储能科学与技术

本期中英文目录

2022 (10): 0. doi: 2619616151202210

摘要 ( 41 )

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高容量富锂锰基正极材料的研究进展

王俊, 张学全, 刘亚飞, 陈彦彬

2022 (10): 3051-3061. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0480

摘要 ( 672 )

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层状富锂锰基材料(LMR)凭借其高比容量(>250 mAh/g)和低成本等优点，有望成为新一代锂离子电池用正极材料。从该材料发现至今已有将近30年的时间，却始终没有实现真正商业化应用，主要原因包括：循环过程中，Mn³⁺迁移进入锂空位，使层状结构向尖晶石结构转变，导致平均放电电压持续降低，造成能量损失严重且给电池管理带来巨大的挑战；Li₂MnO₃低的电子电导率使LMR材料具有差的倍率性能；较低的电极密度，造成材料的体积能量密度较低；此外，LMR材料需要在高电压下(>4.55 V)才能发挥高容量，但高电压下电解液容易氧化分解，同时伴随着晶格氧被氧化为O₂逸出，以上问题严重地影响了其商业化进程。本文基于多年来LMR材料的研究开发成果，综述了近年来LMR材料在充放电机理认识、前驱体工艺路线选择、体相掺杂、表面包覆、液相和气相后处理的作用效果和改性机理，以及O2/O3复合结构、单晶结构等新型特殊结构设计等方面的研究进展，并对LMR材料未来的发展方向和商业化前景进行展望，助力富锂锰基材料的产业化开发。

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层状金属二硫化物作为钠离子电池负极的研究进展

成伟翔, 黄兴文, 李越珠, 胡俊祺, 廖松义, 闵永刚

2022 (10): 3062-3075. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0160

摘要 ( 242 )

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钠离子电池（NIBs）因其资源丰富、环境友好等特点被认为是最有望替代锂离子电池（LIBs）的新一代储能系统。然而，钠离子半径大于锂离子，传统锂离子电池负极材料在充放电过程中钠离子嵌入/脱出困难，容易造成材料结构的坍塌。目前，缺乏合适的负极材料仍是限制NIBs大规模应用的主要障碍之一。与传统的NIBs负极材料（碳材料、金属氧化物、金属磷化物等）相比，层状金属二硫化物（TMDs）由于其独特的层状结构可“额外”储存钠离子，并有效地缓解电化学反应中的体积变化已被广泛研究。本文将首先将介绍三种常见关于TMDs材料的合成方法（水/溶剂热法，化学气相沉积法，液相剥离法）。接下来对几种作为NIBs负极的常用TMDs（MoS2、SnS2、WS2、VS2）的研究进展进行综述。最后将对不同TMDs材料合成方法的优缺点进行比较并进一步展望其目前所遇到的挑战及未来的发展前景，为进一步推动TMDs在NIBs的产业化应用提供一些理论参考和科学借鉴。

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废锂离子电池石墨负极材料利用处理技术研究进展

龙立芬, 张西华, 姚沛帆, 李明杰, 王景伟

2022 (10): 3076-3089. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0028

摘要 ( 262 )

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电动汽车产业的快速发展对中国实现碳达峰、碳中和目标意义重大。动力电池作为电动汽车的动力来源与核心部件，其报废后的高效清洁利用处置是推动电动汽车行业可持续发展的关键。负极材料是决定动力电池电化学性能的关键因素之一，石墨因具有导电率高、可逆容量高和循环性能稳定等优点，成为当前主流商业化负极材料。相较于锂、镍和钴等高价值关键金属，石墨负极材料的回收尚未引起足够的重视，其产业化高效清洁利用技术尤为缺乏。本文在系统分析全球及我国石墨资源储量、产量和主要应用领域的基础上，综述了废锂离子电池石墨负极利用处置技术最新研究进展，着重剖析了物理和化学回收法的技术现状，并总结了再生石墨及其产品的二次利用途径。基于此，建议强化石墨负极材料高效清洁利用及无害化处置产业化技术研发，进一步拓展再生石墨及其产品的利用途径。

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玻璃纤维布基多层复合固态电解质的制备及其性能

廖敏会, 杨大祥, 周洋, 万仁杰, 刘瑞平, 王强

2022 (10): 3090-3099. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0113

摘要 ( 268 )

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以双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)为锂盐，利用玻璃纤维布、聚环氧乙烯(PEO)、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐[(EMIM)TFSI]、锂镧锆氧(LLZO)纳米颗粒等为原料，采用溶液浇筑法制备不同锂镧锆氧含量的玻璃纤维基多层复合固态电解质膜，通过该4种物质的协同作用扩大PEO的非晶相区域、改善膜的界面兼容性等，综合提高膜的离子导电率；同时，利用玻璃纤维布表面Si—O和—OH官能团引导锂离子的均匀沉积，抑制锂枝晶的生长。结果表明，30 ℃条件下，添加质量比为5% LLZO的玻璃纤维布/PEO/ILs/LLZO(SPE)复合固态电解质膜的离子电导率为3.53×10^-4 S/cm，工作电压窗口为5.18 V，离子迁移数为0.33，所制备的磷酸铁锂(LFP)/SPE/Li和镍钴锰酸锂(NCM₆₂₂)/SPE/Li固态电池0.1 C放电容量分别为165 mAh/g和226 mAh/g。其中，LFP/SPE/Li电池 0.5 C循环120次，放电容量为120 mAh/g，容量保持率为99.8%，此外，循环前后阻抗变化较小，具有优异的界面稳定性。

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脂肪族冠醚在电池电解液中的应用

方黎锋

2022 (10): 3100-3111. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0211

摘要 ( 427 )

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电池中各材料之间的相容性是影响其性能的重要因素之一，在电解液中添加12-冠醚-4、15-冠醚-5、18-冠醚-6等脂肪族冠醚可以通过改善相容性来提升电池性能。本文介绍了冠醚的分子结构及其对应的表界面活性和配位包结能力；综述了历年来脂肪族冠醚在锂电池电解液中的应用研究情况，将其作为电解液添加剂的效果归纳为抑制金属的不规则析出、在电极表面成膜、减少溶剂副反应、增溶电解质、提高离子传导率、提升固态电解质性能等；列举了国内相关发明专利的发表情况；分析了限制脂肪族冠醚在电解液中广泛应用的主要原因是当前主流威廉姆森醚合成工艺的选择性低、副产物多、纯化困难，导致生产成本高昂，而更为理想的环氧乙烷低聚合成工艺，尚需改进以避免使用含氟盐；最后，对脂肪族冠醚在电解液中的应用前景进行了展望。

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芳纶-固态离子导体复合隔膜的制备与性能

娄永钢, 吴大勇, 蔡博然, 梁卫华, 杨璐烨, 何磊, 操建华

2022 (10): 3112-3122. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0067

摘要 ( 269 )

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采用非溶剂诱导相分离法(NIPS)制备了具有高热稳定性和良好电解液浸润性的芳纶-固态离子导体复合隔膜(PMIA-LATP-PEO)。在复合材料体系中，聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)是绝缘和高温稳定性的基体，具有NASICON型骨架结构的磷酸钛铝锂(LATP)均匀分布于基体之中，用于提高隔膜的离子电导率，聚环氧乙烷(PEO)在制膜过程中起到调节孔径的作用，并可提升与锂金属的界面相容性。采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)观察隔膜形貌及元素分布，DSC和TGA及热收缩方法表征了其热稳定性，电化学技术测试了其离子电导率、锂离子迁移数等电化学性能，并测试了隔膜在LiFePO₄||Li电池中的循环性能和倍率性能。研究结果表明：PMIA-LATP-PEO复合膜具有丰富的立体孔隙结构，在200 ℃高温下保持尺寸形态稳定，绝缘性可靠。该隔膜的锂离子电导率达2.07×10^-3 S/cm(25 ℃)，锂离子迁移数( $t L i +$ )为 0.75。此外，PMIA-PEO-LATP复合膜对锂稳定性好，在Li||Li对称电池中以0.5 mA/cm²恒电流稳定循环大于1000 h，并可以抑制锂枝晶生长，复合膜在LiFePO₄||Li电池中表现出良好的循环稳定性。

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十五烷微胶囊潜热型功能流体的制备及其性能

常洋珲, 孙志高

2022 (10): 3123-3132. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0229

摘要 ( 178 )

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为了防止相变过程中材料的泄漏，采用原位聚合法制备了以十五烷(Pen)为芯材，脲醛树脂(UF)为壁材的低温相变微胶囊。研究了升温速率、聚合pH值和聚合转速对微胶囊制备的影响，采用SEM、FT-IR、DSC和马尔文激光粒度仪测试了微胶囊的形貌、化学构成、热力学性质和粒径分布。升温速率为1.0 ℃/min、聚合pH值为3.5和聚合转速500 r/min为十五烷微胶囊的最佳制备条件，在此条件下制备的微胶囊球形形貌明显，表面光滑，仅有少数UF颗粒粘附，粒径分布均匀，相变温度和相变潜热分别为8.20 ℃和115.3 J/g，平均粒径为50.0 μm，包裹率达到77.3%。实验结果表明，芯材和壁材仅为简单的物理嵌合，具有良好的储热性能和热稳定性。以不同质量分数的乙醇溶液为基液分散十五烷微胶囊，采用24 h静置实验得到了稳定的潜热型功能流体(LHFF)，LHFF在乙醇含量为70%的基液中最为稳定。采用导热系数测定仪和旋转黏度计对LHFF的导热率和黏度进行测试分析表明，LHFF的导热率随着温度的升高而增加，随着微胶囊的添加量的增加而逐步降低。LHFF的黏度随着温度的升高而逐步减小，随着微胶囊的添加量增加而逐步升高。潜热型功能流体作为空调系统的载冷剂，提高了制冷机组的性能，降低泵的输送能耗，提高了蓄冷空调系统的经济性。

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一种新型蓄冷储热复合相变材料及其应用

张琦, 王玉静, 李银雷, 刘重阳

2022 (10): 3133-3141. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0034

摘要 ( 229 )

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PDF(8920KB) ( 257 )

采用热塑性弹性体SEPS/OP10E C-PCMs通过物理交联机理，熔融共混法制备得到一种可形变，力学性能较强，可浇筑塑形的定型复合相变材料SEPS/OP10E C-PCMs。加入SEPS/OP10E-PEG 2000加强力学性能，探明了物理交联机理以及力学性能增强机理。实验借助多种测试表征手段如差示扫描量热法（DSC）、综合热分析法（TG）、拉力-应力测试等，探究其储热性能、热稳定性及力学性能等。测试结果表明，SEPS/OP10E-PEG 2000具有较高的潜热值，且50次加热-冷却循环后无石蜡泄漏，热稳定性良好，且最大拉伸率为652.3%，力学性能较强。并将这种具有浇筑塑形的SEPS/OP10E-PEG 2000应用于蓄冷箱中，其可在7～9 ℃温度下维持2.6 h之久。这种新型具有浇筑性能且各项热特性较强的复合相变材料在冷链运输中降低了储热材料的空间占比，使蓄冷箱精准控温能力和保冷性能增强的同时有效节约了冷链运输空间。

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十水硫酸钠/膨胀蛭石薄膜复合相变材料的制备及性能分析

吴渝, 冀志江, 王永超, 解帅, 王静, 马超

2022 (10): 3142-3150. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0035

摘要 ( 221 )

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PDF(11836KB) ( 158 )

利用膨胀蛭石(EV)丰富的孔隙结构，采取真空吸附法和薄膜真空封装技术制备了一种十水硫酸钠/膨胀蛭石薄膜复合相变材料(简称薄膜相变材料)。用扫描电子显微技术(SEM)、X射线衍射技术(XRD)、自制温度参比相变潜热测试箱等表征测试手段，分析了薄膜相变材料的过冷和相分离等问题。结果表明，十水硫酸钠中掺入50%EV时，EV内部孔隙负载力达到饱和；在EV和硼砂共同作用下，经步冷曲线测得薄膜相变材料的过冷度为0.5 ℃；经薄膜真空封装后，十水硫酸钠均匀负载于EV层状结构内部，50%EV掺量的薄膜相变材料相变潜热在105 J/g以上，经300次相变循环后材料相变潜热趋于稳定，在500次相变循环后材料相变潜热保持在90 J/g以上，潜热留存率83.45%，循环性能优于常压封装下同种材料。薄膜真空封装技术获得膨胀蛭石对十水硫酸钠的良好负载效果，相变材料能够有效抑制十水硫酸钠的过冷和相分离等问题，具有较高的相变循环寿命。

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非晶纳米晶PrMg₁₂ 型合金微观结构及吸放氢热力学与动力学性能

段亚楠, 胡锋, 夏婷, 李永治, 赵鑫, 蔡颖

2022 (10): 3151-3160. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0247

摘要 ( 125 )

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采用机械球磨法制备了非晶纳米晶PrMg₁₂+x%Ni(x=0、10、20、30)合金，系统地研究了镍含量对该合金储氢热力学与动力学的影响。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)两种方法分析了合金的相组成及微观组织结构。结果表明：PrMg₁₂+x%Ni(x=0、10、20、30)合金的微观结构主要为非晶纳米晶；加入镍前，吸氢前后的主相分别为PrMg₁₂相、MgH₂相以及PrH_2.92相；加入镍后，吸氢前后的主相分别为Ni相、PrMg₁₂相、MgH₂相以及Mg₂NiH₄相。采用Sieverts装置测定了合金的P-C-T曲线与吸放氢动力学曲线，并结合Van't Hoff方程、JMAK模型和Arrhenius法计算了热力学与动力学参数。结果表明：随着镍含量由0%增加至30%，合金氢化物的放氢焓值由89.881 kJ/mol降低至82.764 kJ/mol，放氢活化能由126 kJ/mol降低至90 kJ/mol，这进一步证明添加镍可以显著改善球磨PrMg₁₂型合金氢化物的释氢热力学和动力学。

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纳米颗粒协同肋片强化相变材料传热性能试验

柴进, 王军, 倪奇强

2022 (10): 3161-3170. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0021

摘要 ( 121 )

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以石蜡作为相变材料(phase change material，PCM)，设计并搭建了一套PCM传热强化试验系统，在PCM中加入了高导热率纳米颗粒和金属肋片，结合温度数据采集系统对PCM熔化过程进行了试验测试，对PCM内部不同测点的温度变化趋势进行了分析，研究了纳米颗粒质量分数和肋片数对PCM传热性能的影响。结果表明：添加纳米颗粒可有效提升PCM温升速率，0.06%(质量分数，余同)石墨烯/PCM温升速率较高，与其他组分的石墨烯/PCM相比传热效果更好；加入肋片可加快PCM内部温度响应，9肋片/PCM的整体传热性能优于其他数量的肋片/PCM；纳米颗粒协同肋片结构可促进PCM传热性能的提升，9肋片、0.06%石墨烯/PCM与9肋片、0.09%石墨烯/PCM启动时间早，温升幅度高，传热性能好，为强化PCM传热性能中的较优组合。

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多孔基无机复合相变材料的蓄热特性

徐子杰, 王燕

2022 (10): 3171-3179. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0070

摘要 ( 148 )

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添加多孔介质是提升PCM(相变材料)热导率、缩短其熔化时间的有效手段。本工作通过建立具有不规则分布多孔骨架的CPCM(复合相变材料)物理模型，系统研究了孔隙度、孔径、骨架形状对其蓄热特性的影响，并探讨了蓄热能力与蓄热速率之间的关系。结果表明，随着孔隙度的减小，CPCM的熔化速率增大，固液态PCM密度差引起的重力驱动力使PCM产生自然对流现象，加速了熔化过程。在相同孔隙度(0.80)下，当孔径越小时，多孔骨架表面积越大，所吸收的热通量越大，相变材料熔化越快。具有四面体形状骨架的CPCM由于具有最大比面积30.02 mm^-1，41 s内便完成熔化，相比比面积为19.93 mm^-1的二十面体快了13.5 s。孔隙度的减小虽有利于CPCM的熔化，但也会削弱其蓄热能力，本工作所确定的平衡孔隙度为0.80，可使CPCM的有效热导率达到8.07 W/(m·K)。因此，本工作可为低温蓄热材料提供理论依据和参考。

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考虑参数时变的电池包电热耦合建模

罗勇, 周振雨, 申付涛, 黄欢, 邱晓斌, 翁勇永

2022 (10): 3180-3190. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0219

摘要 ( 309 )

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在对动力电池包散热系统进行设计时，以往采用有限元建模估计电池温度存在着不能与控制算法进行实时仿真的问题，基于此提出一种在MATLAB/Simulink中依据电池的生散热特性搭建的电热耦合模型，用于实时估计电池包温度变化。动力电池电热耦合模型主要由电池等效电路模型及热模型两部分组成，利用电池充放电试验，使用遗传算法离线辨识时变条件下的等效电路模型参数，热模型参数通过理论分析动力电池的产热方式和散热方式计算得到。等效电路模型和电池热模型通过内阻-温度的关系相互耦合，从而建立单体电池电热耦合模型。通过分析电池模组中热量传递方式，建立冷却流道温度模型，从而进一步完善电池包的电热耦合模型。将电池耦合模型与通过STAR-CCM+数值模拟温度对比，二者误差基本处于1 ℃左右；同时电热耦合模型端电压仿真结果能较好地跟踪实测端电压；而且能合理地描述电池包内降温过程温度分布。研究结果表明电热耦合模型可以有效估计实际电池包的温度变化，从而达到缩短电池包热管理控制策略开发周期的目的。

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锂离子电池低温复合加热策略及优化

李夔宁, 王靖鸿, 谢翌, 刘彬, 刘江岩, 刘召婷

2022 (10): 3191-3199. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0205

摘要 ( 222 )

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电动汽车因为节能环保和能量转化效率高等特性在近年来发展迅速。在低温下，作为动力来源的锂离子电池的放电功率和容量等性能严重衰减，影响着电动汽车在北方极寒地区的发展和普及。因此，如何在低温下对锂离子电池进行可靠、高效、安全地低温加热显得尤为重要。以三元锂方块电池为研究对象，通过测试电池在不同工况下的低温特性，得出了电池电特性和热特性参数。建立单体电池低温电热耦合模型，通过神经网络方法拟合实验数据，得到电池低温加热仿真模型。通过电池不同工况下的温升实验，验证了仿真模型的精度。本文提出了电池多段恒流复合加热方法，建立了电池老化、加热时间、容量收益的多目标非线性优化模型，揭示了电池老化、加热时间和容量收益之间的关系，得到了评价加权权重矩阵。利用非支配排序遗传算法-?Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和优劣解距离法(TOPSIS)，得到单体电池平衡加热策略，探究了电池不同初始状态对优化目标的影响规律。根据电池的不同初始状态以平衡加热策略为基础建立了单体电池加热电流数据库。电池初始温度为-20 ℃时，加热到10 ℃，所需加热时间为253 s，容量收益为4.72 Ah，电池老化为0.482?，峰值功率收益为1104 W。

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基于LE -ELM的锂电池热过程时空建模方法

吕洲, 何波, 黄镇泽, 梁志勇

2022 (10): 3200-3208. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0030

摘要 ( 184 )

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锂电池管理系统对于锂电池的效率、寿命和安全至关重要，而电池管理系统对电池的控制、热管理和故障诊断等都需要依赖于准确的电池热过程模型。然而锂电池热过程属于一种具有强非线性特征的分布参数系统，电池内部的温度分布是时空耦合的，并且具有无限维的特性，使得建模存在很大的困难。针对上述问题，本工作提出了一种基于LE-ELM的锂离子电池热过程建模方法。首先使用基于拉普拉斯特征映射（laplacian eigenmaps，LE）的局部非线性降维方法构建空间基函数，以表征系统固有的非线性拓扑特征；利用所得的基函数进行时空分离，获得原始数据的低阶时序表达；然后用极限学习机（extreme learning machine，ELM）以时间系数和对应的电流电压输入信号来近似低阶时序模型。最后集成辨识出的ELM模型与空间基函数，通过时空综合重构出锂离子电池的全局时空模型。为验证算法的有效性，使用所提出的方法对三元软包锂电池热过程进行建模。

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新型径向流动全钒液流电池单元数值模拟

祁梦瑶, 侯一晨, 陈磊, 杨立军

2022 (10): 3209-3220. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0093

摘要 ( 154 )

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全钒液流电池因其选址自由、效率高、寿命长以及安全性高等特点，广泛应用于大规模储能领域，然而现有电池结构单一，无法满足储能领域高速发展的需求。为提高全钒液流电池电化学性能，采用数值模拟方法，针对新型径向流动全钒液流电池单元，建立电池单元内部电化学反应与热质传递耦合作用数学物理模型，获得了不同电解液进口数量下新型电池单元内部多物理场耦合输运特性分布规律，包括电解液速度场、压降、离子浓度以及电极电势的分布规律。结果表明，电池电解液进口数量的增加，可以有效改善电解液在多孔电极内的输运性能，提升多孔电极内部离子浓度分布均匀性，削弱离子浓度极化现象，提高电极电势，增强电池性能。同时，在多孔电极入口处设置电解液分配管，可以有效减小电解液流动阻力，提升电解液分配均匀性，进一步提升电池性能。仿真模拟的研究结果可为全钒液流电池结构的优化设计提供参考。

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储能电池一次调频无模型自适应控制策略

廖世强, 张新燕, 刘莎莎, 张光昊, 黄利祥, 施锐

2022 (10): 3221-3230. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0269

摘要 ( 181 )

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为发挥储能电池对电网调频特性的改善功能，针对储能电池参与电网一次调频进行了深入研究。首先建立含储能电池的高渗透率新能源区域电网的频率特性模型，并对其进行幅频特性分析，结果表明储能的加入可以有效提高电网的频率稳定性；为保证储能电池荷电状态(state of charge，SOC)的保持效果、电网调频需求以及储能电池的精确数学模型无法确定因素，提出一种考虑电池SOC，基于储能系统输入输出数据驱动的无模型自适应的储能控制策略，并给出相应的调频效果和SOC保持效果指标；最后在Matlab/Simulink搭建典型高渗透率新能源区域电网调频模型进行仿真。结果表明，所提策略能提高电网的抗干扰及自适应能力；与其他传统控制策略比较，所提策略在阶跃负荷扰动情况下，调频效果指标较佳；在长时负荷扰动(连续)情况下，所提策略的SOC指标最优，调频效果指标最佳。仿真结果验证了所提策略的可行性及优势。本文采用数据驱动研究方法，并没有采用传统的模型法，摆脱了对受控系统数学模型的高度依赖，有助于推动储能电池参与电网调频的更高效应用，为加速双碳目标提供更多思路。

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基于空调的有轨电车动力电池热管理控制

吕艳宗, 韩冰, 王宏宇, 徐杨非, 张星

2022 (10): 3231-3238. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0130

摘要 ( 109 )

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新能源有轨电车的动力电池间歇性工作、充放电时发热量大，一般需要配置各种形式的散热装置。采用变频空调设计电池箱的热管理系统，其热泵功能在高温或低温环境时可将箱内温度控制在合理范围之内。本工作提出一种适用于此热管理系统空调的多温融合温区控制方法，主要包括压缩机频率计算和动态温度区间控制两方面。用环境温度和电池温度修正回风温度，兼顾提高空调运行效率和响应速度，并以修正后的温度参数参与计算压缩机频率。箱内温度控制为较宽范围的温度区间，并以回风温度的变化趋势动态调整区间范围，减少空调制冷/制热时间的同时抑制回风温度异常上升。还介绍了通风机和冷凝风机的变频调速控制方法。对应用此方法的电池箱(及空调)进行试验测试，空调能耗下降约4%，电池最高温度降低近2 ℃。结果表明，所述方法既能实现电池箱温度调控需求、优化电池环境，又能降低热管理系统的运行能耗。应用所述热管理系统的动力电池箱经过试验考核后已装车运用。

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电动客车用七氟丙烷灭火装置最佳热失控抑制参数研究

李天逸, 焦映厚

2022 (10): 3239-3245. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0134

摘要 ( 181 )

HTML ( 29 )

PDF(3590KB) ( 391 )

新能源汽车是满足“可持续发展”政策，实现“碳中和”的主要发展方向之一。随着电动汽车的逐步普及，车载锂离子动力电池的安全问题得到越来越多的关注，热滥用、电滥用、机械滥用等均会造成电池燃烧、爆炸，因此开展动力电池热失控抑制研究具有重要的现实意义。本工作搭建了电动客车用202 Ah磷酸铁锂锂离子电池箱试验平台，利用七氟丙烷对锂离子电池热失控的抑制作用，从灭火剂剂量、喷放时机、喷放方式三个方面，分析了七氟丙烷对锂离子电池组热失控的抑制作用、效果和对电池箱的保护作用。结果表明：选用1.8 kg剂量(喷放速率0.06 kg/s)的灭火剂七氟丙烷以双侧间隙开孔软管的喷放方式能够有效抑制热失控；85 ℃是磷酸铁锂锂离子电池保护的关键点，在保证裕度下设计了触发温度为80 ℃的电动客车用灭火系统，灭火前后电池性能未发生明显变化，灭火系统能够提供安全保障。本研究有助于为车用七氟丙烷灭火系统的研发提供试验依据，推动锂离子电池电动客车灭火装置的应用。

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计及多影响因素的发电侧混合储能系统容量配置方法及配置工具

杨文强, 常彬

2022 (10): 3246-3256. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0065

摘要 ( 211 )

HTML ( 33 )

PDF(3879KB) ( 232 )

储能是推动主体能源由化石能源向可再生能源转变的关键技术，对提升清洁能源消纳，保障电力连续稳定输出，提升火电效率，保障电能质量具有突出作用，是实现多能协同、清洁低碳、安全高效能源体系的重要支撑。本工作主要聚焦新能源场站参与电网一次调频应用场景下的储能系统配置，综合考虑了不同储能系统技术出力特性、储能系统成本、储能系统使用寿命、储能系统经济性等诸多因素，并在考虑储能系统能量及功率平衡、储能荷电率限制、储能出力置信度等多约束目标的基础上，运用多时间尺度小波分析、储能容量迭代优化算法和雨流计数电池寿命预测等数值分析理论，开发出适用于新能源场站参与一次调频的混合储能系统配置方法，并基于MATLAB开发了储能配置专用计算工具。本工作通过一个400 MW风电场参与一次调频场景中储能的配置验证了所开发的混合储能配置方法及工具。

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新能源侧储能优化配置技术研究进展

李红霞, 李建林, 米阳

2022 (10): 3257-3267. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0102

摘要 ( 338 )

HTML ( 63 )

PDF(1519KB) ( 553 )

储能作为提升新能源消纳量的一种重要手段，在“碳达峰、碳中和”要求大力发展风光等新能源背景下，“新能源+储能”模式将成为国家“十四五”期间新能源发展主流趋势。已有的储能相关综述文章主要归纳总结了各种储能本体技术的发展和储能在电力系统中的应用场景，对储能优化配置技术研究综述尚少，特别是新能源侧储能，因此了解储能在新能源侧的优化配置技术十分必要。本文首先介绍和分析了新能源侧配置储能的发展现状，包括“十四五”期间各省份颁布的政策、国内典型示范工程和应用场景；其次探讨了储能优化配置技术中2个关键问题，储能系统选型和储能系统规划模型。在选型方面，对比和分析了各种电池类型的优缺点和适用场景，在构建储能系统规划模型方面，综合考虑风光出力不确定性、经济性、环保性和技术性等不同因素对规划模型的影响，列出了具体的数学表达式和相应的规划方法；最后，针对新能源侧配置储能的政策制定、储能本体技术的发展、系统选型、优化模型的建立和优化配置仿真软件平台的开发等关键性内容提出建设性意见，为未来新能源侧配置储能实际工程项目的建设提供借鉴和参考。

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提升光伏消纳的分布式储能系统控制方法

曾伟, 熊俊杰, 马速良, 谭宇良, 李建林

2022 (10): 3268-3274. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0573

摘要 ( 233 )

HTML ( 33 )

PDF(1383KB) ( 134 )

分布式储能具有分散灵活等特点，多分布式储能协同配合可以解决单一储能调节能力差、范围小的问题，可以进一步提高新能源消纳能力。提高新能源利用率。本工作通过建立一个光伏电站、两个分布式储能系统模型，并通过分析光伏电站出力，利用储能系统跟踪光伏出力的特点建立以分布式储能系统出力最小为目标的目标函数，结合发电系统的功率平衡要求、分布式储能系统的电池能量状态(state of energy，SOE)约束、分布式储能系统功率和容量约束，采用线性递减惯性权重粒子群优化算法，旨在在已有的约束条件下，寻求分布式储能系统的最佳效率。通过仿真分析该方法可以提高光伏消纳能力，减少储能系统动作次数，进一步增加储能系统的寿命。

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风电光伏波动性电源对电解水制氢电解槽影响的研究进展

丁显, 冯涛, 何广利, 胡婷, 刘延江

2022 (10): 3275-3284. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0185

摘要 ( 579 )

HTML ( 53 )

PDF(2405KB) ( 406 )

通过可再生能源电解水制氢，用于交通、工业等亟需脱碳的领域，是实现绿色可持续发展的重要技术路径。可再生能源具有波动性特征，风电表现为实时随机波动，而光伏发电表现为较为规律的昼夜周期特性。当电解槽输入波动性电源时，电解槽电压和电流发生变化，电流变化幅度明显高于电压。本文综述了碱性电解槽和质子交换膜电解槽在波动性电源输入下的性能衰退机制和材料劣化机理。对于碱性电解槽，波动性电源变化在分钟级以下时，电解槽无法快速跟随响应，导致反应平衡和热平衡无法建立，可能产生电极催化剂溶解、聚集，隔膜机械损伤，电解液析出堵塞反应通道等现象，使得电解槽性能发生衰减。对于质子交换膜电解槽，电源波动性导致阳极催化剂溶解、迁移、沉积和聚集，隔膜由于局部热点和羟基自由基攻击发生降解，双极板发生溶解和氧化腐蚀，导致电解槽性能下降。基于波动性对电解槽的工况-材料-结构-性能影响规律，进行正向设计开发，研究缓解策略，提升电解槽抵抗电源波动性能力，从而增加可再生能源利用率，对于降低电解水制氢成本、推动规模化应用具有重要意义。

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二氧化碳储能技术研究现状与发展前景

郝佳豪, 越云凯, 张家俊, 杨俊玲, 李晓琼, 宋衍昌, 张振涛

2022 (10): 3285-3296. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0199

摘要 ( 797 )

HTML ( 95 )

PDF(6213KB) ( 1253 )

二氧化碳储能(CES)技术是基于压缩空气储能(CAES)和Brayton发电循环的一种新型物理储能技术，具有储能密度大、运行寿命长、系统设备紧凑等优势，具有较好的发展和应用前景。本文介绍了典型二氧化碳储能系统的工作原理和基本特征，指出了系统循环效率(RTE)、储能密度(ESD)的计算方式和评价效果；通过对近期相关国内外文献的讨论，结合二氧化碳储能技术的发展进程，重点梳理了二氧化碳电热储能(TE-CES)、跨临界二氧化碳储能(TC-CES)、超临界二氧化碳储能(SC-CES)、液态二氧化碳储能(LCES)和耦合其他能源系统的二氧化碳储能系统的研究进展，指出了不同系统的优势、不足及适应性应用场景；总结了二氧化碳储能的研究方向、关键技术和主要挑战，最后分析了二氧化碳储能技术在技术研发和面向多场景应用两个层面上的发展前景。综合分析表明，目前二氧化碳储能技术相关研究方兴未艾，且较多为理论研究，还需要进一步朝着系统优化设计、实验验证和产业化应用方向发展，二氧化碳储能技术有望在未来电力储能市场中获得较大发展空间。

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基于拓扑滤波与改进Canny算子的锂离子电池电极缺陷检测

孙浩然, 李雅雯, 韩有军, 胡跃明

2022 (10): 3297-3305. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0167

摘要 ( 178 )

HTML ( 21 )

PDF(4480KB) ( 478 )

电极作为锂离子电池的重要组成部分，其质量直接关系到电池的电化学性能、安全性能及使用寿命。锂离子电池电极的生产环境复杂且缺陷形态多变，针对电极图像拍摄过程中易出现的亮度不均以及缺陷对比度低等问题，提出一种基于拓扑滤波与改进Canny算子的电极缺陷检测算法。首先采用基于拓扑学原理的滤波模板抑制图像背景噪声，针对图像整体灰度值过高的问题，应用灰度变换矫正图像灰度分布，增强图像对比度；其次考虑到背景细小纹理较多且边缘信息较弱，提出一种改进Canny算子，采用双边滤波降低图像噪声的同时有效避免边缘模糊，多尺度增强算法改善光照不均增强图像细节；应用四方向的Sobel算子计算梯度幅值和方向以获取更多的边缘信息，提升边缘定位的精确度；基于最大熵算法自适应确定高低阈值，避免边缘点判定的局限性，提高边缘连接的效果。实验研究结果证明相对于其他算法，该算法可以较好地保护边缘细节，精确完整地提取出缺陷轮廓，表现出更优越的准确率和抗噪性，具有一定的实用价值。

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基于Douglas-Peucker融合闵式距离的锂电池健康因子提取及SOH预测

陈万利, 张梅, 冯涛

2022 (10): 3306-3315. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0188

摘要 ( 215 )

HTML ( 23 )

PDF(4465KB) ( 186 )

针对锂离子电池的健康因子提取困难而导致电池健康状况(state of health，SOH)预测精度低的问题，提出一种基于Douglas-Peucker融合闵式距离的锂电池健康因子特征提取算法，并利用该算法对恒流恒压充电恒功率放电策略下的电池数据进行特征提取，进而实现对锂电池的SOH预测。首先对测量的实验数据建立特征工程，利用闵式距离建立评价指标，实现基于Douglas-Peucker算法的电池健康因子提取，进而得到34维健康因子。然后，针对所提取的健康因子，利用差分变异头脑风暴(difference-mutation brainstorm optimization，DBSO)算法进行寻优，剔除不相关和冗余的特征，避免模型过拟合，提高模型性能。最后，利用支持向量机(support vector machines，SVM)及其优化模型对所提取的健康因子进行电池SOH预测。实验结果表明，所建立的特征工程提取的健康因子在SVM各模型中拟合优度均超过0.96，其中DBSO-SVM模型的预测精度最高，预测效果最好，平均绝对值误差(mean square error，MSE)值低于3。结合不同充放电策略，将所提出的特征提取算法在NASA数据上验证。结果表明，在SVM模型上，电池B0005、B0006、B0007的拟合优度达到0.99，均方根误差(root mean square error，RMSE)值均低于6%。对比多种优化算法，DBSO-SVM模型的性能最好。

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基于充电过程的锂电池SOH估计和RUL预测

李放, 闵永军, 王琛, 张涌

2022 (10): 3316-3327. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0165

摘要 ( 599 )

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PDF(4846KB) ( 557 )

车用锂离子电池的健康状态(state of health，SOH)和剩余寿命(remaining useful life，RUL)是锂离子电池的关键状态参数，为实现其准确的预估以保障整车安全可靠的运行，基于电动汽车充电过程提出一种改进高斯过程回归(Gaussian process regression，GPR)的锂电池SOH估计和RUL预测模型。首先以最大互信息系数(maximal information coefficient，MIC)、Pearson系数筛选充电过程的多元信息作为健康因子，基于主成分分析(principal components analysis，PCA)简化模型结构并使用粒子群算法和组合核函数改进高斯过程回归，实现车用锂离子电池SOH的准确在线估计以及RUL预测。通过NASA锂离子电池数据集验证了模型的有效性：测试电池SOH估计的最大均方根误差(root mean square error，RMSE)为0.0148，SOH预测的最大RMSE为0.0169，RUL预测的最大绝对误差为1个循环次数。

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锂电池SOC估计的实现方法分析与性能对比

黎冲, 王成辉, 王高, 鲁宗虎, 马成智

2022 (10): 3328-3344. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0078

摘要 ( 540 )

HTML ( 73 )

PDF(2555KB) ( 750 )

锂电池荷电状态(state of charge，SOC)估计技术是保证电力储能和电动汽车合理应用的核心技术，也是锂电池系统控制运营、监测维护的基础。在锂电池实际应用中，其表现出非线性、时变性、影响因素复杂性和不确定性的问题，造成了荷电状态估计难度大、精度不高和适应能力不足。为此，众多锂电池荷电状态估计算法及改进策略应运而生。与此同时，部分研究人员针对不同估计方法和改进策略的实现方式和优缺点开展了分析与对比，但相关综述对估计方法的技术特点和适用性方面的论述不足且缺乏系统性总结。本文首先分析了锂电池荷电状态估计的影响因素和测试标准；然后从基于实验计算的传统方法、基于电池模型的滤波类算法、基于数据驱动的机器学习技术以及数模混合估计方法四个方面开展对比分析，归纳总结各类方法的技术特点、实现过程、适用条件、难题痛点以及应用优势，系统全面地论述了现有锂电池荷电状态估计技术的研究重点和应用现状；最后，展望了锂电池荷电状态估计算法的未来研究方向。

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基于自适应协同引导的电池组性能衰退参数辨识

尹建光, 崔相宇, 李方伟, 臧玉魏, 彭飞

2022 (10): 3345-3353. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0118

摘要 ( 121 )

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PDF(2087KB) ( 65 )

老化导致的电池组性能衰退与电池组电荷吞吐能力密切相关，对电池组性能衰退参数的快速精确辨识对提高电池组的服役寿命预测有效性至关重要。然而，既有的电池组性能衰退参数辨识方法仍然存在对大种群规模和高迭代次数的显著依赖，不利于提高电池组性能衰退模型的在线辨识更新适用性。针对此，本文提出了一种基于自适应协同引导的电池组性能衰退参数辨识方法。该方法首先基于自适应协同策略，综合考虑种群差异度和种群适应度的折中，实现种群个体对参数搜索空间的初期全局分布；在此基础上，基于精英引导策略，使种群中的个体在全局精英个体周围局部搜索，实现后期快速收敛至全局最优解。基于实测数据验证的统计结果表明，本文提出方法针对半经验容量衰退模型和内阻增量模型，在小种群规模下的参数辨识效率和精度均得到显著提升，分别在0.6 s和1.1 s内达到0.237%和0.37%的适应度终值，相对于蚁狮算法在辨识效率提高81.35%的同时适应度均值降低了3.8%，相对于灰狼算法在辨识效率提高17.14%的同时最终适应度均值降低了22.11%。

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基于WOA-XGBoost的锂离子电池剩余使用寿命预测

史永胜, 李锦, 任嘉睿, 张凯

2022 (10): 3354-3363. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0126

摘要 ( 424 )

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PDF(3653KB) ( 398 )

使用早期数据准确预测电池剩余使用寿命(RUL)可以加速电池的改进和优化。然而电池退化过程是非线性的，且在早期阶段容量衰减可忽略不计，使得RUL预测具有挑战性。为解决这一问题，本工作使用电池早期循环数据，并构建WOA算法和XGBoost算法的混合预测模型预测RUL。文章首先对电池实验数据进行预处理，观察放电电压-容量退化曲线和容量增量曲线的变化，选取与实际容量状态相关性较高的潜在特征，并将其时间序列数据作为XGBoost预测模型的输入，然后采用WOA算法对模型进行参数优化。最后使用由丰田研究所提供的84个在多步充电和恒流放电条件下的锂离子电池数据进行验证，结果表明所提出模型仅使用前100个周期循环数据即可对整个电池寿命预测，测试误差低于4%。

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基于数理统计方法的锂电池电解液电导率优化设计

周思飞, 李骏, 张道明, 薛浩亮, 王小飞

2022 (10): 3364-3370. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0064

摘要 ( 281 )

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PDF(2316KB) ( 337 )

离子电导率是评估锂离子电池电解液性能的重要特征参数，直接影响着电池的低温、倍率等性能，在电解液的设计中极具指导价值。传统的电解液研发模式主要基于经验和实验的“试错法”，存在变量多、实验成本高、开发周期长等问题。针对以上问题，本工作提出了一种结合空间填充混料设计与高斯过程回归的电导率优化设计方法，以包括环状碳酸酯(EC)及不同种类线性碳酸酯、羧酸酯的电解液溶剂组成作为模型的输入，电导率作为模型的输出，并运用最大似然估计求解超参数；通过后续实验验证了模型的有效性，并可预测满足任意电导率要求的电解液溶剂配方。

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超级电容器分数阶模型的分频段参数辨识方法

邓巧, 丘东元, 顾文超, 陈艳峰, 张波

2022 (10): 3371-3380. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0236

摘要 ( 197 )

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PDF(2642KB) ( 228 )

超级电容器的电阻与电容参数不是常数，受频率等因素影响。研究发现采用分数阶等效电路模型能够更加准确地描述超级电容器的非线性特性。针对超级电容器的分数阶模型参数难以获取的问题，提出一种分频段参数辨识方法。该方法根据不同频段下超级电容器的阻抗特性，提出了相应频段的等效阻抗表达式，进而根据典型频率的阻抗数据求解各频段阻抗表达式中的未知参数，实现超级电容器分数阶模型参数的全频段辨识，从而大大降低了分数阶模型参数辨识的难度。最后，对超级电容器进行动态应力(DST)测试和不同频率的恒流充放电实验，将辨识得到的超级电容器分数阶模型仿真输出电压与超级电容器的实测电压进行对比。结果显示在DST测试下，模型端电压的平均相对误差为1.52%，最大相对误差限制在4%以内；在恒流充放电实验中，最大相对误差限制在6%以内，验证了所提分频段参数辨识方法的有效性和准确性。

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基于用户侧储能的电压暂降分级治理方案及其经济性分析

丁凯, 郑剑, 李伟, 黄曾睿, 王易, 钱一民, 郑子萱, 谢琦

2022 (10): 3381-3390. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0255

摘要 ( 203 )

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PDF(2064KB) ( 86 )

为提高工业园区内用户侧储能系统的经济效益，在储能削峰填谷的基础上，提出基于用户侧储能系统的优质电力园区电压暂降分级治理方案并对方案作了经济性分析。设计了用户侧储能系统的拓扑和控制策略，使之在常规削峰填谷功能的基础上具备电压暂降治理功能。为避免用户侧储能系统在不同控制模式之间切换可能带来的负面影响，提出了基于用户侧储能系统与动态电压恢复器(DVR)协同的电压暂降分级治理方案，其中第一级供电不含任何电压暂降治理设备，第二级供电由单一电压暂降治理设备提供，第三级供电由用户侧储能系统和DVR协同保障，并通过PSCAD/EMTDC中的仿真验证了所提分级供电方案的有效性。建立了用户侧储能系统的成本收益模型，以常规削峰填谷型用户侧储能系统为对比，对所提电压暂降分级治理方案作经济性分析，论证了对于受电压暂降影响较大的用户而言，所提方案可以显著提高用户侧储能系统的经济效益、缩短投资回收期。

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我国加氢基础设施关键技术及发展趋势分析

熊亚林, 许壮, 王雪颖, 高鹏博, 杨康

2022 (10): 3391-3400. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0254

摘要 ( 328 )

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PDF(4696KB) ( 464 )

加氢基础设施技术的发展是低碳清洁氢气在交通领域应用的重要支撑。本文对加氢基础设施技术进行综述，介绍了包括美国、日本、欧洲等国家和地区的加氢基础设施技术路线图和技术指标目标，提炼了降低设备成本、提高运行可靠性和降低运行能耗三个关键指标作为加氢站降本技术的开发思路与目标。主要国家通过高可靠性及高效率的氢气压缩机与液氢泵、高效加氢机、高压阀门、长寿命膜片等核心装备、关键材料及组件的国产化等攻关方向进行研发布局从而实现加氢站整体降本，对我国加氢技术路线制定具有重要参考价值。基于国内加氢基础设施技术发展现状，分析并量化对标我国关键技术装备性能指标与国外的差距，提出我国加氢基础设施整站与关键技术装备技术路线与攻关方向，并建议从技术突破、政策鼓励与产业协同创新等多方面协同发力，降低加氢基础设施成本，从而发挥氢能在交通领域深度脱碳方面的作用。

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全球主要国家氢能发展战略分析

万燕鸣, 熊亚林, 王雪颖

2022 (10): 3401-3410. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0132

摘要 ( 527 )

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全球氢能已进入产业化快速发展新阶段，欧美日韩等20多个主要经济体已将发展氢能提升到国家战略层面，相继制定发展规划、路线图以及相关扶持政策，加快产业化发展进程。本文分析总结了日本、德国、韩国、美国、澳大利亚等国家氢能发展战略，提炼了深度脱碳、保障能源安全和实现经济增长3个发展氢能核心驱动力；基于碳中和目标成为国际共识以及全球地缘政治的扰动分析了氢能发展定位、氢源结构过渡、多元应用场景、产业发展阶段4个方面的趋势。主要国家统筹考虑资源禀赋、技术和产业基础、市场需求等多方面因素，因地制宜推动氢能技术攻关与产业化发展，对我国氢能产业高质量具有重要参考价值。本文从加强国家层面氢能战略引导、加大关键核心技术攻关力度和加速多元化场景示范应用3个方面提出了贯彻落实《氢能产业发展中长期发展规划(2021—2035年)》的建议。

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大数据技术在新能源产业中的应用探索

李洋

2022 (10): 3411-3412.

摘要 ( 89 )

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PDF(348KB) ( 126 )

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基于政府经济模型对新能源行业运行模式的管理规划

乔薇

2022 (10): 3413-3414.

摘要 ( 64 )

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京津冀区域经济发展中的储能行业影响分析

杨艳萍

2022 (10): 3415-3416.

摘要 ( 65 )

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清洁能源在北京冬奥会绿色运动中的应用

袁野

2022 (10): 3417-3418.

摘要 ( 71 )

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电池储能系统在节能型酒店中的应用分析

刘红梅

2022 (10): 3419-3420.

摘要 ( 132 )

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电力行业大学生创新创业教育的理论与实践

邹立亮, 曹宜婷

2022 (10): 3421-3422.

摘要 ( 63 )

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