2020年, 第44卷, 第8期　
刊出日期：2020-08-20

  

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专家特约
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  LiFePO₄正极材料的制备与改性研究进展

  唐伟建, 张卫新, 杨则恒, 陈章贤

  电源技术. 2020, 44(8): 1077-1085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.001

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  橄榄石型结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)正极材料具有循环寿命长、电压平台高、成本低、污染小等优势,近年来已被广泛应用于新能源汽车和大型储能装置等领域。但其自身存在锂离子扩散系数和电子电导率低、低温性能差等缺点,导致其在实际应用上存在一定程度的限制。因此,需要进一步研究开发具有优异电化学性能的LiFePO₄正极材料。总结了本课题组在LiFePO₄正极材料的制备和改性两方面的研究进展。
研究与设计
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  低温高比能量锂离子电池研究

  张润雯, 张志伟, 唐德庆, 章磊

  电源技术. 2020, 44(8): 1086-1089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.002

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  通过复配具有优异低温性能的钴酸锂和具有高比容量的NCA作为正极材料,同时采用高性能人造石墨为负极材料,并对电解液、电极材料粒径、涂敷量等参数进行优化,研制出具有优异低温性能的高比能量(218.7 Wh/kg)锂离子电池。在-40 ℃环境下,1 C恒流放电能够达到常温容量的80%以上;-50 ℃环境下,0.5 C放电(2.0 V)能够达到常温容量的70%以上,并在70 ℃搁置48 h后,仍具有较好的低温性能。
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  锂离子电池典型温度与倍率放电特性分析

  孙智鹏, 陈立铎, 徐梓荐, 魏墨晗, 樊彬

  电源技术. 2020, 44(8): 1090-1092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.003

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  以三元体系锂离子电池单体为研究对象,将温度和放电倍率作为考察因素,电池电压降和电池温升作为分析特性,通过控制变量法选取典型工况1 C放电倍率及25 ℃环境温度,在此基础上探究温度以及放电倍率与电池电压降和电池温升之间的关系,简要探讨了不同温度下和不同倍率下放电对锂离子电池特性的影响,论述了电池温度与放电倍率在不同区域影响的显著性,同时也指出锂电池高倍率放电的危险性。
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  锂离子电池硅-铝复合薄膜负极材料的研究

  乔永民, 刘萍

  电源技术. 2020, 44(8): 1093-1095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.004

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  分别以表面粗糙铜箔(以下简称粗铜箔)和多孔铜箔为基体,采用磁控共溅射方法制备了锂离子电池硅-铝复合薄膜负极材料,通过SEM、XRD及电化学测试手段研究了不同制备条件下硅-铝复合薄膜的结构、形貌及电化学行为。结果表明,采用磁控溅射法制备的硅-铝复合薄膜负极材料能够有效缓解电极体积膨胀,具备良好的循环性能。
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  基于聚丙烯酰胺制备的硅碳负极材料及性能

  冯丽娟, 甄玉刚, 刘金秀, 王瑗钟

  电源技术. 2020, 44(8): 1096-1098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.005

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  为获得工艺和电化学性能俱佳的硅负极材料,以丙烯酰胺和硅粉为原料通过简单的合成工艺制备了一种复合物。借助X射线衍射技术、粒径分析和扫描电镜对该材料进行表征,结果表明制备的材料成分为硅、碳复合物,平均粒径为5.07 μm,位于商用锂离子电池要求的负极材料粒径范围,具有出色的工艺性能。将该材料匹配高镍三元材料组装成纽扣电池进行电化学测试,它又表现出优异的电化学性能。其初始库仑效率为81.5%,放电比容量高达1 200 mAh/g以上。在1 C (1 200 mA/g)充放电速率下经过50个循环,容量保持率高于99%。鉴于其优良的工艺和电化学性能,该材料可望在高比能动力锂离子电池中广泛应用,推动我国新能源产业的发展。
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  高比能磷酸铁锂电池电解液浸润性能改善研究

  秦凯, 孙新华, 杨良君, 刘雨辰, 郑钧元

  电源技术. 2020, 44(8): 1099-1101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.006

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  磷酸铁锂电池理论比容量较低,通过提高电极材料的压实密度、面密度等来提高其能量密度,对电解液的浸润性提出了更高要求。针对高比能磷酸铁锂电解液体系进行研究,包括溶剂体系、锂盐含量和浸润型添加剂,采用电导率/粘度对比、定量滴定和电池评价等方法。结果表明,采用溶剂体系比例为w(EC)∶w(EMC)∶w(DMC) = 25∶45∶30,LiPF₆含量为1 mol/L,浸润添加剂FB含量2%、FS001含量0.01%,成膜添加剂VC含量1%组成的电解液方案在高比能磷酸铁锂电池上表现出优异的浸润性能和电化学性能。
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  锂离子电池热失控模拟研究

  宁凡雨, 刘逸骏, 谭立志, 王松蕊, 刘兴江

  电源技术. 2020, 44(8): 1102-1104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.007

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  提供了一种锂离子电池热失控模拟方法,对LiCoO₂/石墨和LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂/石墨电池的热失控行为进行了模拟研究。通过测试电池材料的热性质并对其热反应参数进行拟合,建立了锂离子电池热模型。模拟得到了电池热失控过程的温度变化和材料热反应情况,预测了电池热失控温度并揭示了热失控机理。该模拟结果与电池热失控实验结果吻合良好,证明了该方法的准确性。本工作的模拟方法有望应用于其他锂离子电池体系,对锂离子电池的热失控预警和安全性能改善具有重要意义。
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  电动汽车软包锂电池温度控制方法

  林晓伟, 贾权

  电源技术. 2020, 44(8): 1105-1107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.008

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  温度对电动汽车软包锂电池性能存在较大影响,若电池长时间在高温环境下工作,其使用寿命将大大降低,严重情况下会导致电池产生热失控并出现爆炸。因此,对电动汽车软包锂电池进行温度控制很有必要。通过构建电池热电耦合模型,估算电动汽车软包锂电池温度,然后基于估计的温度,采用智能PID进行温度控制。结果表明,在不同工况下,该方法可控制最高温升比原方法至少降低3 ℃。
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  Na₂MnFe(CN)₆@Na₂NiFe(CN)₆的合成及其在钠离子电池中的应用

  周庶, 戴建勇, 沈立强, 刘志伟, 李胜

  电源技术. 2020, 44(8): 1108-1111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.009

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  通过两步共沉淀法制备了Na₂MnFe(CN)₆@Na₂NiFe(CN)₆钠离子电池正极材料。通过首次充放电测试,Na₂MnFe-(CN)₆、Na₂NiFe(CN)₆钠离子半电池首次放电比容量分别可达到144.9和52.5 mAh/g,Na₂MnFe(CN)₆钠离子半电池充放电循环200次后容量保持率仅可达到87.09%。然而,Na₂MnFe(CN)₆@Na₂NiFe(CN)₆首次放电比容量虽然略低于Na₂MnFe(CN)₆,只有137.1 mAh/g，但是其循环稳定性明显强于单体Na₂MnFe(CN)₆,循环200次后，其放电比容量衰减很缓慢,仍能达到129.4 mAh/g,容量保持率高达94.41%。
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  对苯二甲酸添加剂对锌离子电池γ-MnO₂正极的影响

  蒲雪超, 徐成俊, 黄旭东, 刘文宝, 康飞宇

  电源技术. 2020, 44(8): 1112-1115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.010

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  以对苯二甲酸(H₂BDC)作为锌离子电池正极安全添加剂,在γ-MnO₂正极材料中分别掺入了质量分数为5%、10%、20%三种不同配比的H₂BDC添加剂。通过CV测试和恒流充放电测试,研究了三种不同质量配比的添加剂对电池电化学性能的影响。结果表明添加10%(质量分数)的H₂BDC电池循环性能最佳。通过SEM、XRD和原位pH测试等手段进一步研究了添加剂的作用机制,结果表明H₂BDC添加剂能缓冲放电过程中电解液pH的剧烈升高,抑制电极表面碱式硫酸锌杂质的产生,使电池展现出优异的循环稳定性。
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  一种质子交换膜燃料电池的快速活化工艺

  肖伟强, 朱荣杰, 陈伟, 李志超, 刘付洋

  电源技术. 2020, 44(8): 1116-1118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.011

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  质子交换膜燃料电池(PEMFC)在组装好正式使用前,必须进行活化实验,这样电池才能达到并发挥其最佳性能。介绍了一种快速活化工艺,整个活化工艺时间大约2 h,活化后电堆性能大幅上升并达到稳定。通过电堆放电性能曲线、线性扫描伏安法(LSV)及循环伏安法(CV)对这种活化工艺进行验证,并与恒电流活化工艺进行对比,证实了这种快速活化工艺的有效性。
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  低压PEMFC系统设计与仿真验证

  吴波, 刘长振, 袁永先, 董江峰, 徐广辉

  电源技术. 2020, 44(8): 1119-1122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.012

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  以一型发电功率大于15 kW的质子交换膜氢燃料电池系统开发为例,详细介绍了低压质子交换膜氢燃料电池系统总体设计理念,给出了空气供给、氢气供给、冷却散热三个关键辅助子系统的零部件匹配设计方法和选型依据。采用验证过的系统仿真模型对该15 kW工程样机的系统效率和输出功率进行了仿真预测,计算结果表明该系统性能指标满足预期设计要求。
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  质子交换膜燃料电池渐变蛇形流场的性能研究

  朱万超, 郑明刚

  电源技术. 2020, 44(8): 1123-1125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.013

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  蛇形流道因其优异的排水性能成为人们重点研究对象,但其较长的流道导致反应气体分布不均匀,较高的压降导致非常大的寄生能量损失。为研究变通道蛇形流道对质子交换膜燃料电池性能的影响,对不同构型的渐变流道进行模拟分析和数值比较。结果表明,结构形式不同的渐变蛇形流道对燃料电池排水性能、反应气体分布均匀性以及压降均具有显著的影响,对蛇形流道结构研究和优化具有一定的参考意义。
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  燃料电池微孔层在反极高电势下的电化学腐蚀

  周江峰, 蔡超, 饶妍, 谭金婷, 潘牧

  电源技术. 2020, 44(8): 1126-1128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.014

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  微孔层衰退是影响质子交换膜燃料电池寿命的重要因素之一,国内外学者对阴极微孔层衰退已经进行了广泛的研究。而电池在实际运行过程中极易发生反极,电池反极会使阳极产生高电势(1.6 V左右),可能会导致阳极微孔层衰退,目前关于阳极微孔层衰退的研究几乎没有报道。在电化学工作站上模拟了燃料电池阳极反极产生的高电势(1.6 V),对阳极微孔层电化学腐蚀进行了研究。研究发现,在反极电势下腐蚀后,微孔层疏水性急剧降低、MPL表面形成明显的孔洞、孔径减小且电池性能急剧下降,这表明微孔层发生严重的碳腐蚀,严重降低微孔层的水管理能力。该研究结果对开发抗反极微孔层具有重要意义。
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  不同流道形式的固体氧化物燃料电池性能分析

  王珂, 褚展鹏, 王永庆, 李星辰, 陈伟

  电源技术. 2020, 44(8): 1129-1132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.015

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  在固体氧化物燃料电池(SOFC)中,流道结构对反应物在三相反应界面的分布具有重要的影响。为研究流道结构对其电化学性能的影响,建立了一个SOFC三维数值模型,对其进行电化学反应,气体的扩散和流动,多组分传递和电池温度场的多物理场耦合,所得结果与实验数据吻合良好。研究发现,将燃料电池通道的几何形状由矩形改为圆形和弓形时,在一定条件下弓形流道和圆形流道的电池输出功率均有所提升,其中弓形流道在0.6 V电压下输出功率密度达到最大,为3 873 W/m²。研究模型及结论对SOFC的结构改进与性能分析具有参考意义。
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  三结砷化镓太阳电池串联组件遮挡特性的研究

  董莉, 郄毅鹏, 姚元鑫, 张肖君

  电源技术. 2020, 44(8): 1133-1136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.016

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  在复杂的空间环境中,航天器的太阳电池阵在光照期间可能会受到部分遮挡,影响其输出功率。针对空间三结砷化镓太阳电池串联组件的遮挡特性进行分析研究,特别是研究被遮挡电池及其旁路二极管的工作机理,可以进一步对其I-V曲线出现的“台阶”进行理论解释。结果表明,当太阳电池串联组件中的电池被部分遮挡后,被遮挡电池的旁路二极管开启,会有一部分电流流过二极管,随着负载电阻的增大,被遮挡电池的旁路二极管闭合,旁路二极管工作状态的改变,使得I-V曲线会出现“台阶”,影响电池阵的在轨功率。
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  一种光伏微逆变器中六开关功率耦合电路研究

  章勇高, 王小衬, 付伟东

  电源技术. 2020, 44(8): 1137-1141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.017

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  提出一种并联在逆变器交流输出端的单模态六开关Buck-Boost功率耦合电路,以缓冲传统光伏微逆变器中的二次功率脉动。分析了功率耦合电路的四种不同工作模式,主控开关均采用脉冲能量调制(pulse energy modulation, PEM)信号控制。推导了一个开关周期内不同工作模式下的PEM信号占空比以及耦合电感电流给定值的表达式,用以得到相应的PEM信号脉冲。设计了耦合电感和电容的参数。建立Simulink仿真模型,仿真结果表明,该功率耦合电路不仅能抑制光伏微逆变器直流侧输入电流和母线电压中的二次纹波,而且利用交流输出端电压变化范围大的特点,大大降低耦合电容容值,避免使用短寿命的大电解电容,提高了光伏微逆变器的使用寿命和可靠性。
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  基于峰值点近似计算法的光伏阵列输出研究

  魏立明, 吴扬昀

  电源技术. 2020, 44(8): 1142-1147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.018

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  基于局部阴影光伏阵列的工作原理,对复杂光照下多级串联式光伏阵列、多级并联式光伏阵列以及集中式光伏阵列的输出特性进行深入研究。建立了复杂光照下多级串联式光伏阵列、多级并联式光伏阵列各工作区间的I-V特性方程,提出两类多级阵列的峰值电压点分布规律,针对复杂光照下含有三种不同光照分布类型的3×3集中式光伏阵列、60×10集中式光伏阵列,找出其峰值电压点分布规律以及各峰值点功率大小关系。采用Pvsyst软件对光伏阵列的输出特性进行仿真,通过对比相同拓扑结构、相同光照分布类型的串、并联式光伏阵列,以及相同拓扑结构、不同光照分布类型的集中式光伏阵列,提出光伏阵列在选型、安装等方面的改进措施,为复杂光照下的最大功率点跟踪技术提供理论参考和借鉴。
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  基于改进PSO-RBF滑模控制的光伏系统控制方法

  郝海燕, 王新军

  电源技术. 2020, 44(8): 1148-1151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.019

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  针对光伏系统常见最大功率点跟踪控制方法跟踪速度慢、跟踪精度低的问题,提出了一种基于改进粒子群优化径向基函数神经网络滑模控制的跟踪方法。通过借鉴粒子群优化过程中的多样性、非线性和自适应性,重新设计速度更新权值,进一步优化网络参数,旨在增强径向基函数对滑模控制非线性函数的逼近能力,再将优化的神经网络逼近滑模控制器的不确定状态,同时消除时变和非线性的不确定性对控制系统的影响,实现光伏系统的最大功率点跟踪。通过仿真验证了所提方法的有效性。
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  基于简化蚁群算法的光伏MPPT跟踪控制

  王利峥, 刘光宇

  电源技术. 2020, 44(8): 1152-1155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.020

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  近年来,光伏发电因太阳能绿色无污染等原因被高度关注,光伏发电的核心技术问题是如何提高光伏发电效率,即提高光伏发电系统的“最大功率点”跟踪速度,进而提升平均发电功率。根据光伏电池原理提出MPPT控制方法,根据智能仿生优化算法蚁群算法,提出一种简化的蚁群优化算法,并将简化蚁群算法应用在MPPT控制中,通过不断迭代使占空比更新,从而找到最大功率点并稳定跟踪。并通过数值仿真实验,验证所提出的优化算法在光伏MPPT控制中具有较快的收敛速度,同时与传统扰动观测法相比具有较高的精准度和较小的搜索振荡;在搭建的光伏发电系统真实实验平台上也验证了简化蚁群算法的可行性。
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  VRFB用流场板结构的优化设计及其应用研究

  王钺淞, 李松, 李强, 白桉裕, 孙红

  电源技术. 2020, 44(8): 1156-1160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.021

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  全钒氧化还原液流电池(VRFB)内部的电解液流场结构的合理设计有利于提高VRFB电解液分布的均匀性,降低电池极化,从而提高电池性能。针对目前VRFB存在的低放电功率和电池效率不高的问题,设计了树形、渔网形和梯形3种新型VRFB流场板,通过研究不同流场板结构对VRFB功率、充放电性能、电池效率、电池阻抗及电池循环稳定性的影响,确定最优流场板结构以提升电池性能。研究结果表明,树形流场板、渔网形流场板和梯形流场板均能有效提升VRFB的电池性能。安装梯形流场板的VRFB具有最佳的电池性能,其电流效率提高至96.56%,电压效率提高至80.61%,能量效率提高至77.91%,放电容量相比于装配传统流场板的电池提高了34.56%,最高输出功率密度高达0.356 W/cm²。
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  长寿命雷用锂原电池贮存性能研究

  董忠红, 龚锋, 代秋越, 袁睦婷

  电源技术. 2020, 44(8): 1161-1164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.022

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  各种雷用引信电源要求釆用体积小、质量轻、温度范围宽,贮存寿命长的电池,以适应各种不同地理区域的应用。因引信为整体封装,且寿命一般为10年而电池贮存寿命5年。若每5年都更换电池,遇野外更换情况会存在较大安全风险。目前,锂原电池的长期贮存是源于产品寿命到期后返回生产厂才有机会进行测试。我厂为某产品定制小型全密封锂/亚硫酰氯电池,实际搁置12年后,经测试仍然满足使用。以ER14150电池为研究对象,采用高温加速贮存的方法,对贮存不同周期的电池性能进行测试。通过对不同贮存时间电池的性能数据进行对比、分析,总结了贮存过程电池性能变化趋势,由此验证了高温加速贮存实验方法的正确性和可靠性。
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  基于Lyapunov函数的蓄电池充电调节器控制方法

  鲁伟

  电源技术. 2020, 44(8): 1165-1167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.023

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  为提升卫星电源蓄电池充电调节器(BCR)的工作性能,基于Lyapunov稳定性理论,提出了一种新型的BCR控制方法。首先根据BCR的工作机理,获得了系统的非线性数学模型,然后通过构造系统的Lyapunov函数,设计适当的控制律,不仅保证了闭环系统的大范围稳定,而且实现了母线对蓄电池充电时母线电压的有效调节。最后,采用MATLAB软件进行仿真分析,验证了所提控制方法的可行性和有效性。仿真结果表明,基于Lyapunov函数的新型控制方法具有良好的母线电压调节性能和较强的抗负载扰动能力。
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  基于扩展卡尔曼滤波的蓄电池组SOC估算

  王君瑞, 单祥, 贾思宁, 王闯, 向上

  电源技术. 2020, 44(8): 1168-1172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.024

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  随着能源的不断减少和环境破坏加重,风光互补发电系统得到了广泛关注,其中蓄电池组是整个系统中最受关注的一个组成部分。准确有效地估算蓄电池组的荷电状态(SOC),不仅可以保证资源的合理利用、减少成本,还能保证系统的安全可靠运行。由于蓄电池的正常运行具有很强的非线性,选用通用非线性等效电路模型,充分考虑了充放电倍率和环境温度,利用傅里叶函数对模型参数进行有效拟合,结合传统安时积分法,运用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)对蓄电池组的SOC进行动态估算,通过MATLAB软件进行仿真验证,结果表明,文中选择的扩展卡尔曼滤波算法可以对蓄电池组SOC进行有效跟踪,并控制跟踪误差低于1%。
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  基于有限元仿真的动力电池包机械性能分析

  岑波, 周攀峰, 胡为松, 林志宏

  电源技术. 2020, 44(8): 1173-1176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.025

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  电池包在整车行驶过程中会受到挤压和冲击载荷的作用,在产品设计开发阶段,基于正确的有限元仿真分析可以有效地考察电池包箱体和零部件是否满足机械性能要求。建立了电池包精细化有限元模型,通过对比电池包扫频实验和有限元模态分析结果,可以获得准确的有限元模型,并利用有限元仿真分析手段分别对电池包进行了两个水平方向的挤压和竖直方向机械冲击分析。
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  电池热管理及电池安全技术

  陈雪莲, 张存善, 安然

  电源技术. 2020, 44(8): 1177-1181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.026

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  传统方法在保护电池短路与过充过程中存在时延过长的问题,为了合理管理电池热量,提高电池性能,延长电池使用寿命,提出基于热分析模型的电池热量管理与安全保护方法。采用平均密度法和理论法分别计算电池密度和电池比热容等电池热特性参数,根据计算结果运用Bernardi生热率模型获取电池生热速率。在此基础上构建电池热分析模型,利用该模型分析差异边界环境中电池在不同生热速率下的生热效果,最后对电池组保护电路进行设计,具体包括充、放电驱动电路、过充保护和短路保护,实现对电池热量的有效管理与安全保护。结果表明该方法可以模拟电池放电升温过程,且与实际情况较为吻合,可以实现电路短路保护和过充保护等功能。
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  基于滞回电压平衡的无人机电池均衡控制方法

  韩华春, 史明明, 吕振华

  电源技术. 2020, 44(8): 1182-1184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.027

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  电动旋翼无人机广泛应用于军事、商业和娱乐等多领域,其电池系统由单体串联构成。由于电池组长时间充放电后容易出现电量不均衡,从而影响无人机的续航能力,为此,根据电池管理系统采集的电压信息,结合电池开路电压滞回特性,提出了基于滞回电压平衡的无人机电池均衡控制方法。构建基于AD7280A的电池电压检测电路,搭建无人机电池均衡测试平台,在所搭建的实验平台基础上进行实验验证,实验结果表明所提出的方法能够有效改善电池组的一致性。
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  平抑风电功率波动退役电池储能系统容量配置

  崔传世, 谢丽蓉, 包洪印, 张浩

  电源技术. 2020, 44(8): 1185-1190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.028

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  为平抑风电功率正负向波动、减少储能系统充放电切换次数、延长储能系统使用寿命、降低储能成本,采用从电动汽车上退役的动力电池,建立两组退役电池储能系统(RBESS),分别处于充放电状态,根据风电功率短期预测结果,交替平抑正负向波动。以RBESS成本和平抑波动可靠性最优为目标函数,采用带有精英策略的非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行容量配置。以达坂城某风电场的数据进行仿真,验证了所提方法的可行性：两组RBESS可有效平抑风电功率波动并降低充放电切换次数,延长使用寿命,降低储能成本。
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  高升压比Y源并网逆变器能量成型控制研究

  张世刚, 田立欣, 刘广忱

  电源技术. 2020, 44(8): 1191-1198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.029

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  高升压比Y源并网逆变器解决了传统光伏并网逆变器不能直通的问题,并利用直通时间的插入来进行升压,通过较小的直通占空比就可以获得较高的电压增益。介绍了一种适用于高升压比Y源并网逆变器的能量成型控制策略,解决了传统PI控制鲁棒性差、控制速度慢等不足。通过确定系统期望的稳定平衡点并配置能量函数,建立系统的PCH模型以获得系统的耗散能量和反馈控制注入能量,然后设计控制器参数以在反馈控制能量的作用下,不断调整其自身储存的能量,使系统稳定在所需的平衡点。最后利用MATLAB/Simulink仿真软件对高升压比Y源并网逆变器进行仿真验证,结果表明对于不同给定输入扰动,能量成型控制器都可以很好地满足控制目标。
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  五电平U元件封装式逆变器的复合控制

  刘述喜, 王强, 龙凌霄, 李茂丽

  电源技术. 2020, 44(8): 1199-1203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.030

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  为了提高五电平U元件封装式(简称PUC5式)逆变器在阻感负载情况下控制的精确度,设计一种复合控制器,包括原型重复控制(prototype repeat-control,PRC)和比例积分(proportion-integral,PI)控制器,将两种控制器解构组合应用到PUC5式逆变器拓扑当中。对比传统的控制方式,该控制器优化了周期重复单变量系统(single-input single-output,SISO)下的跟踪效果,简化了控制设计中的整定调试过程,并且可以在保证快速响应的前提下实现无静差跟踪和良好的鲁棒性。PUC5式逆变器拓扑的一次侧电容通过内部调制策略可实现电压自平衡状态,无需复杂的控制和传感器来实现,大幅降低控制的需求以及硬件成本。在RT-LAB的半实物仿真环境下验证了理论的正确性。结果表明,采用复合控制方式可以更好地跟踪周期性的SISO系统,极大地降低了PUC5式多电平逆变器的总谐波失真,进而为多电平逆变器控制策略的设计提供参考。
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  输入电压前馈型三环控制Buck变换器研究

  刘涛, 希望·阿不都瓦依提, 晁勤

  电源技术. 2020, 44(8): 1204-1208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.031

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  为了提高Buck变换器的输入与输出电压响应速度、稳压精度和抗干扰能力,提出了输入电压前馈+平均电流反馈+输出电压反馈型三环控制方式。在基于峰值电流反馈型的V²C三环Buck变换器基础上修正了拓扑结构：引入输入电压前馈环节,修正双电压反馈型为电压前馈+电压反馈型,改进峰值电流反馈型为平均电流反馈型,形成了新的三环控制方式的Buck变换器拓扑结构;通过分析工作原理和推导有源-无源开关对等效模型,构建了整体小信号模型,获得了传递函数;采用Pspice软件搭建模块与编程,将新型三环控制方式与峰值电流型V²C三环控制方式进行时域、频域对比仿真分析验证,表明提出的三环控制方式其输入与输出电压响应速度、稳压精度和抗干扰能力均优于后者。
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  基于SiC器件同步整流的高效Boost电路

  张波, 汪义旺, 宋佳

  电源技术. 2020, 44(8): 1209-1211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.032

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  Boost电路的效率高低直接决定着其应用效果和其所在系统的性能,提高Boost电路的效率至关重要。深入研究SiC器件的特点,在Boost电路中采用新颖的SiC功率半导体器件替代传统的Si器件。设计了适用于SiC MOSFET的驱动电路,引入同步整流技术,并部分地实现了功率器件的软开关,最终设计出了高效的应用在高压场合的Boost电路。实验结果表明全采用SiC器件的Boost电路效率得到了较大提高,可在更高频率下工作,应用同步整流和软开关技术后进一步提高了效率。
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  无线电能传输系统传输距离及传输效率分析

  吴泽迅, 闫荣格, 郭晓婷, 曹少卿

  电源技术. 2020, 44(8): 1212-1216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.033

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  运用电路理论,推导出四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的表达式,并分析了影响传输效率的主要因素。当线圈结构参数选定时,源线圈与发射线圈之间的距离和接收线圈与负载线圈之间的距离成为无线电能传输系统传输距离变化时影响传输效率的关键参数。采用差分进化算法对影响因子进行优化,该方法使得四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统在传输距离发生变化时能动态调整提高传输效率。最后,通过仿真验证了此方法的正确性。
综述
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  中国废旧车用锂离子电池回收利用概况

  肖武坤, 张辉

  电源技术. 2020, 44(8): 1217-1222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.034

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  近年来,我国新能源汽车及动力蓄电池产业迅猛发展,废旧车用动力电池的回收利用问题日益凸显。目前废旧动力电池回收利用包括梯级利用和材料回收两种方式,在国家政策支持下得到了快速发展。以中国废旧车用锂离子电池为例,系统总结了废旧锂离子电池回收利用行业的相关政策和标准情况,综述了梯级利用及拆解回收技术及相关模式,讨论了发展现状和趋势,为了解中国废锂离子电池回收利用提供了参考依据。
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  锂离子电池极片涂布和干燥缺陷研究综述

  杨时峰, 胥鑫, 曹新龙, 邵乐, 田占元

  电源技术. 2020, 44(8): 1223-1226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.035

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  极片制造技术不仅影响锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性能,而且对降低废品率和电池制造成本具有重要作用,是电池制造的一个重要过程。在极片制造过程中,可能出现团聚体、针孔、厚边和条纹等各类涂布和干燥缺陷,这些缺陷会严重影响极片性能。因此,了解这些缺陷的形成机制、抑制缺陷形成,尽早发现缺陷并调整工艺条件具有重要意义。对各种缺陷的形成机制、检测技术及其防治措施进行了系统的介绍,并对电池极片制造技术的发展趋势进行了展望。
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  退役磷酸铁锂动力电池梯次利用分析

  徐懋, 刘东, 王德钊

  电源技术. 2020, 44(8): 1227-1230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.036

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  梯次利用是磷酸铁锂动力电池全生命周期内提高应用价值、分摊造价、降低成本的重要途径之一。从退役磷酸铁锂动力电池特性出发,通过理论评估、技术评估、经济评估、回收市场评估等四个方面,分析其梯次利用的可行性及主要难点问题;此外,根据退役磷酸铁锂动力电池现有用途,挖掘其剩余价值,提出不同领域应用场景,为退役磷酸铁锂动力电池的高效高值化利用提供潜在的市场方向。
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  热电池用新型电解质材料研究进展

  白鑫涛, 谢欣, 汪东东, 王贺伟, 王岩

  电源技术. 2020, 44(8): 1231-1234. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.037

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  以现有电解质体系为基础,综述了国内外对于LiI系、硝酸盐系和Li₂CO₃系新型电解质体系的研究进展,并与传统电解质体系进行对比,分析其优缺点,明确各体系使用环境,满足武器装备的使用需求。同时,对于新型电解质体系的发展方向进行了展望。
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  浅谈赝电容电极材料的研究进展

  祁鹏, 陈爱英

  电源技术. 2020, 44(8): 1235-1238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.038

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  赝电容是超级电容器的分支,是一种利用电极材料表面及近表面的可逆氧化还原反应来储能的装置,具有高的比功率和能量密度。综述了赝电容电极材料的储能机制和电化学特性,并重点介绍了赝电容电极材料在超级电容器领域研究的最新进展。