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    2024年, 第13卷, 第8期 刊出日期:2024-08-28 上一期    下一期
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    2024 (8):  0. 
    摘要 ( 46 )   PDF(2222KB) ( 18 )  
    相关文章 | 计量指标
    储能材料与器件
    高倍率和长循环稳定性钠离子电池正极材料Na0.85Ni0.3Fe0.2Mn0.5O1.95F0.05 @CuO的性能研究
    郝定邦, 栗永利
    2024 (8):  2489-2498.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0215
    摘要 ( 323 )   HTML ( 42 )   PDF(6177KB) ( 75 )  

    传统钠离子电池铁锰基正极材料具有价格低廉、理论比容量和工作电压高的优势,受到了广泛和深入的研究,但是铁锰基层状氧化物在充放电时晶体结构会发生不可逆相变,容量和循环稳定性会迅速衰退,不利于大规模应用和发展。针对这种问题,本工作采用阴离子F-掺杂和金属氧化物CuO包覆制备出P2/O3混合相Na0.85Ni0.3Fe0.2Mn0.5O1.95F0.05@CuO铁锰基正极材料,并分析了不同包覆温度下材料的电化学性能。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量分散谱(EDS)显示CuO对材料表面实现了致密均匀包覆,非原位X射线衍射分析(ex-situ XRD)结果表明材料在充放电过程中未出现不可逆相变,晶体结构保持良好。Na0.85Ni0.3Fe0.2Mn0.5O1.95F0.05@CuO-800材料在2.0~4.2 V时首次放电容量为122.7 mAh/g,100圈循环后容量保持率为72.62%;在5C和10C大倍率充放电电流密度下经过200圈和800圈循环后放电比容量仍达到75 mAh/g和60 mAh/g,容量保持率为82%以上。结果表明F-掺杂形成的强TM—F键以及均匀致密包覆的CuO层保持了材料晶体结构的稳定性,抑制了不可逆O2相的产生,减少了电极材料与电解质之间副反应的发生,避免了因过渡金属离子的溶解造成正极材料剥落。本工作显著提升了材料在高倍率下的长循环性能,为高倍率和长循环稳定性的铁锰基正极材料设计提供了依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    TiO2/TiN异质结内建电场的构筑及多硫化锂催化转化性能研究
    杜陈强, 聂周缓, 王慧楠, 张纪伟, 张经纬
    2024 (8):  2499-2510.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0143
    摘要 ( 169 )   HTML ( 13 )   PDF(6526KB) ( 26 )  

    锂硫电池因具有较高理论容量和能量密度,成为最有前景的下一代电池体系之一。正极材料存在导电性差和多硫化锂转化反应动力学缓慢等问题引起严重的穿梭效应,致使硫利用率低、功率密度小、循环寿命短,严重制约了锂硫电池商业化进程。异质结复合材料具有丰富的活性位点和催化活性,能够催化多硫化锂氧化还原反应,然而其对多硫化锂催化转化机制仍不清晰。本工作以原位构建球形TiO2/TiN异质结复合材料为模型,研究异质界面结构与其对多硫化锂的“吸附-催化-转化”行为,试图解决上述问题。采用多硫化锂吸附实验、X射线光电子能谱分析、紫外可见光谱分析、恒电流充放电测试和循环伏安测试等手段,研究异质界面内建电场形成机理及其对锂硫电池电化学性能的影响。结果表明,TiO2/TiN异质结界面形成由TiN指向TiO2的空间电荷区并构成内建电场。异质结内建电场显著改善多硫化锂锚定能力,加速Li+快速传输,提高多硫化锂向Li2S转化能力。TiO2/TiN异质结复合材料组装的锂硫电池倍率循环测试结果表明在0.05 C电流密度下初始放电比容量高达1070 mAh/g,多次循环后1C电流密度下容量仍保持60.7%。变温循环伏安测试结果表明TiO2/TiN异质结复合材料将Li2S转化反应活化能降低至2.73 kJ/mol。本工作为锂硫电池正极复合材料的设计和推动锂硫电池进一步发展提供新思路。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    氮杂环导电高分子改性锂离子电池石墨负极材料
    王志勇, 蔡君瑶, 佘英奇, 钟树林, 潘康华
    2024 (8):  2511-2518.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0152
    摘要 ( 125 )   HTML ( 24 )   PDF(7267KB) ( 34 )  

    石墨负极是锂离子电池重要的负极材料,但其在锂离子电池应用过程中的低电导率、低倍率性能、低容量等问题限制了其进一步应用。表面包覆是石墨负极改性的重要方式,当前沥青包覆为常用的包覆方式,可以有效降低比表面积,但为了匹配新一代电池的应用场景,需优化改性方向。在本研究中,以商用石墨负极为主,使用氮杂环导电高分子作为包覆剂,在石墨表面进行原位包覆改性,得到了包覆石墨,并设置了梯度包覆量,经过一系列表征发现,氮杂环导电高分子包覆有效地提升了石墨负极的比容量与快充性能,并且容量随着包覆量的提升而进一步提升(石墨负极的锂电容量为352.3 mAh/g,包覆后的锂电容量最高可升至359.7 mAh/g)。在保持容量提升的同时,氮杂环导电高分子包覆也极大地提升了快充性能,通过优化的包覆量,将原始石墨的1.2C/0.05C容量保持率从39.22%提升至50.97%,在商用负极的容量和快充性能提升上实现了较大突破,并通过机理分析证明,氮杂环导电高分子在石墨表面进行原位包覆改性,为石墨提供了表层导电网络和额外的锂离子吸附位点,为石墨负极的容量和快充性能提升作出了较大贡献,可作为新一代负极材料表面改性的优化方向。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于弱配位环境的晶态锌离子固态电解质
    许超锋, 韩晓蕾, 王进芝, 王晓君, 刘治明, 赵井文
    2024 (8):  2519-2528.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0236
    摘要 ( 118 )   HTML ( 13 )   PDF(5187KB) ( 24 )  

    二次锌电池是一类低成本、环保和高安全的规模储能技术,但是一直以来锌金属负极与传统水系电解液兼容性不足以及严重的枝晶生长问题限制了电池能量密度和寿命。发展固态二次锌电池是根本解决上述瓶颈问题的有效路线之一,但是,二价锌离子电荷密度高,其在无机陶瓷电解质和聚合物电解质中的室温固相传导极为困难。本工作以具有层状晶体结构的三氟甲基磺酸锌[Zn(TFO)2]作为离子盐主体骨架,通过引入“软碱”的双齿弱配位配体——丁二腈(SN)重塑锌离子的固相配位环境,发展了一类晶态配位化合物的锌离子固态电解质[Zn(TFO)2(SN) n ]。得益于氰基官能团(—CN)与三氟甲基磺酸阴离子(TFO-)的共配位结构,阴离子骨架对锌离子的静电束缚得到了显著降低,锌离子室温固态离子电导率实现了3个数量级的提升[由Zn(TFO)2的1.1×10-9 S/cm提升至1.8×10-6 S/cm]。基于该类固态电解质,Zn||Zn对称电池可实现低极化电压(0.08 V, 0.05 mA/cm2)的长周期锌沉积/溶解循环,并且实现了全固态锌空气电池在室温下的可逆充放电。

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    阻燃凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究
    张结雨, 张顺, 李宁, 曾芳磊, 丁建宁
    2024 (8):  2529-2540.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0164
    摘要 ( 146 )   HTML ( 22 )   PDF(6234KB) ( 35 )  

    本工作采用原位聚合工艺制备阻燃凝胶聚合物电解质,将1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(HFE)引入电解质体系中,在提高电解质的阻燃性能的同时,还可以通过调节多硫化物的溶解程度来抑制锂硫电池的“穿梭效应”。对比未添加HFE(HFE-0)和添加不同含量HFE的电解质的阻燃性能和电化学性能发现,DOL、DME和HFE体积比为1∶0.5∶0.5时(HFE-0.5)凝胶聚合物电解质具有最优的阻燃性能和电化学性能。通过扫描电子显微镜(SEM)和电化学技术等表征测试手段,对比分析了使用HFE-0和HFE-0.5电解质的锂硫电池和磷酸铁锂电池的电化学性能及其相应的锂负极在循环后的表面形貌,结果表明,使用HFE-0.5电解质的锂硫电池在0.1 C的倍率下循环100圈后仍可保持706 mAh/g的放电比容量,容量保持率达到84.59%,循环性能明显优于未添加HFE的电解质。此外,使用HFE-0.5电解质的磷酸铁锂电池在0.2 C的倍率下循环110圈后的放电比容量仍可达到117.2 mAh/g,说明所制备的凝胶聚合物电解质也可适用于磷酸铁锂电池体系。本文设计的阻燃凝胶聚合物电解质有助于推动锂硫电池的发展和应用。

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    不同形貌FeS2 的可控制备及储钠特性研究
    范利君, 吴保周, 陈珂君
    2024 (8):  2541-2549.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0102
    摘要 ( 57 )   HTML ( 9 )   PDF(7644KB) ( 13 )  

    作为典型的转化反应型储钠负极材料,FeS2具有无毒、成本低廉及理论比容量高等优势,成为钠离子电池潜在的负极材料之一。然而,该材料在实际储钠过程中的动力学性能相对较差,限制了其实际应用。基于此,本研究基于溶剂热反应合成策略,通过改变前驱体中铁硫摩尔比,分别合成了具有不规则球形颗粒形貌,球形颗粒与立方体混合形貌以及规则立方体形貌的FeS2样品,进一步分析研究了微观形貌对FeS2储钠性能的影响。电化学测试结果显示,具有规则立方体形貌的FeS2具有最优的倍率性能和循环稳定性,在0.1 A/g的电流密度下循环100次以后可保持354.5 mAh/g的放电比容量,在电流密度为2.0 A/g下循环500次后,仍保持246.3 mAh/g的放电比容量,是对比样品比容量的1.2倍。储钠动力学分析表明,立方体形貌的FeS2样品表现出赝电容占主导的储钠机制,因此具有更快的钠离子扩散效率和更高的倍率性能。该研究能够为高性能转化型钠离子电池负极材料的开发提供理论参考和依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高能量长续航无人机电池的开发及制备
    巩文豪, 李蒙, 张涛, 张若涛, 刘艳侠
    2024 (8):  2550-2558.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0147
    摘要 ( 186 )   HTML ( 39 )   PDF(4570KB) ( 78 )  

    以高镍三元单晶和多晶颗粒为正极材料,制备出了3种体系的正极极片。负极材料采用高首效和低膨胀的硅氧颗粒,并制备成负极极片。通过软包电池叠片和注液工艺,制备成单体电芯。采用3种不同的化成工艺对单体电池进行激活,经过高温加压和阶梯式充电电流方式化成的电池,循环500周后容量保持率高达95.3%。最终制备的单体电池在常温2 C放电条件下表现出优异的电化学性能,放电容量为23 Ah,能量密度达到269 Wh/kg。在常温1 C/2 C循环1000次后,电池容量保持率达到88.3%。单体电池在高温柜放置7天后,电池的容量保持率达到95.7%,容量恢复率为97.4%。该电池还具有优异的放电倍率性能,以1 C放电容量为基准值,10 C的放电容量比达到了83.3%。按照国家标准,电池还顺利通过了严格的加热和外短路安全要求测试。此外,通过选用一致性更高的6块单体电池以串联的方式进行组装,成功制备出了无人机电池组。该电池组尺寸为81 mm×183 mm×71 mm,重量为1902 g,2 C放电能量密度为240 Wh/kg,可满足不同倍率下放电,使之能够在多种复杂工作条件下为无人机提供可靠的动力支持。

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    外部载荷对硅电极锂电池循环性能的影响
    何忆南, 张锴, 周俊武, 王欣杨, 郑百林
    2024 (8):  2559-2569.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0150
    摘要 ( 162 )   HTML ( 29 )   PDF(8254KB) ( 45 )  

    硅具有高比容量和低电压平台等优点,被认为是最有前途的锂离子电池负极材料之一。然而,硅电极在锂化/脱锂过程中巨大的体积膨胀以及伴随的材料破裂和粉化,限制了其倍率性能和循环性能。现有研究表明,在循环过程中对硅电极施加外部载荷能有效提高电池的循环性能。本研究提出了一种宏观调控方法,即通过施加外部机械载荷以提高硅电极锂离子电池的容量保持率。采用设计定制的原位充放电加压实验设备,以CR2032纽扣电池为对象开展实验,通过充放电循环测试验证了该方法的有效性。实验结果显示,在CR2032电池表面施加0.2 MPa大小的轴向外部载荷,可以有效抑制硅电极在充放电过程中的膨胀,并调节电池内部状态。经过50个充放电循环后,电池容量保持率将从无外部载荷时的59%提升至70%。同时,由于硅电极活性物质颗粒在锂化和脱锂过程中存在不同的应力状态,提出了一种新的调控方法,即在循环过程中在电极材料的锂化阶段施加0.1 MPa大小的外部载荷,并在脱锂阶段施加0.2 MPa的载荷。实验结果证明,该方法可以进一步提高硅电极锂离子电池的循环性能。此外,电极表面的扫描电子显微镜成像结果也支持了这一结论。本研究采用的外部机械载荷施加方法,为从宏观角度提高硅负极锂离子电池性能提供重要的借鉴。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于离散元法的锂电池极片辊压过程探究
    杨凯悦, 谢欣兵, 杜晓钟
    2024 (8):  2570-2579.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0110
    摘要 ( 138 )   HTML ( 27 )   PDF(8403KB) ( 45 )  

    随着“双碳目标”的提出,锂电池肩负了前所未有的降碳使命。辊压工艺是锂电池极片成形过程中的重要一环。它会对锂电池极片的微观结构及其力学性能产生重要影响,而极片微观结构及其力学性能又直接关系到锂电池的整体性能表现。因此,本研究特针对辊压工艺对锂电池极片微结构及其力学性能开展研究。考虑到锂电池极片并非单一均匀的物质,而是由各种形状和粒径的粉末颗粒复杂地堆叠、粘接、嵌合而成的异质性结构。本研究采用离散元法,并根据真实极片颗粒形状及粒径分布建立锂电池正极片模型,揭示辊压过程中极片变形的实质,探求极片微观结构及其力学性能变化规律。结果表明:随着辊压程度的均匀增加,极片孔隙率呈现出先线性减小,后缓慢减小的规律。极片密度是线性增大的;辊压会使得极片颗粒之间的配位数增加,并且活性材料镍钴锰酸锂(NCM)的配位数增大速度要大于黏结剂形成的胶相(carbon binder domain, CBD);辊压还使得锂电池极片的内应力呈现类指数的增大规律,其中z方向的应力增大速度明显大于xy方向应力增大速度。

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    基于模型的燃料电池空气子系统动态过程研究
    李畅, 郑伟波, 朱帅, 姜云文, 明平文
    2024 (8):  2580-2588.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0191
    摘要 ( 81 )   HTML ( 7 )   PDF(2622KB) ( 18 )  

    车用质子交换膜燃料电池系统工作过程中,电堆内湿度除了受到反应生成的水的影响外,气流带入带出的水也有很大影响,而车用工况工作条件变化频繁,工况切换时湿度发生明显变化,其频繁变化将导致系统寿命下降,因此有必要对动态变化的过程进行研究。本工作基于MATLAB/Simulink软件平台建立了燃料电池系统仿真模型,包括燃料电池电堆、空气子系统、氢气子系统和冷却系统。电堆的增湿方式为在空气侧利用增湿器实现电堆进出口空气换湿。空气系统参数主要由空压机转速和背压阀开度控制,分别研究了动态变化过程中空压机转速变化的速度,空压机转速变化的路径和空压机转速、背压阀开度和电流三者变化的相对时间对电压和湿度变化的影响。在本工作的条件设置中,在进气流量和压力完全变化到目标值后再改变电流对减小电压下冲值有很大帮助,但会导致湿度大幅波动,这将对系统寿命造成不利影响。综合考虑减小电压下冲值和减小湿度波动,动态变化过程中,按照空压机、背压阀和电流的顺序依次变化,且变化间隔控制在一定范围内最为合适。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    飞轮储能装置电机温度场仿真技术研究及试验验证
    周茜茜, 黄勇, 崔可, 孙大南
    2024 (8):  2589-2596.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0231
    摘要 ( 79 )   HTML ( 6 )   PDF(2695KB) ( 15 )  

    电机是飞轮储能系统实现电能-动能转换的关键部件,其体积小、功率大的设计特点以及中真空运行环境导致温升问题突出。水道的结构设计是增强散热的重要途径。本文从流动特性和冷却效率两个方面入手,对比螺旋水道、周向水道和轴向水道的进出口压力差、换热面积、换热系数等因素对散热的影响,综合考虑各因素最终确定电机的水道形式为周向水道。电机及其零部件的散热问题关系到飞轮储能系统能否安全运行,是飞轮储能技术发展中亟待解决的关键科学技术问题。准确计算温升是解决该难题的关键所在,对飞轮储能系统热管理的研究具有重要意义。本文对40 kW的飞轮储能系统进行了有限元热仿真,重点研究了模型简化、复杂结构等效处理、损耗分布等方面的内容,考虑传热过程中的热传导、热对流和热辐射,流体场、温度场多物理场耦合,设置初始水流量为25 L/min、温度为18 ℃,对电机进行温度场仿真计算。最后将计算结果与试验结果进行对比分析,误差在±3%范围内,验证了仿真计算的准确性和可靠性。该计算方法可为以后飞轮储能用电机设计作可靠参考。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    新型迷你通道-相变热沉实验研究
    李煜, 张俊雄, 樊洪明
    2024 (8):  2597-2604.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0230
    摘要 ( 76 )   HTML ( 10 )   PDF(2455KB) ( 9 )  

    电子元件的集成化、微型化等特点加剧了芯片的热问题,基于相变材料的被动式冷却技术已无法满足功率波动的高功率电子设备的需求。本文将相变技术与主动冷却技术相结合,提出了一种用于风冷散热的新型迷你通道-相变热沉结构。该结构改善了相变材料导热性能差的问题,也解决了相变材料熔化后泄漏的问题。通过实验测试了不同热流密度、不同风速对其热控性能的影响,总结了热沉的蓄放热特性,并与未填充相变材料热沉的热控性能进行了对比。实验中热流密度变化范围为1.81~3.47 W/cm2,风速变化范围为0~4 m/s。研究表明:热流密度的增大和风速的降低均会导致热沉温控时间的缩短。2 m/s风速足以满足热流密度小于2.91 W/cm2的芯片散热需求,4 m/s风速可以在热流密度为3.47 W/cm2的情况下将热沉底面温度维持在70 ℃。与未填充相变材料热沉相比,本研究提出的热沉可以起到延长温控时长,降低稳态温度的作用。此外,风扇的开启可以有效缩短热沉的冷却时间,对于间歇性工作的电子设备具有重要的应用意义。研究结果可为迷你通道-相变热沉在实践中的应用提供参考依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    竖直波纹流道内超临界氮气流动与传热研究
    李澎煜, 林曦鹏, 王亮, 陈海生, 王艺斐
    2024 (8):  2605-2614.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0238
    摘要 ( 70 )   HTML ( 8 )   PDF(2098KB) ( 8 )  

    本工作开展了不同质量流速[G=200~400 kg/(m2·s)]、热流密度(q=200~400 kW/m2)和系统压力(P=5~7 MPa)对超临界氮气在竖直波纹流道内流动与传热特性影响的研究,分析了局部对流换热系数和周期平均对流换热系数分布特性,结合场协同原理和浮升力效应分析不同竖直流向之间对流换热系数差异产生的主要原因。结果表明,波纹周期内局部对流换热系数存在波动;周期平均对流换热系数能更好地反映超临界氮气在流道内的整体流动换热特性。提高质量流速可以显著增强换热,削弱流向对换热系数的影响;增加热流密度会降低流道内换热系数,强化流向对换热系数的影响;系统压力接近临界压力会提高流道内换热系数峰值,不同流向换热系数差异受系统压力影响较小;波纹流道内不同流向对流换热系数差异主要是由浮升力效应和场协同效应共同影响产生的。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    静态条件下表面活性剂SG-10HCFC-141b水合物生成和蓄冷的促进
    罗洁, 孙志高, 李娟, 李翠敏, 黄海峰
    2024 (8):  2615-2622.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0068
    摘要 ( 54 )   HTML ( 6 )   PDF(2576KB) ( 13 )  

    制冷剂水合物蓄冷是降低电网峰谷差、提高空调经济性的一种新型蓄冷技术。水合物蓄冷相变潜热大,相变温度适宜,有效克服了传统蓄冷介质的缺点。但制冷剂水合物的形成存在诱导时间长和随机性大等问题。为了促进HCFC-141b制冷剂水合物的生成,改善水合物蓄冷能力,选择聚氧乙烯型非离子表面活性剂硬脂酸聚氧乙烯酯(SG-10)作为添加剂,研究其对HCFC-141b水合物生成和蓄冷量的影响。SG-10可有效促进水合物生成,添加量是影响其促进效果的重要因素。实验研究4种不同质量浓度的SG-10对水合物生成的影响,当质量浓度为2%时水合物形成稳定性好,生长密实,是该体系最佳添加量,此时水合物形成诱导时间最短(209 min),蓄冷量最大(约为212.8 kJ/kg),水合物生长速率最快[4.09 kJ/(kg·min)]。当表面活性剂SG-10浓度达到一定值时,其会自发缔合生成胶束,为水合物提供成核位点,有助于水合物生成。SG-10在溶液中形成的胶束是促进水合物形成的主要原因。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于圆柱封装单元的水合盐相变储热填充床的储释特性实验研究
    刘云汉, 王亮, 张双, 林曦鹏, 葛志伟, 白亚开, 林霖, 王艺斐, 陈海生
    2024 (8):  2623-2633.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0187
    摘要 ( 166 )   HTML ( 5 )   PDF(5299KB) ( 9 )  

    水合盐相变储热技术具有储热密度高、成本低等优势,在清洁供暖中具有广阔应用前景。本研究设计并搭建了以三水合乙酸钠作为储热材料,以圆柱形相变材料封装单元作为基础单元的填充床相变储热装置。通过实验研究填充床储热装置的运行特性,研究了流量和储热温度对装置的储释热用时、出口温度、热效率及储热密度的影响。实验结果表明:提高储热温度和增大流量可缩短储热用时、提升热效率和储热密度。储热装置的热效率可达94.73%,储能密度可达71.77 kW·h/m3

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于T-history法的脂肪酸相变材料的凝固-熔化动力学模型及关键参数
    刘思麟, 曹晓玲, 张沛璐, 冷子瑜
    2024 (8):  2634-2648.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0172
    摘要 ( 76 )   HTML ( 5 )   PDF(11051KB) ( 8 )  

    相变材料的熔化、结晶特性对相变储能具有重要意义,现有相变模型设定相分数与温度区间呈线性关系,未能考虑温度变化速率对相变过程的影响,因而在有关应用中的预测准确率较低。为研究温度与温度变化速率共同作用下的两相转化规律,对相变过程进行了理论分析,以相分数作为关键参数,通过固相和液相的PCM组分之间的可逆反应建立凝固-熔化动力学模型。设定Avrami方程作为模型中的反应函数,以Arrhenius方程作为模型中的速率函数。选用建筑领域常用的脂肪酸类相变材料正癸酸、月桂酸、辛酸作为实验材料,采用T-history法,通过等温结晶实验对Avrami方程进行拟合验证。经过验证证实Avrami方程与等温结晶实验所获得数据之间呈现出高度一致性与可靠性之后,通过非等温实验测试获得相变材料在不同温度与温度变化速率下的热力学信息,结合热分析动力学方法,对模型中的关键动力学参数研究测定。研究结果表明:活化能与常数因子变化趋势一致且存在互补效应,不同相变材料的活化能与常数因子大小不同,随相变过程进行,变化情况不同。反应级数随着温度变化速率的增大而减小,且凝固过程的反应级数普遍大于熔化过程。

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    钠离子电池锑基及铋基金属负极材料研究进展
    姚远, 宗若奇, 盖建丽
    2024 (8):  2649-2664.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0180
    摘要 ( 203 )   HTML ( 13 )   PDF(11899KB) ( 27 )  

    钠离子电池技术因钠资源的储量优势和制造过程中的成本优势引起了广泛关注。以硬碳为代表的碳材料是目前最常用的负极材料,但其较低的理论容量限制了钠离子电池能量密度的提升。锑和铋可通过与钠离子发生可逆的合金化反应实现储钠,具有高理论容量、高稳定性和高电导率,是极具潜力的新型负极材料。但由于不同合金相间的体积差异,锑和铋的钠化/脱钠过程伴随较大的体积膨胀,表现出结构稳定性较差、电极界面膜破坏、电解液持续消耗等问题,限制了产业化应用进程。本文综述了锑基及铋基金属负极材料的储钠机理、改性策略及方法。目前锑基及铋基金属负极材料的改性策略主要有调控结构和构建复合材料两种:通过调控结构策略可以减小颗粒尺寸、调整颗粒形貌,利用纳米效应减小材料应变;通过构建复合材料策略,可以将合金型负极与碳基材料等复合,利用核壳等特殊结构缓冲体积变化。此外,本文以铋锑合金为例对二元合金负极进行了介绍。最后,对复合材料的设计、规模化制造方法的开发、界面特性的研究等未来的研究方向进行了展望。

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    MOF衍生多孔碳基材料的制备及其在锂离子电容器负极中的应用进展
    孔妍妍, 张熊, 安亚斌, 李晨, 孙现众, 王凯, 马衍伟
    2024 (8):  2665-2678.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0050
    摘要 ( 184 )   HTML ( 10 )   PDF(13047KB) ( 34 )  

    锂离子电容器是一种兼具锂离子电池和超级电容器两者特点的新型功率型储能器件。然而,锂离子电容器电池型负极的动力学要慢于电容器型正极,导致其功率密度低、循环稳定性差等问题。金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOF)衍生多孔碳基材料以其大比表面积的多孔结构,以及出色的化学稳定性等优点,成为电化学储能领域的研究热点。本文首先分析了锂离子电容器电极材料面对的挑战,阐述了锂离子电容器的储能机制。随后分析了碳化温度、热处理时间等碳化工艺对MOF衍生多孔碳基材料理化性质的影响,并着重讨论了受碳化工艺影响制备得到的不同产物组分类型。随后总结了MOF衍生多孔碳基材料在锂离子电容器中的应用进展,提出了与其他碳材料进行复合或掺杂改性是实现高功率密度、高能量密度的锂离子电容器负极材料的重要途径,最后对MOF衍生碳基电极材料的发展前景予以展望。

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    储能系统与工程
    飞轮储能装置在轨道交通中的应用研究
    李玉光, 刘翔, 梁艳召, 刘双振
    2024 (8):  2679-2686.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0214
    摘要 ( 118 )   HTML ( 7 )   PDF(2105KB) ( 31 )  

    城市轨道交通中列车频繁启动制动,制动能量大,网压波动大,有些线路存在钢轨电位严重的问题。飞轮储能装置具有功率大、响应速度快、寿命长等特点,可以对再生制动能量在直流侧进行即收即用,节能效果好,能稳定网压波动。由于飞轮储能装置的接入可以实现多点回流、缩短电流回流路径,故对钢轨电位也有改善效果。文章分别就既有线路和新建线路,考虑牵引所空间限制、储能装置平均功率峰值、节能效果等因素,说明了飞轮储能装置的容量配置方法并针对实际案例进行容量配置说明。为使飞轮储能装置的控制策略灵活应对地铁线路的复杂工况,设置节能、稳压、网压支撑、钢轨电位治理、应急电源五种工作模式。通过飞轮储能装置在实际工程的应用案例验证了飞轮储能装置具有良好的稳压效果,平均节能率为11.36%~17.28%,全功率响应频次为31次/h,且经试验验证飞轮储能装置具有应急电源功能。

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    植物工厂储热装置性能强化研究
    葛群, 梁涛, 侯彬, 王万红, 张龙, 吴梁玉, 张程宾, 刘向东
    2024 (8):  2687-2695.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0153
    摘要 ( 80 )   HTML ( 5 )   PDF(2034KB) ( 9 )  

    为克服固液相变材料的低导热性缺点,本文在传统的套管式固液相变储热器中引入了泡沫金属结合金属肋片的传热强化手段,在储热器内部部分填充泡沫金属以进一步加快储热过程。本文探索了多种不同的储热器内部分填充泡沫金属的设置方式,基于enthalpy-porosity方法对相变材料储热熔化过程进行了数值研究,对比了不同泡沫金属设置方式下储热器内相变材料的动态熔化规律、温度响应特点、储热器的无量纲储热量与储热器经济性的差异。结果表明,配置泡沫金属后,相变材料熔化时间最大可缩短约85%,泡沫金属填充位置对其强化性能起到了决定性的作用。泡沫金属填充于远离热媒管的肋片末端与储热器外壳之间是最优的泡沫金属布置形式,其单位时间储热量是未配置泡沫金属的储热器的6.5倍。最后,本文针对具有最优泡沫金属布置形式的储热器在多种不同加热温度下的熔化过程进行了计算,提出了基于傅里叶数Fo与斯蒂芬数Ste的相变材料熔化进程预测拟合公式。本研究有助于推动固液相变储热技术的发展,为设计应用于植物工厂的太阳能光热相变储热器提供参考和指导。

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    高比例光伏接入的分布式储能容量自适应协调控制方法
    柳长发, 付立衡, 张增丽, 李宏胜, 古敬彬
    2024 (8):  2696-2703.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0196
    摘要 ( 107 )   HTML ( 6 )   PDF(2205KB) ( 17 )  

    光伏发电具有一定的波动性和不确定性,天气、季节等因素会导致光伏功率的变化,需要储能系统实时跟踪、预测和调整以保持供需平衡,但波动性和不确定性增加了控制的复杂性。为此,提出一种新的分布式储能容量自适应协调控制方法。计算接入高比例光伏电能后储能无功损耗,设置功率约束条件,确保功率的稳定性。基于此,以电压条件最优、接入负荷和净功率最低、高比例光伏接入处的功率可调节范围最优为调控目标,实现高比例光伏接入的分布式储能容量自适应协调控制。实验数据证明,所提方法在控制效果方面具有显著优势,能够实现高效的分布式储能控制,并确保光伏的高效出力。

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    磷酸铁锂电池组在电网调峰工况下的液冷技术研究
    陈悦林, 马宏忠, 朱沐雨, 宣文婧, 王思涵
    2024 (8):  2704-2712.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0131
    摘要 ( 81 )   HTML ( 24 )   PDF(4568KB) ( 30 )  

    调峰是电池储能电站重要运行的工况,电池冷却对储能电站电池安全运行至关重要,本文对磷酸铁锂电池组在调峰工况下的液冷技术进行研究。首先对磷酸铁锂电池组在实际调峰工况下的产热以及电池的液冷冷却进行研究,建立磷酸铁锂电池组在调峰工况下的产热模型以及液冷冷却模型,其次对磷酸铁锂电池组在调峰工况下的液冷模型进行优化,通过有限元仿真分析,最后,采用调节冷却液流向以及合理调节流量等方式对液冷冷却进行优化。仿真与实验结果表明:合理设置不同冷却管冷却液流向可有效提高液冷散热的均温性,通过仿真温度云图的对比并创新地采用ΔT (最大温度与平均温度的差值)来体现不同方案均温性的优劣;增大流量虽然有助于降温,但液冷倍率达到2.0以上时,冷却效果增加有限,但能耗大大增加,通过仿真结果提出最佳的流量范围为1.5~2.0。本文所提方案均已通过实验验证,并在储能电站电池冷却进行实际应用。

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    考虑风光消纳的储能系统容量优化配置及运行策略研究
    栗占伟, 樊东方, 曾超, 何雯倩, 何金
    2024 (8):  2713-2725.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0165
    摘要 ( 172 )   HTML ( 11 )   PDF(2714KB) ( 37 )  

    “双碳”背景下,综合考虑储能系统容量配置方法和运行策略,有助于提高风光可再生能源消纳率、保障系统经济性和安全运行。在储能系统规划阶段,针对风光协同消纳的不同应用场景,本文提出一种基于运行成本考虑的储能系统容量优化配置方法。以弃风、弃光和储能投资成本之和最小为目标函数,考虑功率平衡、支路潮流以及火电、风电和光伏出力等构建约束条件,对不同场景下储能系统容量进行规划,从而减少弃风弃光,实现对风光可再生能源的消纳。在储能系统实际运行阶段,针对储能系统SOC均衡度较差和运行策略实现较难的问题,提出储能系统功率优化分配双层运行策略。根据调度系统为消纳风光等可再生能源下发的储能系统功率指令,在上层基于储能电池子系统剩余电量(state of charge, SOC)和充放电能力选择最优充放电电池子系统,在下层以电池单元SOC均衡为目标实现功率优化分配,并基于AOE(activity on edge)控制组态通过Excel编写配置文件实现该策略,具有使用难度低、编写简单、控制过程形象直观、计算与运行效率高等优点,对减缓电池老化、降低用户运行策略实现难度、有效消纳风光可再生能源具有重要意义。

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    基于并联蛇形流道的动力电池冷媒直冷热管理系统研究
    宋旭, 孙楠楠, 曹恒超, 朱桂香, 李孟涵, 刘晓日, 饶中浩
    2024 (8):  2726-2736.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0268
    摘要 ( 168 )   HTML ( 19 )   PDF(6276KB) ( 30 )  

    对于使用冷媒直冷的动力电池热管理系统,制冷剂在管道内流动沸腾,管道过长造成电池包底部冷板流道内存在过热段,进而导致电池包的温差以及电池本身垂直方向上的均温性较差。本文针对一个含有48个方形电池的电池包,设计了两种并联蛇形流道结构的直冷板置于电池包底部来改善单蛇形流道所造成的电池包温度均匀性较差的问题。比较了电池包在30 ℃初始温度下1C倍率充/放电结束时三种直冷板流道内的平均温度和温度均匀性;比较了这三种流道结构下电池包的最大温度以及最大温差,分别分析了三种流道结构的电池包在水平方向上和竖直方向上的温度均匀性,并且提出了一种在电池包上层增设一个环绕小冷板的形式来优化电池包竖直方向的温差。分析结果表明,底置冷板的方式可以将电池包的最高温度控制在40 ℃以下并且可以保证电池包水平方向的温度均匀性,但电池包竖直方向上的温差过大,通过加设上层小冷板可以保证电池包竖直方向上的温差在整个充放电过程中位于5 ℃以下,满足电池包的温控要求。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电池储能技术在新能源发电系统中的应用与优化
    朱文韬, 周杨, 徐艺敏, 施涛
    2024 (8):  2737-2739.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0690
    摘要 ( 76 )   HTML ( 19 )   PDF(536KB) ( 57 )  

    新能源发电技术凭借低成本、低污染、低依赖逐步在国内外市场得到推广应用。储能系统在新能源系统中承担着转化电力形式的功能,影响发电系统效率和电能质量,但在实际应用中存在功率密度小、机制不完善、运行条件恶劣等难点。有必要对新能源发电系统中的电池储能技术应用场景、特点、优化盈利等展开研究,本文梳理国内外最新电池储能技术,分析技术特点和匹配场景,从宏观角度提出其在新能源发电中的优化应用策略,旨在形成效益和安全并重、绿色与高效兼顾的新能源电力格局。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    军用新能源微电网系统的运维及故障处置分析
    李永奇, 杜蕴, 方振华, 张松通, 祝夏雨, 胡海良, 邱景义, 明海
    2024 (8):  2740-2757.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0184
    摘要 ( 86 )   HTML ( 9 )   PDF(5656KB) ( 42 )  

    新能源微电网是未来军事设施和基地实现能源自给、独立供电,装备和作战任务实现可持续、不间断供电的有效方式,代表了未来军事能源的发展趋势,通过建立新能源微电网将集中发电模式转向本地灵活可靠的可持续电力或储能形式以此用来缓解战场或属地社会生活、生产用电紧张,提高战场和属地的能源综合利用效率和调度能力,降低后勤补给压力。鉴于该发电方式的时域与空域不受限,其在军事能源领域得到了广泛应用,应用方式也随着经验的积累和技术的迭代在不断创新,对战略决策、作战部署和装备效能的发挥也产生了显著的增益影响。当然,有别于民用新能源微电网的使用环境和工况,军用新能源微电网往往面临极端的环境、复杂的工况和高强度的毁伤冲击等新的挑战,因此其运营与维护方面不仅需要组建专业的力量、建立快速反应、高效处置的运维预案及应对策略,而且在建设过程中也应提高相关组件及附属设施的品质,充分考虑军事新能源微电网可能遭遇的各类特殊情况,包括电网石墨/碳纤维炸弹、爆炸波的冲击毁伤、电磁脉冲干扰、电网病毒、无人机侵扰以及其他人为破坏电网平衡的干预方式,不断提高微电网的战场环境和复杂工况的适应能力,致力于实现战场电能源的安全、高效和可持续保障。基于以上考虑,本文系统综述了太阳能、风能等军用新能源微电网系统的运营、维护及故障处置分析的最新研究成果,并对面向战场的军事新能源微电网的未来发展提出了参考建议。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于声纹特征的储能型变压器运维检测技术
    宋金伟, 宣东海, 王维佳, 孙飞, 宋彦
    2024 (8):  2758-2760.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0696
    摘要 ( 64 )   HTML ( 3 )   PDF(652KB) ( 8 )  

    噪声声纹情况可以提取大量储能变压器机械状态信息,基于声纹特征与振动信号成型分析法是变压器机械状态检测中较为先进的一种手段。对此,本文结合实际情况综述了声纹特征下储能型变压器的运维检测技术。首先结合实例分析了目前国内外常用优质的声纹振动检测技术研究发展情况,然后从绕组振动原理、铁心振动原理和直流偏磁下铁心振动情况三个方面分析储能变压器振动模型。最后归纳总结了各类变压器特征诊断办法,实现变压器的问题检测。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    提升斜坡式重力储能AGC性能的混合储能优化运行方法
    李震, 陈巨龙, 李文林, 张裕, 杨婕睿, 陈思哲
    2024 (8):  2761-2771.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0211
    摘要 ( 68 )   HTML ( 3 )   PDF(2010KB) ( 12 )  

    重力储能具有安全性高、成本低、寿命长、存储能量无衰减、建设周期短及环境友好等优势,在长时大容量储能领域有广阔应用前景。然而,重力储能固有的功率离散特性和时滞特性,导致其在参与自动发电控制(AGC)等电网辅助服务时性能不佳。针对该问题,本文提出了一种提升斜坡式重力储能AGC性能的混合储能优化运行方法。首先,分析了斜坡式重力储能的功率离散特性和时滞特性对AGC指令跟踪精度和速度的影响。在此基础上,提出为重力储能配置电池储能,构建混合储能系统,实现输出功率的连续、快速调节。综合考虑电池折旧成本和AGC偏差电量惩罚成本,结合重力储能的安全运行要求和电池储能运行约束,建立了混合储能系统的功率优化模型。根据混合储能系统的工作特点,提出了优化运行方法的流程框架,并在此基础上设计了以AGC响应成本最低为目标的遗传算法。仿真结果表明,本文所提出的优化运行方法可以显著降低AGC响应成本,从而解决斜坡式重力储能系统AGC性能差的问题。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    双碳背景下电力系统储能技术的应用与研究进展
    代宇涵, 刘春, 周朋, 周俊鹏, 向思屿
    2024 (8):  2772-2774.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0695
    摘要 ( 100 )   HTML ( 18 )   PDF(528KB) ( 35 )  

    在全球推动“双碳”目标(碳达峰、碳中和)的背景下,电力系统储能技术成为支撑清洁能源转型和电网安全稳定运行的关键技术。本文综述了双碳背景下电力系统储能技术的应用与研究进展,首先对双碳目标下当前国内外的电力储能技术进行了分析总结,包括技术主题和电力储能需求,明确了电力系统储能规划对双碳目标的重要影响;然后研究分析了电力系统储能技术的应用情况与未来发展趋势。最后探究了当前较为先进的氢储能技术,以期为国家电力系统储能技术的研究提供一定的借鉴。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    压缩空气储能电站浅埋人工储气洞库设计基本理念和方法
    赵全胜, 朱玲, 刘尧伍, 郝军刚, 武明鑫
    2024 (8):  2775-2784.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0219
    摘要 ( 117 )   HTML ( 7 )   PDF(2288KB) ( 32 )  

    抽水蓄能和新型储能是实现碳达峰碳中和,支撑以新能源为主体新型电力系统的重要技术和基础装备。压缩空气储能(compressed air energy storage, CAES)是一种利用压缩空气作为介质来储存能量和发电的技术,是目前除抽水蓄能以外规模最大的物理储能方式,而硬岩浅埋型人工储气洞库选址灵活,具有规模化、商业化的发展潜力。面对我国大中型压缩空气储能电站开发建设形势和要求,结合国内外相关研究和工程实践经验,本文提出了硬岩条件下浅埋人工储气洞库整体稳定、局部稳定、循环稳定和密封层稳定的工程设计基本理念,总结提炼了洞库选址及地质勘探要求、埋深设计、储气库布置、结构设计、密封系统设计等方法,为压缩空气储能电站浅埋人工储气洞库设计提供借鉴和参考。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能设备在电力物联网领域中的作用效果分析
    寇正, 王真龙
    2024 (8):  2785-2787.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0693
    摘要 ( 42 )   HTML ( 6 )   PDF(520KB) ( 8 )  

    储能设备作为一种能够支持能量高效转换与存储的装置,其在电力物联网领域的作用日益凸显。为扩大储能设备的应用领域,针对储能设备在电力物联网领域中的作用效果进行研究综述。分析储能设备的主要类型以及技术原理,指出电化学储能设备以及机械储能储备在储能效率以及安全性方面均占据较大优势。在此基础上,分别从提高供电稳定性、优化能源利用效率以及提高电能质量三个方面,对储能设备的作用效果进行分析。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电化学储能电站的系统故障监测与诊断分析
    许利君, 许利红, 宋方宇轩
    2024 (8):  2788-2790.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0689
    摘要 ( 89 )   HTML ( 12 )   PDF(527KB) ( 34 )  

    随着电化学储能电站规模的扩大,如何提高系统故障监测及诊断效率,实现对故障的早期预防及处理,成为国内外关注的热点。本文从电化学储能电站的常见故障入手,找到系统故障相关变量及影响因子,进而确定系统故障监测指标;之后根据不同故障类型及区域,选择合适的监测及诊断方法,最大限度降低系统故障造成的危害,为电化学储能电站的安全运行提供支持。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能测试与评价
    基于卡尔曼滤波算法优化Transformer模型的锂离子电池健康状态预测方法
    黄煜峰, 梁焕超, 许磊
    2024 (8):  2791-2802.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0145
    摘要 ( 121 )   HTML ( 15 )   PDF(2828KB) ( 25 )  

    回顾了锂离子电池健康状态(state of health, SOH)的预测方法,本文提出了一种基于卡尔曼滤波器(Kalman filter)优化的Transformer网络,利用历史数据预测电池SOH。首先,通过添加高斯噪声、自动编码器重构对电池数据进行预处理,去除电池数据中原始噪声并强化数据特征;其次,利用提出的KF-Transformer(Kalman filter-transformer)算法模型提取电池健康状态变化特征,使得Transformer网络能够更好地捕捉电池健康状态的非线性变化;最后,通过线性层完成电池健康状态变化特征到电池健康状态预测的映射,得到锂离子电池健康状态的预测结果。本文使用3个不同充放电策略、不同测试环境下的锂离子电池数据集[分别为美国国家航空航天局(NASA)数据集、马里兰大学CALCE CS2数据集和CALCE CX2数据集]来验证本文提出的锂离子电池健康状态预测算法的鲁棒性和准确性,且本文算法对于SOH不同状态、不同循环次数的预测均具有较好的结果。研究结果显示,本文方法的平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)能控制在2%,决定系数(R-square, R2)为0.987,并与多层感知机(MLP, multilayer perceptron)、循环神经网络(RNN, recurrent neura network)、长短时记忆(LSTM, long short-term memory)、门控循环单元(GRU, gated recurrent unit)进行比较,证明了本文方法的优越性。

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    大容量储能电池模组热失控传播行为与燃爆风险分析
    陈晔, 李晋, 吴候福, 张少禹, 储玉喜, 卓萍
    2024 (8):  2803-2812.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0216
    摘要 ( 197 )   HTML ( 33 )   PDF(4044KB) ( 63 )  

    锂离子电池热失控引发的储能系统火灾爆炸问题长期制约着产业发展。为了探究实际应用场景下大容量储能电池、电池模组的热失控及其传播行为与燃爆风险,本文以储能用280 Ah磷酸铁锂电池及其组成的1P48S电池模组为研究对象,对热滥用条件下电池单体产热、产气特征以及真实模组内热失控蔓延特征进行了实验研究,并基于试验产气结果,对2种典型储能应用场景下因模组热失控传播而导致的燃爆风险进行了分析,结果表明:电池单体热失控产生最高温度为380.1 ℃,热失控释放混合气体总量为156.8 L,混合气体爆炸极限为6.9%~35.5%;模组内设置的隔热板有效阻隔了热失控蔓延,其间未设隔热板的6块电池发生了热失控,热失控电池表面最高温度超1200℃,热失控传播速度为0.162~0.233 mm/s,同时在热失控高温影响下模组箱体外部上表面温度最高达281.3 ℃;模组内6块电池热失控会导致预制舱式储能系统较高燃爆风险,应将热失控传播控制在2块电池以内,但模组内1块电池从开阀产气至热失控的过程中便会导致工商业用储能柜较高的燃爆风险。该研究可为储能电池模组安全设计和储能系统防爆设计提供参考。

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    考虑锂电池温度和老化的荷电状态估算
    陈峥, 杨博, 赵志刚, 申江卫, 肖仁鑫, 夏雪磊
    2024 (8):  2813-2822.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0141
    摘要 ( 124 )   HTML ( 21 )   PDF(4033KB) ( 39 )  

    针对锂离子动力电池工作环境复杂且电池老化导致内部参数辨识精度低与荷电状态估计误差大的难题,本文提出了一种多新息最小二乘法与平方根容积卡尔曼滤波估计锂离子电池荷电状态的联合算法,实现动力电池在全服役周期内多温度条件下的状态估算。首先,为解决传统最小二乘法对历史数据利用率低的问题,在最小二乘法中融入多新息理论,采用一阶RC等效电路建立电池模型,利用多新息最小二乘法对电池内部参数进行参数辨识;然后,采用平方根容积卡尔曼滤波估算电池SOC;最后,通过多温度全寿命的电池实验数据对本文所提算法进行验证,并且与扩展卡尔曼滤波、容积卡尔曼滤波算法进行对比,证明本文提出算法的有效性。实验结果表明:本文提出的多新息最小二乘-平方根容积卡尔曼滤波算法在多温度全寿命条件下,能够准确反映动力电池内部参数和精确估算电池SOC,电压平均绝对误差不超过40 mV,SOC的估算误差控制在2%范围内。

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    基于电化学阻抗谱的电芯内部温度估计研究
    雷晶晶, 李泽皓, 陈斌斌, 黄登高
    2024 (8):  2823-2834.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0134
    摘要 ( 223 )   HTML ( 40 )   PDF(4898KB) ( 70 )  

    锂离子电池在新能源汽车和储能领域的广泛运用带来了内部状态估计方面的挑战,尤其是电芯内部温度的准确估计,这对于电池的热失控预警至关重要。本文回顾了经典的无传感器电池温度检测方法,介绍了目前采用的基于电化学阻抗谱(EIS)的温度估计方法,研究了电池内部参数对EIS估算温度的影响,分析了大容量三元锂离子动力电池在不同频率下阻抗幅值、相角与温度之间的关系,提出了一种基于电化学阻抗谱的锂离子电池在线温度估计模型,通过分析不同频率下的阻抗幅值、相角与温度的关系,实现了对电池内部温度的准确估计。研究表明适合使用阻抗幅值信息来估算温度的频率点为10 Hz,适合使用阻抗相角信息来估算温度的频率点为17.5 Hz。该模型在-20 ℃到45 ℃的范围内,使用阻抗幅值进行温度估算的最大误差为3.79 ℃,使用阻抗相角信息进行温度估算的最大误差为2.69 ℃。验证结果表明,使用阻抗谱的幅值与相角信息能有效估算电池内部的真实温度。本研究有助于提升汽车BMS的采集功能,可用于改善电池热管理和热失控的管理策略。

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    数据驱动在电力储能设备声纹识别和监测诊断中的应用
    刘俊宏
    2024 (8):  2835-2838.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0694
    摘要 ( 55 )   HTML ( 7 )   PDF(587KB) ( 21 )  

    随着电力储能技术的快速发展,对储能设备的运行安全与性能稳定性要求日益提高。声纹识别作为一种非接触式的监测手段,在电力储能设备的故障诊断中展现出巨大潜力。本文深入探讨了数据驱动在电力储能设备声纹识别和监测诊断中的应用研究。首先分析了数据驱动技术的研究进展以及市场常见技术类别;然后基于数据驱动,分析了储能设备声纹识别监测技术的发展情况。包括电力储能设备声纹样本采集和电力储能设备声纹信号的处理技术,最后依靠处理数据即可建立识别诊断模型,实现故障诊断。

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