2022年, 第46卷, 第2期　
刊出日期：2022-02-20

  

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综述
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  Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固态电解质研究进展

  郭俊, 张宏, 吴勇民, 汤卫平

  电源技术. 2022, 46(2): 109-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.001

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  钠离子电池具有资源丰富、能量密度高等优点,使用固态电解质的固态钠电池兼具高安全性成为研究热点。固态电解质是超离子导体,是固态电池关键材料。Na₃Zr₂Si₂PO₁₂是钠超离子导体(NASICON)中最具代表性的固态电解质材料。总结了Na₃Zr₂Si₂PO₁₂材料的结构、离子传输机制及其相互关系,旨在从机理上理解Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固态电解质中钠离子传输性能;总结了主要制备方法,指出了不同方法的优缺点;在提升离子电导率方面,对合成工艺、掺杂、界面因素进行了总结,力求归纳和探索合成高性能钠离子固态电解质的途径。
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  钛铌氧族化合物钠离子电池负极材料研究进展

  王培远, 李永浩, 孙淑敏, 张永辉, 王力臻

  电源技术. 2022, 46(2): 115-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.002

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  钠离子电池与锂离子电池的储能机理十分相似。由于钠离子电池具有成本低和钠资源丰富等优势,引起了人们的广泛关注,随着研究的进一步深入,有望在未来取代锂离子电池被广泛应用。为获得高性能钠离子电池,研究和开发比容量高、倍率性能好和循环性能优异的储钠电极材料势在必行。作为嵌入型负极材料的钛铌氧族化合物(TNO,包括TiNb₂O₇和Ti₂Nb₂O₉等)具有良好的钠储存能力,近年来得到了研究人员的关注并取得了一定进展。综述了TNO作为钠离子电池负极材料最新研究进展,简述了TNO材料的研究历史,分析了材料结构,介绍了TNO在钠离子电池方面取得的成果,探讨了研究过程中该材料存在的问题及改良方法,促进钠离子电池负极材料的开发。
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  中性锌-空气电池的阴极非贵金属催化剂

  盛况, 杨孝昆, 余亮, 邓中梁, 易清风

  电源技术. 2022, 46(2): 119-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.003

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  采用中性或准中性溶液为电解质的锌-空气电池具有提高阳极锌稳定性并避免电解质溶液碳酸盐化的优点。开发新型非贵金属催化剂,使之在中性溶液中能有效催化氧还原反应(ORR),这将具有重要意义。通过总结近几年铁/钴/镍掺杂的碳氮复合物的制备、ORR活性测试以及应用于中性锌-空气电池的性能研究方面的主要工作成果,发现采用简单的热解法得到的具有管状结构的非贵金属掺杂的碳氮复合物可以成为中性锌-空气电池优异的阴极催化剂。
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  锂离子电池安全性隔膜的研究进展

  李明, 袁园

  电源技术. 2022, 46(2): 123-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.004

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  隔膜作为锂离子电池的重要组成部件之一,其安全性对锂离子电池的安全性有着至关重要的作用。主要从基膜和涂层两个方面阐述了近年来高安全性隔膜的研究进展,指出各种技术方向的优缺点。对高安全性隔膜的发展进行了总结和展望,通过不断优化工艺、降低成本,提升高熔点基膜的应用价值,通过耐高温和具有关断功能的有机涂层提高隔膜的安全性,高熔点基膜、有机涂层与无机涂层的复合是高安全性隔膜的主要发展方向。
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  锂离子动力电池寿命预测的研究进展

  刘嘉, 晏裕康, 雷治国

  电源技术. 2022, 46(2): 127-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.005

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  近些年来,锂离子电池作为一种新型能源,其寿命研究成为了各个领域关注的重点问题。对锂离子电池寿命的影响因素、电池健康状态(SOH)估计进行了研究,总结了国内外近几年来电池寿命预测的方法,并对其中基于性能的研究方法(粒子滤波算法、基于粒子滤波算法的改进算法和多种模型相结合的融合算法等)进行了分析和比较,以此为基础,找出了电池寿命预测方法存在的问题并提出了改进措施,为未来研究提供参考。
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  锂离子电池燃烧与灭火产物分析

  张明杰, 杨凯, 齐培研, 刘皓, 高飞

  电源技术. 2022, 46(2): 130-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.006

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  随着锂离子电池的商业化发展,电池本身的安全问题越来越受到社会各界关注,最直接的就是电池起火甚至爆炸。对于锂离子电池燃烧爆炸产物毒性的研究是非常重要的。归纳总结了锂离子电池各组成部分的燃烧产物,并对比分析了七氟丙烷、全氟己酮、二氧化碳、水和干粉灭火剂的灭火产物,有助于明确燃烧与灭火过程中有毒物质的生成机理,并指导事故发生后的应急与防护工作。
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  士兵系统电源保障技术发展进程

  龙知洲, 李伟萍, 刘凯峰, 马天

  电源技术. 2022, 46(2): 133-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.007

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  士兵系统在未来战争中具有重要作用,保障其信息化装备持续供电问题日益受到各国重视。对世界主要国家士兵系统电源保障技术进行了分析,总结了各国在储能电池、供电系统模式和发电技术等方面的研究和应用现状,进而从作战样式、用电需求、电池技术、系统架构等方面,分析了士兵系统电源保障面临的诸多挑战。从实战运用角度,提出未来士兵系统电源应重点发展燃料电池、新能源发电和无线供电技术。
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  飞轮储能与轨道交通系统技术融合发展现状

  齐洪峰

  电源技术. 2022, 46(2): 137-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.008

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  飞轮储能系统作为当前最受关注的储能系统之一,在轨道交通领域的优势较为显著。基于轨道交通领域中最为典型的城市轨道(地铁)及高铁系统,分析了飞轮储能技术的研究应用现状及发展趋势。介绍了飞轮储能的技术原理及其特点,基于两种典型轨道交通系统,梳理了飞轮储能技术的应用现状;分析并展望了飞轮储能技术在轨道交通领域的发展趋势,为行业研究或工程应用提供借鉴。
研究与设计：化学电源
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  MoS₂/C纳米复合材料的合成及其电化学性能研究

  史家远, 杨清华, 徐旭升, 吴宁宁, 王庆杰

  电源技术. 2022, 46(2): 141-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.009

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  理论比能量高达2 600 Wh/kg的锂硫电池已经成为锂电池研究热点,然而硫导电性不好、穿梭效应和锂化体积效应较大等问题阻碍了锂硫电池的产业化。将无定型多孔碳材料的高导电性和极性MoS₂的固硫作用相结合改善锂硫电池的电化学性能。所得的S@MoS₂/C在0.05 C和2 C电流密度下的放电比容量分别为1 507和406.3 mAh/g,比S@MoS₂在相同电流密度下的放电比容量(1 400和345.7 mAh/g)更高。在循环性能测试中,S@MoS₂/C容量保持率为46.9%,要高于S@MoS₂ (39.1%)。因此,MoS₂/C复合材料作为硫载体可以显著改善锂硫电池性能。
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  Nafion/海泡石离子凝胶复合膜的制备与性能

  陈唯, 吴桐, 蔡丹丹, 李骁, 刘清亭

  电源技术. 2022, 46(2): 145-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.010

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  超临界CO₂辅助制备了1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([BMIm][TfO])离子液体填充海泡石纳米棒的一维离子凝胶(IL@SNR),其与Nafion溶液共混后浇铸制得适应低湿度环境用复合质子交换膜。结果表明：加入适量IL@SNR的复合膜表面平整,力学性能、吸水性和质子传导性均得到提升;当IL@SNR含量为2%(质量分数）时,复合膜断裂强度、吸水率和80 ℃、80%相对湿度条件下质子传导率分别比同等条件下Nafion 212膜高出89.8%、73.2%和91.6%,基于该复合膜的单电池65 ℃下功率密度峰值(0.703 W/cm²)比Nafion 212膜单电池高出32.9%。该研究表明离子凝胶改性Nafion复合膜具有质子交换膜燃料电池宽松湿度环境应用的良好前景。
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  CO₂活化氮掺杂炭气凝胶的制备及其性能研究

  戚航, 郑迎华, 陈锡渠

  电源技术. 2022, 46(2): 149-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.011

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  以间苯二酚、甲醛、氧化石墨烯和三聚氰胺为原料,通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂炭气凝胶,再对其进行CO₂活化。用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、X射线光电子光谱法(XPS)和N₂吸附等进行物理性能分析,用交流阻抗谱、恒流充放电测试等进行电化学性能测试。随着活化温度的提高,材料表面形成了密集的具有大量孔的内部相互交联的网络结构。当活化温度为900 ℃时,所制备的样品比表面积最高,由NCAG-4的1 194 m²/g增大到CO₂-900-NCAG-4的1 849 m²/g。在经过活化以后,CO₂-900-NCAG-4表现出了最佳的电化学性能,将其组装成超级电容器,充放电循环2 000次后电容保持率达94.31%。
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  HT-PEMFC耐CO多层复合结构阳极研究

  刘林涛, 夏章讯, 魏伟, 王素力, 孙公权

  电源技术. 2022, 46(2): 153-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.012

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  高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFC)使用富氢重整气代替纯氢进料时,其中高浓度CO(可达3×10^–2)会导致电极毒化,使电池性能降低。采用Pt/C和PtRu/C催化剂制备多层结构阳极,研究了不同阳极结构在重整气进料时对电池性能的影响,优化得到最佳阳极结构(内侧Pt/C、外侧PtRu/C复合阳极)。与传统Pt/C阳极相比,采用3×10^–2 CO/H₂进料,在160 ℃、0.5 A/cm²下,单体电池电压提高了48.2% (160 mV),并对该多层复合电极耐毒化机制进行了探讨。
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  LSM粉末设计及其对SOFC阴极性能的影响

  卜晓晨, 李成新, 李长久

  电源技术. 2022, 46(2): 157-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.013

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  采用大气等离子喷涂在粒子完全熔化条件下制备的Sr掺杂LaMnO₃(LSM)阴极由于三相反应界面和贯通孔隙数量不足,其阴极阻抗较大。针对这一问题,通过在LSM微粉中加入20%(体积分数)亚微米石墨经团聚造粒获得LSM/石墨复合粉末,采用大气等离子喷涂在不同功率下制备了LSM阴极,采用扫描电子显微镜法(SEM)、能量散射光谱(EDS)及X 射线衍射光谱法(XRD)表征了阴极的组织结构和相结构,研究了电弧功率对LSM阴极结构与性能的影响。大气等离子喷涂制备的阴极在经过800 ℃热处理去除石墨后呈现稳定的钙钛矿结构,其中均匀分布着直径1~2 μm的孔隙,表观孔隙率大于10%,且随电弧功率的增加而减小。28 kW电弧功率下等离子喷涂多孔LSM阴极阻抗在850 ℃时为1.22 Ω·cm²。
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  锂硫电池过渡金属氧化物/碳/硫正极

  黄鹏, 王庆杰, 陈晓涛, 刘富亮, 吴宁宁

  电源技术. 2022, 46(2): 161-164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.014

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  提出了由金属-有机骨架材料(MOF)衍生的菱形十二面体NiO-NiCo₂O₄空心多面体结构包覆还原氧化石墨烯(rGO)作为硫载体的设计方案,极性金属氧化物可以有效吸附多硫化物,抑制穿梭效应,空心结构可以有效缓解电极反应过程中的体积变化,rGO的引入可有效提高电极材料的电导率,促进正极硫的充分反应,进而提高硫的利用率,提高电极材料的电化学性能。在0.5 C电流密度下,S/NiO-NiCo₂O₄-rGO复合材料循环100次后放电比容量为591 mAh/g,在1 C电流密度下,S/NiO-NiCo₂O₄-rGO复合材料循环300次后放电比容量为365 mAh/g,较S/C电极有较大提升,同时该材料还具有优异的倍率性能。
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  基于电纺技术的高性能氧阴极一体化制备负载

  李昊阳, 吴思达, 程礼盛, 丁玉梅, 杨卫民

  电源技术. 2022, 46(2): 165-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.015

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  基于静电纺丝技术制备的非贵金属氮碳材料应用于氧还原催化可实现催化剂的低成本大批量稳定生产。通过在气体扩散层上电纺接收引入硝酸铁和葡萄糖的聚丙烯腈纤维前驱体,并通过二次热处理得到了从制备到负载一体化的高性能氧阴极双层组件。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等表征证实葡萄糖对Fe原子的有效分散作用,并提升了体系的氧还原活性。该双层组件的催化层显示出与商业Pt-C电极相当的氧还原性能,半波电位为0.86 V,在1 mol/L抗甲醇测试中展现出优秀的耐甲醇性能。
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  LiCoO₂-SiO/石墨锂离子电池循环衰减机理研究

  周江, 孟繁慧, 朱莎, 甄会娟, 黄铃

  电源技术. 2022, 46(2): 169-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.016

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  研究了LiCoO₂正极和氧化亚硅/石墨复合负极(LiCoO₂-SiO/石墨)软包锂离子电池体系(LIBs)循环衰减机理,通过循环过程中电化学阻抗(EIS)、增量容量分析(ICA)、正负极形貌等分析了循环的影响因素。结果表明,硅基负极材料在完全嵌锂状态下的体积膨胀不仅会导致SiO负极的颗粒破碎,与电解液的副反应加剧,其膨胀应力还会造成电极的导电网络和粘结剂网络的破损,从而导致正负极活性物质利用率降低,降低SiO负极材料的循环性能。此外,SiO负极的充放电电压平台较高,与石墨材料复合使用时,容易造成电池正极的过充和放电容量损失,正极过充会加剧正极材料结构破裂。而随着循环的进行,过充程度和放电容量损失会愈发严重,加速电池循环性能衰减。
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  湿法涂布及集流体对超级电容器性能的影响

  苏蓓

  电源技术. 2022, 46(2): 173-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.017

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  分别以普通铝箔、腐蚀铝箔和微孔铝箔为集流体,以活性炭材料为电极片活性物质,研究不同的浆料涂布厚度及集流体种类对单体超级电容器内阻、比电容和比能量的影响。用交流阻抗谱、恒流充放电和循环伏安测试等进行电化学性能表征。实验结果表明,电极片的涂布厚度相同时,微孔铝箔的活性物质负载量最大,并且其内阻最小、比电容最大,说明微孔铝箔与活性物质表面的接触更为紧密;而对于同一种集流体,当涂布厚度为90 μm时,组装的超级电容器的比电容最大。
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  基于放电平台期的Wkmeans退役锂离子电池分选方法

  杨超, 刘征宇, 朱华炳, 郭乐凯

  电源技术. 2022, 46(2): 177-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.018

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  针对退役锂离子电池单体之间由于生产过程及后续工作环境的不同产生的不一致性差异对分选后电池成组性能的影响,提出一种基于放电平台期参数的锂离子电池分选方法。以磷酸铁锂电池为研究对象,通过研究电池组不一致性的影响因素确定聚类的指标,进而进行放电实验,得到电池的电压、电流、容量等时序数据,并通过固定电压窗口的方法得到放电平台高度及长度数据;通过引入基于自动加权的Wkmeans聚类算法实现电池的分选。根据电池单体及成组后的充放电数据进行分析,实验结果证明该方法能显著降低电池模组的不一致性。
研究与设计：物理电源
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  基于改进CSO算法的光伏系统发电功率短期预测

  宋子博, 葛曼玲, 谢冲, 郭志彤

  电源技术. 2022, 46(2): 182-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.019

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  为了提高光伏发电系统短期输出功率的预测精度,建立了基于改进鸡群算法优化支持向量机(ICSO-SVM)的预测模型,在鸡群算法中引入动态惯性权重和自适应因子加强算法的寻优能力。通过计算得到对光伏发电影响较大的因素为太阳辐射强度、大气温度和相对湿度;计算出待预测日期和历史日期之间的关联度,确定预测所需要的训练样本并对模型进行训练;利用训练好的预测模型对预测地区秋季平稳天气和突变天气的光伏阵列输出功率分别进行预测。仿真实验表明：该模型的平均绝对百分比误差和均方误差与改进前相比分别降低5.547%和0.080,与基于粒子群优化算法模型相比分别降低8.255%和0.202,该模型使预测精度得到有效提高。
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  基于BP神经网络与改进粒子群的光伏MPPT算法

  李季, 阎鑫, 孙文涛, 徐晓宁, 邵磊

  电源技术. 2022, 46(2): 186-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.020

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  针对光伏阵列在环境突变情况下尤其是局部阴影下的多峰值现象,提出一种基于反向传播(BP)神经网络与改进粒子群的最大功率点跟踪(MPPT)算法。该算法利用BP神经网络近似定位最大功率点,并利用对粒子群算法中的惯性权重值进行非线性动态优化后的改进粒子群精确定位最大功率点。仿真结果表明,复合算法可以更好地跟踪最大功率点,有效避免前期易陷入局部极值的问题,提高了精度,减小了功率振荡。
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  平单轴光伏组件辐照模型优化

  廖东进, 黄志平, 方晓敏

  电源技术. 2022, 46(2): 190-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.021

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  为提高东西向平单轴光伏组件接收辐照度,结合赤道坐标系平单轴运行轨迹和避免前后排阴影遮挡分析,搭建了逆跟踪辐照度模型;通过对阴雨天最佳接收辐照度的选取,对平单轴旋转角进行了优化,建立了优化辐照度模型。模拟和实验结果表明,阴雨天时,在占地面积比为0.43的情况下,优化模型较逆跟踪模型的日辐照度可提高8.25%,年太阳辐射量可提高2.24%;为显著提升优化模型的辐射量,同时考虑光伏组件占地面积比,最优占地面积比应为0.3~0.4。
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  基于塞贝克效应的燃气灶电源自充电装置设计

  李金娴, 张昂

  电源技术. 2022, 46(2): 194-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.022

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  燃气灶使用一段时间后需定期更换电池,极为不便。依据塞贝克效应原理,将燃气灶工作时炉盘余热通过温差发电芯片转换成电能,再经过DC-DC模块和充电保护电路为锂电池充电。实验结果表明,该装置能够在约14.4~52.2 ℃的温差环境下产生0.84~2.01 V的电压,可实现燃气灶电源自充电,避免了更换电池的不便,具有环保、经济、实用性强的优点。
研究与设计：系统技术
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  基于PWM+PFM控制的两级DC-DC变换器效率优化

  荀荷惠, 沈汉鑫, 苏坚坚, 邓思宇, 朱浩

  电源技术. 2022, 46(2): 197-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.023

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  为了提高LLC谐振变换器宽输入电压范围和解决轻载时损耗大导致整体效率不高的问题,基于Boost-LLC两级式拓扑,提出一种全负载范围数字控制效率优化方法。根据不同的负载对前后两级建立双环控制,前级升压Boost电路通过脉宽调制(PWM)方式实现不同负载对应调整输出电压大小,并将其值作为后级LLC电路的母线电压;后级LLC谐振变换器在脉冲频率调制(PFM)下,通过对谐振频率进行调整,提高轻载时的效率,使其在全负载范围内的效率能够进一步提高。实验表明：数字控制效率优化方法使两级DC-DC变换器在整个负载范围能够实现高效率,并且整机转换效率不小于94%。
研究与设计：辅助技术
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  锂电池不同连接方式下的针刺测试探究

  潘逸, 顾陈豪, 王瑜, 罗涛, 郝丽

  电源技术. 2022, 46(2): 201-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.024

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  探究了针刺实验对不同连接方式下的锂电池组的影响,实验表明电芯串联时针刺剧烈程度比电芯并联时高。结果显示,不仅不同连接方式下电池组的针刺现象有较大差别,而且针刺后电芯表面不同位置处的产热量不同。对针刺时的温度曲线进行分析,提出了较符合实际情况的电芯针刺模型,并对各种针刺情况分别进行说明。串联电芯针刺时同时存在内短路和外短路电流,而并联电芯针刺时存在内短路电流和环流电流。
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  磷酸铁锂电池内阻的研究

  李加林, 王玲玲, 刘萍

  电源技术. 2022, 46(2): 206-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.025

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  内阻是锂离子电池的重要性能指标,测量了不同温度、不同频率下的交流内阻、直流内阻及电化学阻抗,结果表明：相同温度下,电池交流内阻随频率降低而增加;相同低频下,交流内阻随温度的降低而增加;高频 (1 kHz)下,电池交流内阻对温度不敏感;低频下,交流内阻与直流内阻呈线性关系,而且电池交流内阻越大,直流内阻越大;相同频率下,交流内阻值与电化学阻抗值几乎一致。
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  车用燃料电池氢气循环泵关键指标分析及验证

  马明辉, 杨沄芃, 郝冬, 郭帅帅, 冀雪峰

  电源技术. 2022, 46(2): 209-212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.026

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  氢气循环泵将燃料电池堆出口过饱和氢气循环输送至入口,实现氢气循环利用,保障燃料电池内部水平衡。针对当前氢气循环泵发展现状及主要技术需求,构建关键指标测评体系,并以某款氢气循环泵为研究对象,进行试验方法验证。试验结果表明：进出口压差对动态响应时间影响较小,环境温度对工作特性无明显影响,而管路流阻及盐雾试验对工作特性具有较大影响。
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  铅酸蓄电池盖阻燃性与低温耐冲击性研究

  沈杰, 宋亚娟, 张满琴, 徐震, 强力威

  电源技术. 2022, 46(2): 213-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.027

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  铅酸蓄电池盖阻燃性能和耐受低温冲击性能关系蓄电池寿命衰减、漏液、着火等安全问题。通过对市场上的电动助力车用铅酸蓄电池槽盖进行随机采样、检测、探讨,研究了不同ABS基体树脂的常低温冲击及弯曲性能,对比常用溴系阻燃剂制备阻燃ABS的力学性能和阻燃性能,探寻加强筋的合理使用,为电池塑壳生产厂家提高铅酸蓄电池盖产品质量提出合理化建议和提供技术支撑。
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  低功耗设备常用储能元件的Peukert模型适用性分析

  代红丽, 张潇, 谢健, 刘伟, 胡顺仁

  电源技术. 2022, 46(2): 216-219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.028

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  Peukert模型已被广泛用于铅酸电池、锂电池等储能元件的状态估计。然而,现有研究缺乏对低功耗设备常用储能元件和小电流工况的考虑,并且忽略了储能元件之间的横向对比分析。基于此,在小电流工况下,通过恒阻放电实验拟合建立了超级电容、碱性电池和锂亚电池的Peukert模型,验证并对比分析了Peukert模型对这三类储能元件的适用性。实验结果表明,在目标工况下,Peukert模型对这三类储能元件均适用,其平均相对误差分别为5.891%、2.898%和2.931%,Peukert模型用于碱性电池和锂亚电池状态估计的准确性比超级电容高。