2020年, 第44卷, 第10期　
刊出日期：2020-10-20

  

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专家特约
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  LiCoO₂：获诺贝尔奖的锂离子电池正极材料还有多少潜力

  夏立爽, 谢召军, 沈恋, 周震

  电源技术. 2020, 44(10): 1401-1407. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.001

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  作为最早实现商业化的锂离子电池正极材料,钴酸锂(LiCoO₂)一直是学术界和产业界关注的重点。目前以LiCoO₂为正极的商用锂离子电池大部分是为小型电子器件进行供能,限制其广泛应用的主要因素是能量密度和安全性能。随着社会的发展,人们在智能电子设备、便携工具和电动汽车等方面的需求越来越高,对提供能量的电池提出了更高的要求。为了实现LiCoO₂正极材料的更广泛应用,需要不断优化其性能,同时还需要考虑安全性、稳定性和价格等其他因素。因此,不仅要研究LiCoO₂本征性质,还要从整个电池体系考虑,揭示与其匹配的电解液和电池构造等方面的因素。以更广泛的商业化应用为目的,从LiCoO₂材料本身入手,总结其近几年的研究进展,对LiCoO₂的性能优化进行了着重介绍,并对其未来的发展进行了展望。
研究与设计
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  磷酸铁锂电极的路径依赖

  谢乐琼, 王莉, 何向明, 田光宇

  电源技术. 2020, 44(10): 1408-1411. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.002

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  理论研究表明,磷酸铁锂存在诱导极化记忆效应和路径依赖特性。记忆效应指的是在充电/放电期间,在先前终止了部分充电/放电的荷电状态(SOC)处的不寻常极化。路径依赖指的是电池从同一状态出发,通过不同路径,例如短暂充放电,或者静置,达到同一状态时,其电压或者容量会产生差异。发现磷酸铁锂电池放电后,如果进行部分充电,其放电容量会大于充电容量。同时发现,部分充电后,静置30 min再放电时,放电电压低于不静置电池的放电电压。验证了磷酸铁锂材料电极中的路径依赖特性。对1.3 Ah的18650磷酸铁锂电池进行了测试研究,并验证了2.2 Ah 18650三元电池不具有磷酸铁锂电池类似的现象。该测试研究结果提醒动力电池工程师,对磷酸铁锂动力电池的性能评估、SOC估算及建模等方面均应考虑磷酸铁锂的记忆效应和路径依赖。
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  微量石墨烯包覆钴酸锂的制备与电化学性能

  谭洁慧, 邓凌峰, 连晓辉, 张淑娴, 李金磊

  电源技术. 2020, 44(10): 1412-1416. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.003

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  通过改性Hummers法制备少层氧化石墨烯,取微量氧化石墨烯与高温固相法制得的LiCoO₂复合,经高温还原干燥处理形成石墨烯/LiCoO₂复合正极材料。实验通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学测试等方法,研究材料的结构、形貌和电化学性能。制备的还原氧化石墨烯能有效包覆LiCoO₂晶体颗粒团,减少LiCoO₂与电解液的直接接触,与LiCoO₂颗粒形成三维纳米级导电网络,并显著提高导电性。电化学实验表明：通过石墨烯的包覆,石墨烯/LiCoO₂复合材料在0.1 C下,放电比容量达到162.56 mAh/g,并且在1 C下循环100次后,放电比容量由160.2 mAh/g衰减至152.8 mAh/g,而5 C下,石墨烯/LiCoO₂复合材料的放电比容量为122.37 mAh/g。
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  In₂O₃包覆对LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂单晶三元材料性能的影响

  刘增, 寇亮, 张超

  电源技术. 2020, 44(10): 1417-1420. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.004

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  采用机械融合方法制备出氧化铟均匀包覆的高镍LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂单晶三元材料,讨论了包覆量对材料结构及电化学性能的影响。包覆氧化铟后显著降低了材料的电荷转移阻抗,材料的倍率、循环性能及热稳定性均有所提高。与未包覆的材料相比,氧化铟包覆量为0.5%(质量分数)时,材料电化学性能最优,5 C/0.2 C容量保持率为由82.41%提升为85.57%,循环100圈容量保持率由89.2%提升为92.3%。包覆0.5%氧化铟的材料热稳定性亦最佳,放热峰值温度增加8.3 ℃,放热总量减少25.97 J/g。
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  NC/Mn₃O₄电极材料的制备及其电化学性能

  徐建军, 陶君, 付争兵, 丁瑜, 王丽

  电源技术. 2020, 44(10): 1421-1424. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.005

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  通过聚合-裂解法制得含氮碳纤维,然后采用水热法制备含氮碳纤维(NC)负载Mn₃O₄锂离子电池负极材料(NC/Mn₃O₄)。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)、热重分析(TG)和扫描电子显微镜(SEM)对NC/Mn₃O₄的结构、组成和形貌进行了表征。恒电流充放电实验结果显示,在100 mA/g电流密度下,NC/Mn₃O₄复合材料首次比容量达到964 mAh/g,循环100周后,比容量仍保持在807 mAh/g;在2 000 mA/g电流密度下,其可逆比容量依然保持在500 mAh/g。含氮碳纤维能够有效地与Mn₃O₄纳米粒子耦合形成三维导电网络,为电子传递提供了可持续的通道,提升了材料的电化学性能。
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  长寿命高能量密度钛酸锂电池设计

  钱丽, 刘正耀, 孙小嫚, 吴可, 吴宁宁

  电源技术. 2020, 44(10): 1425-1427. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.006

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  钛酸锂电池在轨道交通领域具有非常大的潜在应用空间。对比研究了同容量不同面密度设计钛酸锂电池的性能,结果表明：随正、负极面密度增加,电池能量密度增加趋缓,当正、负极面密度分别超过300、260 g/m²时,电池大电流充放电能力及循环寿命显著下降。其性能下降主要是正极极化所致,并且长时间循环后存在一定程度的不可逆衰减。综合考虑电池能量密度、倍率性能及循环寿命需求,钛酸锂电池正极面密度设计应控制在260~220 g/m²。该研究成果对于开发高性能钛酸锂电池具有重要的参考意义。
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  CMC微凝胶不溶物快速评测技术

  赵林燕, 冀亚娟, 袁中直

  电源技术. 2020, 44(10): 1428-1430. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.007

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  分析了羧甲基纤维素钠(CMC)中微凝胶不溶物的来源、危害及相关微凝胶不溶物检测分析方法,提出了一种简单快捷地测定CMC中不同尺寸下微凝胶不溶物含量的方法,可以实现电池企业对其CMC来料品质的快速有效评估,以降低来料不良风险。
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  锂离子电池铝壳腐蚀电位及影响因素的研究

  曹哥尽, 玉正日, 李钊, 范伟贞

  电源技术. 2020, 44(10): 1431-1433. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.008

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  以3003铝合金和铝箔为基材做成电池,通过电池充放电、循环伏安(CV)、I-t曲线测试,确定了电池铝壳腐蚀电压以及氧化层和高温对铝壳腐蚀的影响。结果表明：电池铝壳发生腐蚀时负极与铝壳电压在0.2 V左右,铝壳氧化层对抑制铝壳腐蚀有一定作用,在高温状态下铝壳会更容易发生腐蚀。为降低电池安全隐患,应避免使用壳电压低于0.4 V的电池。
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  磷酸铁锂软包电池过充热失控实验研究

  王羽平, 屠芳芳, 陈冬, 陈建, 陈江平

  电源技术. 2020, 44(10): 1434-1437. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.009

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  当电池一致性差时,电池组中的电池容易过充,从而导致热失控。使用绝热加速量热仪,对磷酸铁锂软包动力电池进行了绝热条件下的过充热失控实验,研究不同起始温度下磷酸铁锂软包电池的过充热失控现象、特征参数变化以及气体成分等。结果表明,过充热失控全过程可划分为正常充电阶段、过充无表征阶段、鼓胀阶段以及破口冒烟阶段。低起始温度和高起始温度的热失控现象比常温起始温度严重,尤其是在起始温度为-10 ℃时,铝发生熔化,铝箔上出现了大量的孔洞。温升速率和电压这两个特征参数受起始温度影响较小,能更准确地反映鼓胀起始点和破口冒烟起始点。过充热失控气体可燃成分以氢气、乙烯和甲烷为主,主要来自负极活性锂和粘结剂、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯的反应。研究结果可为锂离子电池和电池管理系统的安全设计提供锂论指导和数据支持。
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  基于新型流道液冷板的动力电池热管理性能

  李潇, 陈江英, 李翔晟

  电源技术. 2020, 44(10): 1438-1442. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.010

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  为了强化动力电池热管理系统的性能,提高电池组的散热能力和温度一致性,提出了一种基于对角双向流道结构的液冷板新设计方案。以多排布置的方形锂离子电池组为研究对象,借鉴Bernardi生热速率模型,运用Flotherm有限元分析软件建立液冷式锂离子电池组热管理系统的CFD仿真模型,通过调节该液冷板的结构参数,对冷板结构进行优化,满足系统的散热能力和温度一致性要求。研究结果表明：该液冷板在满足散热能力的同时能够很好地控制电池组的温度一致性,电池组的最大温差为2.4 ℃,相较于其他两种结构形式的液冷板,其温度一致性优势明显;通过调节该液冷板中矩形流道的宽度、相关流道的间距和冷却液流动速度,散热能力和温度一致性得到加强,最大温差极限可降至1.0 ℃,保证电池组处于合适的工作温度范围内。
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  不可逆高温燃料电池的性能分析与参数优化

  杨智敏, 林比宏

  电源技术. 2020, 44(10): 1443-1446. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.011

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  基于应用电化学和非平衡热力学理论,导出了不可逆固体氧化物燃料电池的输出功率、效率和熵产率的一般表达式。通过数值模拟详细分析了固体氧化物燃料电池的工作温度、内阻比和结构参数对固体氧化物燃料电池性能特性的影响,从而确定了重要性能参数的优化工作区间。为了获得尽可能大的输出功率与效率,应用多目标函数探索并解决了固体氧化物燃料电池的输出功率和效率的兼顾问题,所得结果可为固体氧化物燃料电池的优化设计和实际应用提供理论指导。
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  PEMFC歧管结构优化与流体分配均匀性研究

  向蔚, 杨小凡, 贺鲁炎, 杨小祥, 詹志刚

  电源技术. 2020, 44(10): 1447-1450. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.012

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  由两个及两个以上PEM电堆利用歧管连接构成的电堆模块可以满足不同功率及电压等级需求,但歧管结构影响流体压降、电堆分配均匀性及输出一致性。基于多孔材料流体流动阻力特性,建立电堆压降简化模型,进而建立了歧管及电堆系统的流体压降及分配均匀性数学模型,基于此进行歧管结构与流体分配均匀性研究,模拟结果与实测结果吻合良好。研究方法与结论对电堆模块布置与歧管设计具有参考意义。
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  燃料电池低温无辅助启动的研究

  崔士涛, 王铎霖, 燕希强, 孙驻江, 邓存栢

  电源技术. 2020, 44(10): 1451-1455. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.013

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  主要研究燃料电池电堆低温条件下的特性,介绍了电堆冷启动前处理的过程温度和流量对前处理结果的影响。考察了不同启动温度下电堆启动过程中阻抗的变化情况,并着重研究了在-30 ℃环境温度下电堆的启动策略。低温启动初期电堆对载荷较为敏感,启动初期适宜较小的启动电流,同时电堆的热容是低温启动的关键影响因素,减小电堆的热容可以提高电堆的低温启动性能。
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  可循环双电解质铝/空气微流体电池

  谢天锋, 杨冠东, 彭陈阳, 郑大伟, 刘富德

  电源技术. 2020, 44(10): 1456-1459. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.014

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  双电解质铝/空气微流体电池是一种很有前景的电源,其开路电压(V_oc)可高达2.2 V。然而,酸性阴极电解液和碱性阳极电解液之间的中和仍然是电解质利用率低的严重问题。提出了一种循环双电解质铝/空气微流体电池,其中多孔亲水性聚四氟乙烯(PTFE)作为膜。其短路电流密度(J_sc)和V_oc比传统的单电解质电池高得多,并且膜大大提高了电解质利用率。使用PTFE膜,循环10次后,J_sc从648.93 mA/cm²降至497.01 mA/cm²,降低23.41%;而没有膜的条件下,J_sc从713.80 mA/cm²降低到29.42 mA/cm²,降低95.88%。此外即使经过10次循环,PTFE膜也有助于将V_oc稳定在2.15 V左右。因此,该电池有望成为高能量密度电源。
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  太阳模拟器光谱对三结太阳电池I-V测试的影响

  肖文杰, 王立功, 申丽丽, 邱硕, 薛超

  电源技术. 2020, 44(10): 1460-1462. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.015

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  利用三结太阳电池的二极管模型及量子效率测试结果,计算了在不同太阳模拟器光谱条件下的三结太阳电池性能,结果表明：由于现有的太阳模拟器光谱与AM0光谱间的差异,可能造成短路电流、转换效率测试结果偏低,而太阳模拟器光谱中的峰值对测试影响较小。
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  导电剂在热电池FeS₂正极材料中的应用研究

  孟剑, 万伟华, 潘志鹏, 段其智, 赵洪楷

  电源技术. 2020, 44(10): 1463-1465. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.016

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  采用机械混合法制备了NWCNTs/FeS₂、SP/FeS₂和KS-6/FeS₂三种复合正极材料,通过物理化学表征手段对三种复合正极材料的物理和电化学性能进行了表征测试,结果表明：相较于NWCNTs/FeS₂和SP/FeS₂复合正极材料,KS-6/FeS₂复合正极材料在200和800 mA/cm²电流密度下恒流放电,工作时间更长,加载3 A/cm²的脉冲时,脉冲电压更高。KS-6导电剂在较小的成型压力下就会表现出较好的导电性,对正极材料的包覆也较好,这两者都有利于其导电剂作用的充分发挥。因此,制备的KS-6/FeS₂复合正极材料具有良好的导电性和优异的电化学性能。
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  热电池激活及放电全过程传热仿真分析

  冉岭, 万伟华, 陈志江, 吴展强

  电源技术. 2020, 44(10): 1466-1468. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.017

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  基于ANSYS平台,通过恰当的工况分解,对热电池激活及放电全过程传热和温度变化规律进行了深入分析。构建的仿真模型全面考虑了激活及放电过程的不同热源分布,包括加热片发热、电解质相变热、焦耳热和电化学反应热,能够较为精准地预测热电池各局部温度分布及变化趋势,并反映热设计所达到的效果。通过与实测数据对比,表明该仿真模型具有较高的准确度。
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  柚子皮多孔碳复合材料及其电容特性研究

  朱倩莹, 顾佳俊

  电源技术. 2020, 44(10): 1469-1474. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.018

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  近年来生物质碳材料成为超级电容器电极材料领域的研究热点,然而其比容量较低,难以满足日益增长的产业需求。为了改善其电化学特性,通常将生物碳与赝电容材料相结合。以柚子皮为碳源,合成了一种具有高比表面积的Co(OH)₂/生物碳复合材料,并在1 mol/L KOH溶液中考察其电化学特性。结果表明,柚子皮生物碳具有介微孔分级结构和较大的比表面积,表面生长Co(OH)₂之后电化学性能得到大幅提升且表现出优异的循环稳定性。
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  基于特征向量Mahalanobis距离的退役锂电池分类研究

  洪杰, 梁岩, 孙明生, 曹文凯

  电源技术. 2020, 44(10): 1475-1478. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.019

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  针对退役动力电池模组直接梯次利用难度大的问题,系统地研究了退役电池模组充放电曲线特性,利用测试数据确定了表征退役电池模组的特征参数,为每个电池模组建立了特征向量,并利用基于Mahalanobis距离的均值漂移聚类算法,建立了筛选分类模型,同时根据电池模组的离散特性,分析了电池模组容量衰减的原因,并给出了对应辨别修复方法。利用该方法对退役电池模组进行分类,实验结果表明：该方法符合退役电池模组实际特性,能够有效地对退役电池模组进行分类,同时筛选出需要修复再利用的电池模组。
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  基于K-means聚类的退役动力电池梯次利用成组方法

  高崧, 朱华炳, 刘征宇, 赵靖杰, 毕海军

  电源技术. 2020, 44(10): 1479-1482. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.020

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  针对退役动力电池梯次利用过程中选配成组问题,采用基于安时积分法的检测方法对退役动力电池进行批量检测。根据检测过程中的充放电数据以及电池的荷电状态(SOC),将待测电池与同型号标准电池的充放电曲线进行比较,计算两者间的动态时间弯曲(DTW)距离。结合特征参量法检测所得电池的开路电压和内阻共同作为电池的健康因子,对各个健康因子做归一化处理后,运用K-means聚类算法对退役动力电池进行重新成组。该方法改进了企业梯次利用选配成组技术,改善了成组后电池模组在容量和一致性方面的表现。
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  基于EKF-SVSF的锂离子电池SOC和SOH准确估计

  陈剑, 肖振锋, 刘顺成, 罗磊鑫, 夏向阳

  电源技术. 2020, 44(10): 1483-1487. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.021

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  提升锂离子电池荷电状态(SOC)估计精度并准确估计健康状态(SOH)对于设计高性能和安全的电池管理系统(BMS)至关重要。以二阶RC锂离子电池电路模型为研究对象,提出了一种由扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和平滑可变结构滤波(SVSF)算法组成的混合滤波算法(EKF-SVSF),其中扩展卡尔曼滤波算法用于锂离子电池参数辨识,平滑可变结构滤波算法用于SOC估计,并采用改进的粒子群优化算法(PSO)对混合滤波算法迭代过程中的噪声协方差矩阵进行修正,电池容量实时在线估计的结果用于SOH参数的预测。实验和仿真结果表明,所提出的EKF-SVSF算法对电池的欧姆电阻和容量有一个较好的估计,进一步提升了电池状态的估计精度。
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  基于改进H无穷滤波的锂离子电池SOC估计

  熊巍, 梅华平, 徐刚, 李红丽, 李玉梅

  电源技术. 2020, 44(10): 1488-1491. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.022

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  采用锂电池一阶等效电路模型,通过动态应力测试(dynamic stress test,DST)工况放电实验,结合带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识模型参数,针对H无穷滤波(HIF)算法存在的缺点,提出了利用估计残差序列信息改进的H无穷滤波算法。实验结果表明：改进H无穷滤波(IHIF)算法收敛速度快;与HIF算法相比,在不同工况下IHIF算法可使电池荷电状态(SOC)估计的最大绝对误差减小1.779 3%,平均绝对误差减小0.562 7%,均方根误差减小0.648 7%。
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  基于参数在线辨识的优化ICDKF蓄电池SOC估计方法

  朱望纯, 孙启林, 高海英

  电源技术. 2020, 44(10): 1492-1497. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.023

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  蓄电池荷电状态(SOC)的准确估计对提高电池的动态性能和能量利用效率至关重要。针对现有卡尔曼滤波SOC估计方法所存在的估计精度低、鲁棒性差等问题,提出一种基于参数在线辨识结合迭代中心差分卡尔曼滤波算法(ICDKF)的蓄电池SOC估计方法。利用带遗忘因子的递推最小二乘算法(FFRLS)实现对蓄电池模型参数的在线辨识,提高系统的动态响应特性。ICDKF避免了复杂的雅克比矩阵的推导,通过迭代测量更新,提高估计精度,同时利用Levenberg-Marquardt算法优化ICDKF,在每次迭代过程中修正预测协方差矩阵,增强算法的稳定性。分别用扩展卡尔曼滤波(EKF)、中心差分卡尔曼滤波(CDKF)和优化ICDKF算法对SOC估计结果进行分析比较。仿真结果表明,此方法具有更高的精度和更好的动态响应特性。
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  基于RLS-EKF联合算法的锂电池SOC估算

  王文亮, 何锋, 郑永樑, 沈鑫泽, 张小秋

  电源技术. 2020, 44(10): 1498-1501. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.024

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  针对锂电池的荷电状态(SOC)估算问题,给出了一种RLS-EKF联合算法。该联合算法在二阶RC等效电路模型基础上,采用递推最小二乘算法(RLS)和扩展卡尔曼滤波算法(EKF)对电池模型参数与SOC进行在线联合估算。在恒流放电工况、动态压力测试工况(DST)和纯电动乘用车用能量型蓄电池主放电工况下验证了该联合算法对锂电池SOC的准确实时估算,SOC估算误差低于传统单个EKF算法估算误差。
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  基于参数辨识与AEKF的锂电池SOC估计

  郑力得, 董建园, 马强

  电源技术. 2020, 44(10): 1502-1505. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.025

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  荷电状态的精确估计对电动汽车中的电池管理系统具有重要意义。针对锂离子电池的特性,使用二阶RC等效电路模型,采用含遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识参数以满足模型精度的要求,结合基于新息自适应估计方法的扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)完成锂离子电池荷电状态的准确估计。AEKF算法可以通过自适应噪声协方差匹配的方式来确切反映系统误差与过程误差对系统状态的影响。联合估计算法能够在模拟工况下实现更好的精度、收敛速度与自适应性。
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  锂离子电池SOC估算研究

  王伯瑞, 郑培

  电源技术. 2020, 44(10): 1506-1509. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.026

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  锂离子电池组的荷电状态(SOC)估算精度是制约电动汽车发展的关键技术之一,它影响汽车的行驶安全、电池寿命和均衡器效果等关键性能。设计了一种主元分析法(PCA)-蚁群算法(ACO)-Elman动态神经网络-无迹卡尔曼滤波(UKF)算法。试验结果表明,通过算法间取长补短,既可以克服系统输入变量维数大、Elman神经网络易陷入局部最优、UKF过于依赖模型等缺陷,又使均方差维持在1%之内,提高了算法的稳定性,且复杂程度较低。通过Advisor 2002软件验证结果表明,在实际行驶工况下,虽然误差曲线波动略大,但后期曲线逐渐收敛,且估算精度达到0.9%,具备良好的泛化能力和鲁棒性,故有一定的实用意义。
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  基于物联网的动力电池生产数据采集研究

  韩有军, 胡跃明, 王亚青, 张春杰, 黄学杰

  电源技术. 2020, 44(10): 1510-1513. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.027

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  针对当前动力电池生产过程未实现数据信息共享与数据分析时效性差等问题,以提高质量为目标,设计了一种基于物联网的数据采集终端。利用数据采集终端建立与设备之间的通信通道、与上层管理系统的连接,以OPC协议的方式实现多种通信协议的格式转换和异构控制系统的兼容。同时结合电池自动化生产线的工艺,应用RFID和二维码等物联网技术,对产品在物流过程中进行信息识别、数据采集和数据与标签的绑定,通过数据采集终端,实现生产过程中人、机、物和环境的数据采集,并按照规则进行数据绑定和分析。以某电池厂为例进行了应用验证,说明其应用的优势。
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  基于模糊算法的复合Boost光伏MPPT研究

  刘志坚, 刘杰, 李鹏程, 李晓磊, 梁宁

  电源技术. 2020, 44(10): 1514-1517. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.028

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  针对光照强度和负载等因素变化引起的光伏功率波动较大、跟踪速度较慢的问题,提出了一种基于改进模糊算法的复合Boost光伏系统最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)策略。分析系统光伏特性和复合Boost电路原理,构建光伏系统模型;结合模糊控制理论提出光伏MPPT模糊控制方法,增加模糊量隶属度函数并优化模糊规则,以提高功率跟踪精度和收敛速度;对比分析该算法与粒子群优化算法及扰动观察法的功率跟踪效果,验证了所提策略的有效性。
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  分布式光伏接入对配电网凹陷域预估结果影响

  傅质馨, 王婧佳, 朱俊澎, 袁越

  电源技术. 2020, 44(10): 1518-1521. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.029

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  搭建了含分布式光伏的配电网模型,从接入的光伏容量不同和位置不同两个角度研究了分布式光伏接入对配电网电能质量的影响。综合考虑电压暂降幅值、持续时间以及相位跳变因素,重点分析分布式光伏对配电网凹陷域预估结果的影响,利用故障点法得出不同光伏容量和位置下的凹陷域范围。仿真分析表明,考虑因素不同得到的凹陷域范围不同,在预估凹陷域范围时应该综合考虑三方面因素,通过叠加得出最后预估的凹陷域范围。通过研究发现,适当增加光伏容量,可以缩小凹陷域的范围。
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  考虑分布式光伏的三相不平衡优化方法

  杨乔丹, 唐岚, 刘乾晖

  电源技术. 2020, 44(10): 1522-1524. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.030

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  随着经济的发展,用户对电能质量的要求越来越高。三相不平衡作为电能质量的重要指标之一,成为配电网近年来研究的重点。提出了一种含分布式光伏的配电网三相不平衡无功优化模型,通过以Matlab与OpenDSS为平台,以三相不平衡度最小为优化目标,考虑加装并联电容器为手段,光伏逆变器采用电压无功补偿策略,利用粒子群优化方法寻求最优解。建立IEEE34节点模型进行仿真计算,验证了模型和方法的可行性。
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  单体锂电池并联光伏路灯高增益升压电路

  薛佃旭, 苏建徽, 张健, 徐海波, 王佳宁

  电源技术. 2020, 44(10): 1525-1528. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.031

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  光伏路灯电源系统一般采用单体电池串联加DC/DC变换器电路,但单体电池的一致性难以保证,且常规均衡电路均衡能力有限。为解决单体电池不均衡的问题,提出将单体电池串联方式改为并联方式,通过高增益变换器升压来满足负载电压需求。分析了钳位模式耦合电感Boost型与基于耦合电感和开关电容的Boost型高增益变换器的工作原理与特性,并进行对比研究,研制了实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。
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  直升机燃料电池动力系统配置优化策略研究

  汪钰皓, 肖铎

  电源技术. 2020, 44(10): 1529-1533. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.032

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  燃料电池混合动力系统作为飞行器动力源具有极大的发展潜力,但其混合度配置与飞行器性能密切相关,是一个复杂的问题。提出了一种优化配置策略对燃料电池直升机的混合动力系统参数进行优化配置。根据直升机的参数、需求等对直升机需用功率进行计算,以动力系统经济性、系统质量以及续航时间为目标,直升机最大功率需求、锂电池荷电状态变化范围等为约束条件,构建了多目标多约束的优化模型,并且采用多目标优化遗传算法与动态规划算法结合的算法进行优化,得到多目标pareto前沿,根据质量、续航时间在可接受范围内、经济性最优确定了系统混合度匹配方案。
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  平抑风电波动的混合储能系统控制方法

  徐聪, 高强, 王羔则

  电源技术. 2020, 44(10): 1534-1537. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.033

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  采用高功率密度的超级电容器和高能量密度的锂电池组成的混合储能系统平抑风电输出功率波动。通过滑动平均滤波获得并网功率与混合储能系统参考功率,采用离散傅里叶变换将混合储能系统参考功率分解,分别将高频信号和低频信号分配给超级电容器和锂电池。采用模糊控制方法对储能的荷电状态进行调节,实现功率的优化分配。仿真结果表明,所提出的控制策略能有效地平滑风力发电出力波动,同时保证储能设备的荷电状态维持在合理范围内。
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  直流微电网储能系统有源阻尼控制策略

  张勤进, 刘强, 刘彦呈, 庄绪州, 张博

  电源技术. 2020, 44(10): 1538-1540. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.034

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  为解决直流微电网储能系统中LC输入滤波器与恒功率负载级联所带来的系统谐振问题,提出了一种有源阻尼控制策略。建立了电流控制模式下Buck变换器的小信号模型,并根据Middlebrook阻抗比判据对系统稳定性进行分析,阐明其谐振产生机理。将传统的低通滤波器进行改进,设计了一种谐振滤波器,并在电流环上引入由谐振滤波器和比例控制器组成的电压前馈环节,通过对恒功率负载的负阻抗特性进行补偿,使得级联系统的阻抗比满足Middlebrook阻抗比判据。通过奈奎斯特图对补偿后的系统稳定性进行论证,并通过仿真实验验证了该策略的有效性。
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  一种新型高可靠性火工品起爆控制系统设计

  习成献, 孔陈杰

  电源技术. 2020, 44(10): 1541-1543. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.035

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  在轨航天器火工品的可靠、安全起爆是航天器飞行任务成功的前提。设计了一种新型高可靠性、高安全性的火工品起爆控制系统,并多次成功应用在某批产高轨卫星的火工品起爆控制系统设计中。经过多次型号飞行验证,该技术能显著提高可靠性和安全性、提高工作效率,可为其他航天型号火工品通路的设计提供参考。
综述
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  锂电池电极浆料评价方法

  郭勍, 杨雪莹, 郑海山, 荆有泽, 苏晓倩

  电源技术. 2020, 44(10): 1544-1548. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.036

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  电极浆料会影响涂布速度、涂布均匀性等,最终影响电池的一致性,因此浆料需要好的流动性、稳定性和均匀性。介绍了判断锂电池正负极浆料性质的主要表征参数：粘度、流变特性、固含量和粒度等,并介绍了几种表征手段。
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  固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展

  刘辉, 于洁, 乔翠, 王彬, 李东鑫

  电源技术. 2020, 44(10): 1549-1551. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.037

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  高离子电导率的电解质材料促进固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展,且在SOFC运行环境下,能使电池长期稳定地运行。综述了ZrO₂基电解质、CeO₂基电解质、Bi₂O₃基电解质和LaGaO₃基电解质材料的结构、研究进展以及优缺点,并对未来电解质材料的发展趋势进行了展望。
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  空间太阳电池阵技术现状及发展趋势

  于辉, 张伟, 崔新宇, 吴跃民

  电源技术. 2020, 44(10): 1552-1557. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.038

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  在对空间太阳电池阵发展及应用情况进行回顾的基础上,总结了刚性、半刚性、柔性太阳电池阵的技术特点及工程应用情况。传统刚性、半刚性太阳电池阵质量比功率及体积比功率较低,无法满足未来航天任务对太阳电池阵轻质量、小收纳体积的需求。采用柔性电池、柔性基板及柔性伸展机构的全柔性太阳电池阵,质量比功率预计可达200 W/kg以上,体积比功率可达40 kW/m³以上,较传统太阳电池阵有大幅提升,是未来空间用太阳电池阵的重要发展方向。基于未来应用需求及国内外技术现状,对全柔性太阳电池阵亟待解决的柔性电连接、柔性组件封装、高性能伸展机构等关键技术进行了分析,提出了可行的技术攻关方案,为后续全柔性太阳电池阵的研制及应用提供参考。
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  储能电站电池标准与测试探讨

  唐伟佳, 史明明, 刘俊, 吕振华

  电源技术. 2020, 44(10): 1558-1562. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.10.039

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  大规模储能系统已经成为保证电力系统可靠供电的一个重要手段,储能电池是储能系统的核心技术。梳理了现有储能电池相关标准,归纳了储能电站电池电气性能测试项目,并对实际测试中存在的问题进行剖析,以电池充放电试验温度和单体一致性为例,说明了储能电池电气性能测试方法仍有待进一步的标准化。为锂离子储能电池电气性能测试标准提供参考。