产机组与压缩空气储能集成系统能量耦合特性分析
    王晓露, 郭欢, 张华良, 徐玉杰, 刘英军, 陈海生
    2021 (2):  598-610.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0385
    摘要 ( 547 )   HTML ( 29 )   PDF(2869KB) ( 333 )  

    为了提高火电厂热电联产机组调节灵活性,同时增加系统调峰能力和可再生能源入网比例,本工作提出一种热电联产机组与压缩空气储能系统集成的新方案。该方案在强化供热阶段采用压缩空气储能系统储存电能并利用压缩热供热,提高系统供热比例;强化供电阶段利用热电联产机组抽汽加热膨胀机入口空气,提高系统发电比例。该方案相对于参比系统的?效率可提升4%~31.4%,热电比也得到了明显拓宽。研究比较了不同部件参数对系统热效率、?效率及热电解耦性能的影响,并在此基础上对几种采暖工况基本点进行?分析。结果显示:压缩空气储能系统的空气流量对新型集成系统的热效率、?效率影响较大,而膨胀机入口空气温度对新型集成系统的热电比影响较大;随着进入汽轮机主蒸汽流量的增大,系统总过程?效率、热效率分别增大5%、8%左右;?损失分析则显示锅炉部件?损失占比最大,为20%左右,其次是冷源损失,为10%左右。

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    基于太阳能和朗肯循环的热电氢联供系统
    陈曦, 刘骞, 徐江海, 龙施淳, 万忠民
    2021 (2):  611-616.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0384
    摘要 ( 537 )   HTML ( 21 )   PDF(1907KB) ( 215 )  

    随着世界各国对太阳能产业发展的日益重视,太阳能高效利用技术已成为新能源研究的热点。然而,由于太阳能具有间歇性、波动性及低能量密度等特点,造成太阳能在存储和利用过程中存在储能成本高、工艺复杂、整体利用率低等问题。太阳能发电与制氢技术的有机结合可将太阳能转化为氢气进行存储,实现能源间的高效转化与利用,可有效解决上述问题。本文提出了一种基于太阳能和朗肯循环的热电氢联供系统,系统主要由碟式太阳能集热器(SDC)、固体氧化物电解槽(SOEC)及朗肯循环(RC)组成,可同时提供热能、电能和氢气。建立了热电氢联供系统热力学模型,对系统及其子系统进行了参数分析,得到工作温度、电流密度、辐射强度等运行参数对于系统能量和?效率的影响,并确定了系统各部件?损产生的内在原因。结果表明,高辐射强度、较高的运行温度和电流密度可以提升系统热力学性能,系统联供效率和制氢效率分别达49%、25%,最大?损发生在碟式太阳能集热器,约占总?损的50%。

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    考虑EV和需求侧响应的社区微网能量管理
    陆燕娟, 陈友芹, 潘庭龙
    2021 (2):  617-623.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0312
    摘要 ( 416 )   HTML ( 22 )   PDF(1496KB) ( 268 )  

    本文针对独立型社区微网能量管理问题展开研究,构建了基于电动汽车充放电和需求侧响应的微网多目标优化数学模型,提出一种含有负荷级和源荷级的能量管理策略。负荷级依据车主出行习惯和分时电价引导电动汽车有序充放电以减小微网负荷峰谷差;源荷级通过需求侧响应调整居民用电方式优化负荷曲线,优先使用光、储及电动汽车出力、剩余“净负荷”由微型燃气轮机消纳以最小化微网运行成本、污染气体排放量和能源浪费率。采用带精英策略的非支配排序遗传算法对模型求解,分析不同能量管理方案典型社区微网运行情况,验证了优化模型和策略的正确性和有效性。

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    储能在光伏低压直流供电建筑中的作用和应用
    房建军
    2021 (2):  624-629.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0378
    摘要 ( 478 )   HTML ( 31 )   PDF(2903KB) ( 351 )  

    能源转型和节能减排的趋势下,光伏建筑结合直流供电成为研究热点,储能在其中的作用非常重要,但目前国内电化学储能标准尚有不足,建筑电化学储能应用的标准、规范更加缺乏。本文通过分析储能在光伏直流供电建筑中的作用,即协调控制储能的充放电功率和能量,实现最大化利用光伏就地发电、就地消纳,平滑光伏发电和负荷的波动,提高建筑配电接入电网的友好性,保障重要负荷供电等,提出了光伏建筑在选择电化学储能技术时需要把握的安全可靠性、经济性、对光伏发电的适应性等原则。这些原则也为光伏建筑储能技术标准的研究和制定提供参考。目前技术条件下,光伏建筑储能选用铅炭电池的主要依据是其安全性和部分荷电状态下的适应性等性能良好。依据如上储能配备原则,为一个低压直流供电光伏建筑项目配备了集装箱式铅炭电池储能系统,内置178 kW·h铅炭电池、热管理和电池管理系统。该项目光伏装机112.6 kWp,采用直流供电系统架构,能量管理系统可采用并网和独立模式运行。基于某一日并网运行模式数据,详细分析了光伏建筑在全天的能量时移,展示了最大化利用光伏发电、削峰填谷、恒定功率取电等功能的实现。该光伏直流建筑项目可为分布式储能在光伏建筑的推广提供有益的参考。

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    考虑风电消纳的电动汽车充电站有序充电控制
    段俊东, 李高尚, 李一石, 付子恒, 黄泓叶
    2021 (2):  630-637.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0344
    摘要 ( 423 )   HTML ( 28 )   PDF(1984KB) ( 360 )  

    为实现电动汽车充电站对风电的充分利用,降低充电负荷对配网系统运行带来的负面影响,本工作提出一种考虑风电消纳的电动汽车充电优化策略。首先采用蒙特卡罗仿真法对不同数量电动汽车的充电负荷进行预测;然后,在综合考虑风电出力和电动汽车充电需求的基础上,根据风电功率的波动,动态调整分时电价,以包含充电负荷在内的配电网负荷峰谷差最小和用户充电花费最低为控制目标,建立电动汽车有序充电模型,采用改进的粒子群优化算法对模型求解,此外,通过与电动汽车直接接入配网充电的无序情形对比,结果表明,所提策略有效降低充电行为对配电网冲击的同时,能够直接促进风电消纳,提高用户充电的经济性。

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    压气储能地下储气库压缩湿空气热力学模型
    蒋中明, 郭菁, 唐栋
    2021 (2):  638-646.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0380
    摘要 ( 391 )   HTML ( 23 )   PDF(1574KB) ( 360 )  

    为了解地下储气库内的湿度变化过程及其对压缩空气热力学过程的影响,基于压缩空气热力学理论,分析了水蒸气的相变传热机理,提出了考虑空气湿度因子影响的压缩空气热力学模型,并进行了验证。通过算例,分析了湿度变化对压缩空气压力与温度变化规律的影响以及储气库冷凝与蒸发效应。研究结果表明,入库气体含湿量大小对储气库压缩空气的压力影响较弱,对压缩空气的温度影响较为显著。在放气阶段,储气库内的相对湿度逐渐升高,并有可能达到100%,从而产生冷凝现象;在充气阶段,储气库内的相对湿度逐渐降低,并将产生蒸发现象。储气库内的冷凝水量总体上大于蒸发量。工程设计时,应关注储气库长期运行后的冷凝水处理问题。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能测试与评价
    锂电池膨胀形成机制研究现状
    梁浩斌, 杜建华, 郝鑫, 杨世治, 涂然, 张认成
    2021 (2):  647-657.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0358
    摘要 ( 1585 )   HTML ( 162 )   PDF(5473KB) ( 2632 )  

    锂电池作为一种能源载体,使用时内部无时无刻都在发生着化学反应及材料变形,导致锂电池形状随着使用状态而持续变化。锂电池硬质和软质外壳材料均具有一定的延展性,在锂电池发生热失控的早期阶段,一系列物理和化学变化会在锂电池内部形成压力作用。随着时间的推移,锂电池会发生较大的膨胀造成电池单体间明显的压力变化。因此,研究锂电池膨胀形成的机制对锂电池热失控早期探测预警具有极为重要的意义。本文对国内外锂电池膨胀形成机制的研究进行了综述,总结了造成锂电池膨胀的主要原因,并从锂电池电极材料、电解液、充放电温度、充放电电压、充放电电流五个方面出发,分析了它们对锂电池膨胀的影响。最后,通过各影响因素的研究结果,对未来控制锂电池产气鼓胀的方法与方向进行展望,并对锂电池热失控早期探测预警系统提出更有效的预警建议。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    风冷圆柱形锂离子电池系统热失控扩展特性
    张志鸿, 牟俊彦, 孟玉发
    2021 (2):  658-663.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0383
    摘要 ( 394 )   HTML ( 28 )   PDF(3147KB) ( 579 )  

    通过已有ARC测试的电池单体热失控温度曲线计算得到电芯的生热功率,再将该热功率定义为混合动力机车动力电池系统内指定热失控单体的热功率,仿真计算其周围单体的瞬态温度。计算表明:空调风冷时单颗电芯热失控不会引发热失控扩展;没有空调风冷时某一颗电芯热失控会在模组内扩展,一并电芯同时热失控将导致上层电池包热失控。最后对热失控扩展阻断设计方法进行了探讨。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    磷酸铁锂电池包微短路诊断方法的研究
    秦欢, 黄碧雄, 严晓, 王影, 徐华源, 刘双宇
    2021 (2):  664-670.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0349
    摘要 ( 636 )   HTML ( 35 )   PDF(2048KB) ( 754 )  

    锂电池以其优越的性能广泛应用于新能源电动汽车与储能中,但锂电池微短路问题对于车用和储能的电池包均是使用过程中的安全隐患,为了诊断电池包是否发生微短路并对微短路的单体进行判定,本文提出了一种根据单体相对充电时间变化诊断微短路的方法。本方法在电池包充电结束时,以最先达到充电截止电压单体的电压曲线为基准,分析其他单体在能够继续充电的条件下,达到充电截止电压的充电时间,并以相对充电时间表征。由于微短路电池的电能持续消耗,导致其相对充电时间随着充电次数增加,根据此特性,对电池包中各单体的相对充电时间进行分析,并通过箱型图进行异常检测。检测结果的异常单体中,重复出现次数最多的即为微短路单体。在分析相对充电时间的同时,需分析直流内阻对诊断结果的影响,由此可提高诊断结果的准确性。经过对比分析,诊断结果与实际结果具有高度一致性,此方法的实施无需对电池包进行特殊测试,且操作便捷,可为电池包安全检测提供方法指导。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电动汽车用动力电池系统循环寿命试验
    樊彬, 姜成龙, 林春景, 李玉鹏, 余八一, 张晋杰, 张良, 高孟洋, 王伟, 解坤, 常宏
    2021 (2):  671-678.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0346
    摘要 ( 648 )   HTML ( 105 )   PDF(2792KB) ( 726 )  

    本文以三元体系电池单体及系统为研究对象,研究了单体电池内阻、压差等因素对电池系统循环寿命变化规律的影响;确定了电池系统循环寿命的拟合公式,该三元体系动力电池系统在循环过程中放电容量遵循幂函数衰减变化规律,为预测和评估动力电池系统的实际使用寿命提供依据。同时分析了动力电池单体在不同温度及不同充放电深度下的容量变化规律。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    大倍率放电工况下48 V软包电池包的热管理
    李夔宁, 何铖, 谢翌, 刘彬, 邓莎莎
    2021 (2):  679-688.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0338
    摘要 ( 424 )   HTML ( 39 )   PDF(8581KB) ( 577 )  

    近年来,作为燃油车到电动车的过渡产品,48 V轻混动力汽车频繁出现在人们眼前。48 V电池包能够带动更大功率的车载系统,正常使用过程中也极易出现大倍率放电的情况。为了使其在较高安全性能的前提下高效运行,需要将电池温度控制在45 ℃以下,电池包的热管理研究就显得极为重要。本文以磷酸铁锂软包电池为研究对象,通过理论结合试验的方式,研究电池产热的机理,通过多个工况下的电池单体内阻及电动势温升系数测试实验,结合机器学习多项式回归的数据处理方式,在探明电池温度分布特性的同时,得到较为完善的电池产热模型。由于软包电池的结构特性及导热性能,电池产热导出难度较大。本文结合铝、热管及石墨烯材料设计了48 V软包电池包散热结构,通过仿真的手段揭示电池包的温度演变规律,探索散热结构对电池温度控制的作用机制。该电池包散热结构能够将电池温度控制在45 ℃以下,将电池单体及电池包的温差控制在2 ℃以内,保证整个电池包能在大倍率放电工况下安全高效的运行。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于混合模型及LSTM的锂电池SOH与剩余寿命预测
    刘伟霞, 田勋, 肖家勇, 常伟, 李源, 毛樑
    2021 (2):  689-694.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0382
    摘要 ( 1042 )   HTML ( 57 )   PDF(1921KB) ( 802 )  

    预测电池健康状态(state of health,SOH)的传统方法,一般以历史数据为依据,既难以预测电池实时状态,也无法估计锂电池剩余使用寿命。针对实时预测电池SOH的问题,文章依据采集的大量实车电池数据,结合机器学习与安时积分法对其进行建模预测,处理特征并训练数据。基于模型测试结果,文章提出融合LightGBM与CatBoost算法的实时SOH混合预测模型。通过两辆实车为载体进行混合模型的验证,所测算的实时SOH预测绝对平均误差为0.009。针对电池剩余使用寿命的问题,研究的目标为获取SOH衰减曲线。因此建立长短记忆(LSTM)神经网络模型预测电池SOH的未来衰减曲线,以固定时间间隔内的SOH差值为特征,减小差值波动,保证数据近似具有相同分布规律。通过对某原始设备制造商提供的实时监视数据集的验证,得出未来衰减曲线预测的绝对平均误差为0.021。总体结果表明:文章研究的锂电池实时SOH预测模型与剩余寿命预测模型,预测精度较高,电池使用方可以更好掌握锂电池的实时状态,为相关决策提供依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于Thevenin模型和改进扩展卡尔曼的特种机器人锂离子电池SOC估算方法
    熊然, 王顺利, 于春梅, 夏黎黎
    2021 (2):  695-704.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0397
    摘要 ( 466 )   HTML ( 28 )   PDF(2038KB) ( 484 )  

    特种机器人由于其复杂的工作环境,要求使用精度高、追踪能力强的荷电状态(state of charge,SOC)估算方法对特种机器人锂离子电池进行实时状态监测及安全控制。SOC是电池管理系统中最重要的参数之一。由于特种机器人工作环境具有强烈的非线性特征,考虑到常用的安时积分法十分依赖初期SOC准确性且在估算后期会积累误差。因此,针对特种机器人的工作特性,以三元锂离子电池为研究对象,在Thevenin等效电路模型及多种工况实验的基础上,利用一种改进扩展卡尔曼滤波(improved extended Kalman filter,IEKF)算法在10、25以及35 ℃下对锂离子电池进行SOC估算。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型并结合多种工况数据进行性能分析。实验结果表明,利用IEKF算法估算三元锂离子电池的SOC值有较好的追踪与收敛效果,且收敛时间在80 s以内。在不同温度下,IEKF算法收敛后HPPC工况和BBDST工况的最大估算误差分别低于2.235%及3.004%,小于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)算法对应最大估算误差(9.067%和4.654%)。本研究验证了IEKF算法在估算锂离子电池SOC时具有较高的精度,为有效解决特种机器人锂离子电池SOC值无法精准估算的问题提供了实验依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于IBOA-PF的锂电池健康状态预测
    李鹏, 李立伟, 杨玉新
    2021 (2):  705-713.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0391
    摘要 ( 370 )   HTML ( 18 )   PDF(1833KB) ( 236 )  

    应用传统的粒子滤波(PF)算法估计锂电池健康状态(SOH)时,会出现粒子权值退化和样本贫化而导致预测精度较低的问题。为了解决该问题,本工作提出了基于改进蝴蝶优化算法和粒子滤波(IBOA-PF)的联合算法,在基本蝴蝶优化算法(BOA)的基础上,用混沌数替代固定的切换概率,并引入共生生物搜索的互生阶段,弥补了蝴蝶算法易陷入局部最优和开发能力差的局限性,提高了BOA的收敛速度,再用蝴蝶表示粒子,用蝴蝶向食物移动的过程表示粒子变化为更符合真实后验分布的新采样值。然后基于双指数经验模型和时间指标(TI)构建了非线性系统的状态空间模型,用单纯形法改进高斯牛顿法进行参数拟合,提出了一种基于IBOA-PF的锂电池SOH估计方法。仿真实验结果表明,该方法优于传统PF方法,具有较高的精确度和较好的适应性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    强化道路振动谱影响下的燃料电池电性能与气密性衰减规律
    裴冯来, 欧阳云瀚
    2021 (2):  714-721.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0362
    摘要 ( 474 )   HTML ( 24 )   PDF(6876KB) ( 149 )  

    车用燃料电池的耐久可靠性是制约商用燃料电池发展的关键问题之一。当前的燃料电池振动试验多借鉴动力电池振动谱,对燃料电池影响研究不匹配,需要分析燃料电池影响机理及设计新的试验方案。本文通过平滑及劣化处理,将典型的整车行驶工况转化振动台架加载功率密度谱。选取典型商用燃料电池电堆,进行强化振动测试。选取影响显著方向,通过270 h耐久测试模拟30000 km实车运行工况影响。试验中,通过噪声仪确认了减振器对台架振动加速度的放大作用。试验后,通过极化曲线测试、气密性测试等性能表征方法,分析了燃料电池电性能及密封性变化规律。研究表明长时间的耐久性振动使得燃料电池堆的电性能出现明显的下降,且会导致燃料电池堆内部的质子交换膜及外部的壳体封装出现不同程度的衰减。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    一种用于高保真锂电池SOC估计的无迹粒子滤波新方法
    谢滟馨, 王顺利, 史卫豪, 熊鑫, 陈先培
    2021 (2):  722-731.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0357
    摘要 ( 595 )   HTML ( 26 )   PDF(4207KB) ( 274 )  

    动力锂电池作为新能源汽车核心“三电”系统之一,其准确的电池建模与状态预估能确保电池管理系统安全启动及稳定运转。以三元锂电池为研究对象,构建Thevenin等效电路模型,在传统粒子滤波(PF)基础上,选择合适的建议密度函数,提出了一种采用均值、方差更精密计算的无迹粒子滤波算法(UPF),解决粒子贫化问题,探获锂电池荷电状态(SOC)。该方法通过对理论分析的进一步完善,结合不同工况实验对锂电池工作特性研究,结果表明UPF估算锂电池SOC时,系统鲁棒性提高、跟随效果较好,且估算误差稳定控制在1.5%以内,为动力电池带来了很好的实用价值。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于Fluent的超级电容器模组充放电循环的热仿真分析
    李向东, 廉睿, 吴佳美, 唐良辉, 乔志军, 阮殿波
    2021 (2):  732-737.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0329
    摘要 ( 634 )   HTML ( 34 )   PDF(4509KB) ( 313 )  

    用于储能的超级电容器在充、放电过程中,由于内部存在电阻而发热,使得电容内部温度升高。超级电容器内部温度过高会导致电容性能恶化、循环寿命缩短等,甚至电解液会蒸发而损坏超级电容器。基于Fluent软件,本文对超级电容器模组充、放电过程(单串40 A充/519.5 A放电)进行仿真计算,在25 ℃环境下自然冷却获得超级电容器内部、超级电容器端子与铝排焊接点、铝排及整个模组的温度分布情况。建立超级电容器模组生热模型,模拟循环工况下超级电容器模组的生热量和生热速率,为超级电容器模组热管理系统的研究提供依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于内阻增加和容量衰减双重标定的锂电池健康状态评估
    任璞, 王顺利, 何明芳, 范永存, 曹文, 谢伟
    2021 (2):  738-743.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0395
    摘要 ( 720 )   HTML ( 43 )   PDF(1142KB) ( 668 )  

    锂电池健康管理对推动其广泛应用具有重要意义。立足锂电池应用现状,为解决复杂工况下健康状态估算困难、精度低等问题,以三元锂电池为研究对象,建立二阶RC等效模型对电池的工作特性进行表征,从内阻增加及容量衰减两方面分析健康状态变化。考虑荷电状态对内阻的影响,采用标定荷电状态,在放电情况下分为0~1 s及1~10 s两区间分析其内阻变化;并以温度为参量,扩大测量区间,更精确地反映不同温度下容量衰减。实验结果表明,在0~1 s内,锂电池健康状态同荷电状态并无关系;1~10 s内,锂电池健康状态下降速率同荷电状态呈反比;且在不同温度下的完全放电实验表明,实验用锂电池在25 ℃下健康状态最为优良。表明二阶RC模型能够较好地对锂电池健康状态进行估算,收敛速度快且跟踪效果好,基于内阻增加的健康状态估算误差控制在1.0%以内、基于容量衰减的健康状态估算误差控制在0.8%以内,有利于完善锂电池健康状态评估方法,推动锂电池应用。

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    基于灰狼算法优化极限学习机的锂离子电池SOC估计
    王桥, 魏孟, 叶敏, 李嘉波, 徐信芯
    2021 (2):  744-751.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0389
    摘要 ( 686 )   HTML ( 30 )   PDF(3201KB) ( 562 )  

    准确的电池荷电状态(SOC)估计是电动车辆正常工作的基本前提。针对目前电池荷电状态估计时存在的非线性、不平稳等干扰因素的影响,本工作提出了基于灰狼优化算法的极限学习机的锂离子电池SOC估计方法,以提高估计精度并缩短估计时长。传统的极限学习机(ELM)直接随机生成模型参数,并对SOC进行估计,该方法运行速度快且泛化性能好。但极限学习机需要找出最优的隐含层神经元参数才能达到较高的精度。因此,通过灰狼优化算法(GWO)进一步优化模型参数,并通过选择合适的激活函数,弥补了传统极限学习机的不足。最后通过与粒子群优化的前馈神经网络算法(BPNN-PSO)和极限学习机算法从多维度进行对比分析,在不同工况下验证了此方法在电池SOC估计中的优越性。结果表明,基于灰狼优化算法的极限学习机的锂离子电池荷电状态估计精度高、估算时长较短且鲁棒性较好,明显优于传统SOC估计方法。本研究有助于推动新能源车辆电池管理系统的开发与应用,为可靠的电池管理系统的研发提供支持。

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    储能技术经济性分析
    国外电网侧储能电站参与调频辅助服务市场的机制经验及对我国的启示
    张鸿宇, 王宇
    2021 (2):  766-773.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0370
    摘要 ( 776 )   HTML ( 35 )   PDF(963KB) ( 469 )  

    储能是高比例可再生能源电力系统稳定安全运行的重要支撑技术之一,中国调频辅助服务市场规则设计应考虑储能参与。本文概述了电网侧储能技术的调频现状,并介绍了储能为电网提供调频辅助服务具备响应时间快、调度性能好的优势,并以美国、澳大利亚和英国的调频辅助服务市场为案例,介绍了储能调频的现状,分析了国外典型调频辅助服务市场设定的适用于电网侧储能电站的规则,包括电网侧储能电站作为市场主体参与调频辅助服务市场的市场准入门槛、参与方式和价格机制;比较了不同电力市场对于电网侧储能参与调频辅助服务市场的设计的差异及其对储能参与调频辅助服务市场的影响。调研了我国电力市场建设现状,通过对比分析了我国储能参与调频辅助服务市场存在大多数地区储能的市场主体地位不明确,大部分允许储能参与的市场容量准入限制为世界典型国家限制的2倍或以上,部分地区调频收益下限过低难以反映储能调频的容量价值等不足。参考国外经验,在合适的机制设计下,我国储能调频容量需求可超过6 GW,调频辅助服务市场设计应明确赋予储能市场主体地位,随市场建设和技术发展适时降低准入门槛使分布式小容量储能参与提供调频服务,价格机制设计两部制价值以反映储能调频的容量价值并保障储能调频最低收益。

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    储能教育
    储能学科建设的现状及启示
    李建林, 王哲, 王力
    2021 (2):  774-779.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0023
    摘要 ( 517 )   HTML ( 40 )   PDF(776KB) ( 280 )  

    《储能技术专业学科发展行动计划》的提出扶持与激励储能未来的发展。目前储能学科涉及电力电子、电力系统、电力市场、电化学、热管理等诸多领域,涉及的专业范围比较广,因此,专门设立储能学科对于我国储能技术的发展是必需的。作为储能学科发展的基石,储能学科建设也处于国家政策发布的措施之中。本文根据储能领域现状,首先阐述储能学科建设的意义和必要性,然后梳理了国内储能现有高校设置情况和教材及杂志,最后给出了我国储能学科建设的启示。

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