2022年, 第46卷, 第6期　
刊出日期：2022-06-20

  

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综述
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  电池材料电压滞后的研究进展

  李雪梅, 卢晓敏, 梅毅, 廉培超

  电源技术. 2022, 46(6): 581-584. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.001

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  二次电池广泛应用于储能各领域,在能源供给方面具有重要作用。随着高比容量电池材料的不断发展,有望大大提升二次电池能量密度。然而,大多数具有高比容量的电池材料都存在电压滞后的现象,这将导致电池储能效率大幅度降低,难以实际应用。针对电池材料存在电压滞后的问题,综述了电池材料电压滞后的研究现状,分析了其产生的原因,提出了改善电池材料电压滞后现象的策略。
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  软包电池在纯电动汽车中应用的机遇与挑战

  徐雅慧, 陈思琦, 黄冉军, 张广续, 张少哲

  电源技术. 2022, 46(6): 585-590. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.002

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  近年来,装载高镍三元锂离子电池的电动汽车起火、爆炸安全事故频发。为同时实现高比能、长续航和安全性等目标,不易炸、抗挤压性能好的软包电池成为很好的选择。车用软包锂离子电池凭借其结构特点,具备高能量密度的优势,但同时也存在诸多技术问题。在软包电池的关键技术——铝塑膜取得重大进展的前提下,如何发挥软包电池的优势成为值得探究的问题。评述了软包电池的研究现状,从制造过程中铝塑膜密封力、尺寸误差控制,使用过程中厚度/预紧力变化对其寿命的影响,软包电池热管理系统设计,软包电池使用安全性等方面进行了分析,并在可能实现突破的技术方面提出了思考与展望。
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  车用动力电池散热管理的热特性建模综述

  马正伟, 王正

  电源技术. 2022, 46(6): 591-595. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.003

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  动力电池散热管理是近年来车用动力电池领域的研究热点,其中对动力电池热特性的仿真建模是该领域的研究基础和核心。围绕动力电池散热管理相关的热特性建模,综述了空气冷却、液体冷却、相变材料冷却三种冷却方式下动力电池的散热冷却建模研究,归纳和讨论了不同冷却方式建模研究的特点、现状、存在的问题和未来趋势,以期对该领域研究起到一定的指引作用。
研究与设计:化学电源
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  纳米ZrO₂改性锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂

  詹锋, 杨祖安, 杨毅, 谷易洵, 杨款

  电源技术. 2022, 46(6): 596-600. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.004

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  三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂因其具有高比容量、高工作电压被认为是最具商业化前景的锂离子电池正极材料,但其热力学稳定性差,易发生副反应等缺点限制了其发展。利用表面修饰改性方法研究分析了纳米ZrO₂表面修饰改性对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂物理性能与电化学性能的影响,探讨了ZrO₂表面修饰改善LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的机理。研究结果发现,得益于ZrO₂表面修饰,改性后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂具有良好的循环稳定性,在1 C (200 mA/g)电流密度下,2.7~4.3 V电压区间内循环100次后,容量保持率高达89.62%,而未修饰样仅为70.01%,单次容量损失为0.107%。
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  富锂锰基多层氧化物电极材料的制备与改性

  陈颖, 陈大鹏, 刘钊

  电源技术. 2022, 46(6): 601-605. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.005

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  富锂多层氧化物(LLOs)因其具有比容量大、能量密度高等优点而有望成为锂电池的电极材料。但该材料在工作条件下生成的尖晶石相会导致容量下降。在LLOs中掺杂Mn的氧化物形成Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54–xMn_xO₂ (x=0, 0.002 5, 0.005 0, 0.007 5)可以有效提高其循环性能。实验结果表明：将Mn引入到LLOs的晶格中,使得晶胞参数增大,晶面间距增大,有利于Li⁺的脱出和嵌入,能够提供更为宽阔的锂离子通道供锂离子快速迁移,有利于电极/电解液界面上的锂离子扩散,并且可以提高锂离子电池的比容量。含有0.5%(质量分数)Mn氧化物的样品100次充放电后容量保持率为94.3%,5 C电流密度下仍具有139.6 mAh/g的放电比容量。
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  球磨碳包覆对锂锰电池电性能的影响

  陈黎明, 张诗宜, 余佑锋, 常海涛

  电源技术. 2022, 46(6): 606-608. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.006

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  新型用电器的出现对锂锰电池大电流性能提出了新的要求。采用球磨碳包覆的方法对锂锰电池正极活性材料进行了处理,提升了整个正极的导电性。常温和–10 ℃条件下,电池10 mA大电流脉冲性能分别提升了3.1%和1.3%,并对电池内阻一致性的提升有一定帮助。
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  Fe₃O₄/石墨烯的制备及其电化学性能研究

  陈安国, 付紫微, 石斌, 廖敏会

  电源技术. 2022, 46(6): 609-612. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.007

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  以六水氯化铁和氧化石墨烯为原料,通过水解法制备Fe₃O₄/石墨烯复合材料。用X射线衍射光谱法(XRD)、热重分析法(TG)和扫描电子显微镜法(SEM)等进行形貌和结构分析;用交流阻抗谱、恒流充放电等进行电化学性能测试。在20°~28°可以看到石墨烯微弱的衍射包,意味着石墨烯与Fe₃O₄成功复合;随着石墨烯掺杂量的增加,在石墨烯表面的Fe₃O₄颗粒逐渐减少,这是由于石墨烯含量增加时,石墨烯片发生了堆叠;当氧化石墨烯掺杂量为500 mg时,所制备的材料组装的超级电容器具有相对最大的比电容,为252 F/g,以1 A/g的电流循环2 000次后,电容保持率高达92.3%,并且其也表现出了相对较小的内阻。
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  利用有机杂化前驱体制备锗碳复合负极材料

  许静, 龚荣

  电源技术. 2022, 46(6): 613-616. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.008

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  采用硼氢化钠液相还原法合成了一种锗氧化物GeO_x与间苯二甲胺的新型有机杂化前驱体,经过热处理后得到锗碳原位复合的负极材料。对所制复合负极材料的结构和微观形貌进行了分析表征,测试了其电化学性能。研究结果表明：所制前驱体中间苯二甲胺与锗氧化物通过氢键等结合,具有典型的有机-无机杂化结构,热处理后原位形成了丰富的锗碳复合界面,有效缓冲了锗负极材料充放电过程中剧烈体积变化,显著提升了锗基负极材料的可逆容量、倍率性能以及循环稳定性。
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  改性钛酸钡/SPEEK质子交换膜的制备及性能研究

  董翠翠, 王艺洁, 孙进, 周琼

  电源技术. 2022, 46(6): 617-620. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.009

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  利用硅烷偶联剂KH550将氨基官能团修饰在纳米钛酸钡颗粒(BT)表面。采用溶液浇铸法制备磺化聚醚醚酮(SPEEK)/改性钛酸钡(KH550-BT)复合质子交换膜。借助酸碱对的交联作用,将纳米颗粒均匀镶嵌在聚合物基体中。利用扫描电子显微镜法(SEM)观察了KH550-BT在SPEEK基体中的分散情况并系统研究了KH550-BT掺杂量对复合质子交换膜性能的影响。结果显示,KH550-BT的加入能明显提高SPEEK的质子电导率、甲醇阻隔性及选择性。室温下,将0.5%(质量分数)的KH550-BT掺杂进SPEEK后,SPEEK/KH550-BT-0.5的选择性达到20.4×10⁴S·s/cm³,与同配比的SPEEK/BT-0.5和SPEEK相比,分别提升了15.4%和13.5%。
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  N/P对NCM523-石墨圆柱18650电池性能影响研究

  王珍珍, 陈述林, 孙世敏, 唐世弟, 郭密

  电源技术. 2022, 46(6): 621-624. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.010

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  采用镍钴锰酸锂(NCM523)正极材料和人造石墨负极材料制备商业化圆柱型18650锂离子电池,保持正极材料面密度和压实密度,通过改变负极材料面密度,研究了锂离子电池负极容量和正极容量比值(N/P比)对电池容量、交流阻抗、倍率充电性能、循环寿命及过充性能的影响。N/P比为1.02~1.16时,随着负极余量的增加,正极充电比容量和放电比容量逐渐增加,实验电池容量逐渐增加;交流阻抗拟合的欧姆阻抗和电荷转移阻抗无明显变化趋势,但是与扩散相关的Z_w值出现由小到大的变化趋势;1.00 C下的恒流充入比逐渐减小;900次循环后,容量保持率略有降低;电池过充时间和电池表面最高温度都呈降低趋势。
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  镁海水溶解氧电池的制备与浅海测试研究

  赵青, 桑林, 徐海波, 丁飞, 刘兴江

  电源技术. 2022, 46(6): 625-629. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.011

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  制备了镁海水溶解氧电池,以碳纤维刷电极作为阴极,镁合金电极作为阳极,海水作为电解液,海水中的溶解氧作为反应活性物质,利用海流传输溶解氧和副产物。研制了一种新型高效电催化活性的碳纤维刷阴极,研制了新型高性能的镁海水溶解氧电池样机,并进行了浅海放电测试。电池放电183天,平均输出功率1.69 W,总放电量约7.4 kWh。
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  用于电网储能的三元锂离子电池交流阻抗分析

  石海鹏, 高贺, 周立超, 张倩然

  电源技术. 2022, 46(6): 630-633. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.012

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  以三元锂离子电池为研究对象,通过模拟电网储能工况,测试得到电池交流阻抗谱(EIS),通过建立等效电路,研究欧姆阻抗R_s、电荷传递阻抗R_p和扩散阻抗随循环次数、环境温度、荷电状态(SOC)的变化规律。结果表明：在经过四个周期共1 200次循环后,常温下电池容量保持率为92.0%,高温45 ℃下电池容量保持率为84.25%。电池欧姆内阻和电荷传递阻抗小幅增加,高温状态下变化趋势明显。容量衰减和EIS结果显示,三元锂离子电池适用于常温条件下的电网储能。
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  一种基于注意力机制的CNN-LSTM锂电池健康状态估算

  楚瀛, 陈一凡, 米阳

  电源技术. 2022, 46(6): 634-637. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.013

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  为了实时、便捷、准确地评估电动汽车锂电池健康状态(SOH),提出一种基于注意力机制的卷积神经网络(CNN)-长短期记忆网络(LSTM)的电池SOH估算方法,该算法融合了CNN、LSTM以及注意力机制的思想。通过将单个采样周期内的电压、电流、温度采样序列进行不同尺寸的卷积核运算得到多视野域下的特征序列,利用LSTM挖掘特征序列的长短期关系得到多个输出结果,最终通过注意力权值进行整合输出得到SOH值。实验结果表明：对于上海市电动汽车公共数据采集与监测研究中心提供的测试数据集,该方法取得了较优的估算结果,相比LSTM、CNN-LSTM算法,其在各评价指标上表现更优。
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  IAGA辨识分数阶模型与FOAEKF算法的锂电池SOC估计

  张梦龙, 凌六一, 宫兵, 邢丽坤

  电源技术. 2022, 46(6): 638-642. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.014

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  锂电池荷电状态(SOC)的精确估计可以有效提高锂电池的使用寿命和电动汽车工作时的安全系数。为了降低模型误差与工况噪声对SOC估计精度的影响,依据分数阶理论建立锂电池分数阶等效电路模型,采用改进自适应遗传算法(IAGA)对分数阶模型进行参数辨识,结合基于噪声残差新息的分数阶自适应扩展卡尔曼滤波算法(FOAEKF)实现对锂电池SOC的精确估计。在城市道路循环工况(UDDS)下,分别采用FOAEKF、分数阶扩展卡尔曼滤波算法(FOEKF)和整数阶扩展卡尔曼滤波算法(IOEKF)对锂电池SOC进行估计,三者估计的平均绝对误差分别为0.007 49、0.011 17、0.015 74,均方根误差分别为0.009 16、0.013 8、0.018 6。结果表明IAGA-FOAEKF算法提高了复杂工况下电池模型和SOC估计的准确性。
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  几种方法在锂电池RUL预测中的对比研究

  梁新成, 宋胜, 张勉, 黄国钧

  电源技术. 2022, 46(6): 643-646. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.015

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  通过引入锂电池剩余寿命的描述,获得基于剩余容量的表征方式。为验证结论的可靠性,以NASA PCoE实验中心的锂离子电池实验数据为对象,分别使用二次函数、灰色理论和扩展卡尔曼滤波方法进行了相关的数据处理。结果表明,训练数据量的大小与预测精度相关,且在同等条件下,扩展卡尔曼滤波算法的预测结果最可靠。为了获取更好的剩余寿命(RUL)预测精度,建议未来采用无迹卡尔曼滤波算法(UKF)结合其他算法的联合估计方法。
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  基于二层分解技术的锂离子电池容量评估方法

  谢旭, 蒲娴怡, 毕贵红, 王凯, 高晗

  电源技术. 2022, 46(6): 647-651. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.016

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  锂离子电池健康状态(SOH)能够表征当前电池老化程度,分析当前各类SOH估算方法,存在无法直接测量及确定数量合适的估算输入量等问题。为了解决这些问题,从容量角度定义SOH,选择可以在线测量的等压降放电时间作为健康因子,构建改进快速集合经验模态分解(FEEMD)与可变模式分解(VMD)相结合的二层分解技术和粒子群算法优化长短期记忆网络(LSTM)实现锂离子电池容量估算,获得SOH值。基于NASA锂离子电池数据集进行实验。结果表明,利用该方法能够有效地对锂电池的健康趋势进行拟合,得到准确的SOH估算结果。
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  基于K-means聚类算法的锂电池冗余均衡控制

  黄靖, 詹鑫斐, 俞智坤, 熊巍, 陈斌艺

  电源技术. 2022, 46(6): 652-656. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.017

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  针对锂电池冗余均衡系统均衡时间较长、不能处理均衡电量离散较大的问题,提出了采用K-means聚类算法的锂电池组冗余均衡控制方法。在高电池离散度、低电池离散度、高设定极差和低设定极差的情况下进行了实验研究,结果表明：采用的K-means聚类算法能在放电期间使得系统比传统冗余均衡控制在锂电池电量较大离散情况下快速均衡,减少开关次数,特别是在高离散度、低极差设置情况下,均衡时间减少了57.1%,开关次数减少了39.4%。
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  基于改进FFRLS算法的锂离子电池参数辨识

  刘晓静, 李建良, 南忠良, 郭秋蕊

  电源技术. 2022, 46(6): 657-660. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.018

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  动力电池荷电状态的估算在电池管理系统中十分重要,电池模型精确度和参数辨识准确度对其有决定性影响。以磷酸铁锂电池为研究对象,选用一阶RC电池模型,对时变参数进行辨识。传统的带遗忘因子最小二乘法在参数辨识过程中,电压误差值存在偏差,导致模型精度降低。为了提高动态工况下的模型精度,引入比例控制算法对电压误差进行修正。结果表明,在城市道路循环工况(UDDS)下,改进的带遗忘因子最小二乘算法的误差在0.03 V以内,提高了系统参数辨识的准确度和电池模型精确度。
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  具有温度自适应性的二阶RC参数辨识模型

  王向标, 张庭芳, 曹铭, 王会杰

  电源技术. 2022, 46(6): 661-664. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.019

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  电池模型的建立以及模型参数辨识共同决定着模型的精度,建立精准的电池模型是电池管理系统开发过程中的重要环节。参数辨识的效率、精度以及模型的自适应性可以很大程度上决定模型的质量。为了提高参数辨识的效率以及提高辨识模型的温度适应性,提出了一种具有温度适应性的自动化参数辨识模型,通过Matlab循环程序对10、25以及40 ℃时的混合功率脉冲特性(HPPC)工况进行参数辨识,使用Simulink模型中的查表模块对30 ℃辨识参数进行预测,并通过30 ℃时的新标欧洲循环测试(NEDC)工况来验证模型预测准确度。实验表明,所提出的参数辨识模型不仅能够高效准确进行参数辨识,而且适用于全天候工况下的参数辨识。
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  圆柱型锂电池安全装置预测模型的建立及应用

  杨昊, 储德韧, 许铤

  电源技术. 2022, 46(6): 665-668. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.020

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  在日常使用过程中,锂电池作为密封体系,其内部产气会造成壳体内部压力升高,导致其存在发生爆炸或其他次生灾害的安全隐患。圆柱型锂电池由于外壳耐压性强,因安全装置失效导致上述情况时的危险更加显著。为了降低这一风险,需要对锂电池安全装置的有效性进行检验。以圆柱型锂电池安全装置中电流切断装置及安全阀为研究对象,通过仪器平台测定某型号锂电池的断路触发值p_I及泄压触发值p_V。进而依据针对锂电池安全装置结构的X射线检测数据、阀片材料物理性质及能量守恒原理,建立基于焊接部最大拉断能量E_max的预测模型,提出用所计算的断路触发上限值p^'_I,max与标准参考数据比对来判断电流切断装置有效性的预测方法,并利用同批次样品电池对该预测模型进行了验证。
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  氢燃料电池堆空气流量优化调节装置

  陈愚

  电源技术. 2022, 46(6): 669-671. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.021

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  针对氢燃料电池堆关键部件膜电极的劣化模式,提出了一种基于膜电极单体电压数据的氢燃料电池堆空气流量优化调节方法,将电池堆温度压力、电池堆输出电流、膜电极单体电压数值协同运算,实时优化调节氢燃料电池堆空气供给流量,有助于缓解膜电极高电位和电位循环的问题,并用实验验证了设计的有效性。
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  复合电源型无人机能量管理策略研究

  李元旭, 乔培玉, 彭发醇

  电源技术. 2022, 46(6): 672-675. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.022

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  为优化复合电源型无人机能量管理策略,进一步合理安排其功率分配,将锂电池和超级电容器复合电源系统作为研究对象。针对锂电池长时大电流工作会影响其电池安全性的问题,提出了以无人机需求功率和两种电源荷电状态为输入的模糊控制,可加强超级电容器对锂电池的功率补充作用。针对无人机飞行过程中小幅波动问题,提出了由超级电容器承担实时检测出的功率波动,可提升锂电池放电过程中输出功率的稳定性。在Matlab/Simulink平台上建模仿真,结果验证了所提方法的有效性。
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  水雷电池包装箱智能化设计

  周开华, 李志华, 陈兰兰

  电源技术. 2022, 46(6): 676-679. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.023

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  通过对当前水雷电池管理中经常出现的问题进行分析,发现原电池包装箱设计不合理成为诱发问题发生的原因之一。原包装箱结构简单、功能单一,这使电池管理信息化智能化目标难于实现。为了促进水雷电池管理向着智能化方向发展,提出水雷电池包装箱智能化设计概念,为实现电池管理信息化、智能化提供基础条件。
研究与设计:物理电源
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  基于脉冲神经网络光伏电站热斑故障预测

  刘海波, 吴亦凡, 徐小奇, 葛强

  电源技术. 2022, 46(6): 680-683. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.024

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  针对光伏电池的热斑现象,利用红外热成像仪对光伏电池进行实时扫描得到红外热图,对红外热图进行图像增强等预处理。将图像分为四种状态,转换为信息量较强的状态矩阵。搭建基于脉冲时间依赖的突触可塑性(STDP)算法的带泄漏整合发放(LIF)模型脉冲神经网络,以发生典型热斑故障的电池片的状态变化作为时间序列训练脉冲神经网络,使模型习得热斑故障的状态时序,从而检测热斑故障,发出警报并实现定位的功能。脉冲神经网络的训练难度较大,因此,在Matlab上搭建了目前广泛使用的反向传播(BP)神经网络模型,通过对模型的改进,也能实现检测热斑故障的效果,继而证明了脉冲神经网络检测热斑故障的可行性。
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  基于灰狼算法的光伏组件故障诊断模型优化

  程陈, 陈堂贤, 孙培胜, 钟嘉锐

  电源技术. 2022, 46(6): 684-687. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.025

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  支持向量机在对光伏阵列进行故障诊断过程中,故障诊断的准确率容易受惩罚因子和核函数系数的影响。针对该问题,利用灰狼算法对这两个参数进行寻优计算,通过仿真得到各种故障状态数据,利用寻优后的参数建立模型,进行实验验证。实验结果表明：使用未优化的支持向量机进行光伏阵列故障诊断的准确率并不理想,而经过灰狼算法寻优后的支持向量机则在准确率上有较大的提升。
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  复杂光照下光伏阵列MPPT算法研究

  魏立明, 吴扬昀

  电源技术. 2022, 46(6): 688-692. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.026

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  局部阴影条件下,光伏阵列的P-U曲线呈多峰状态,常规的最大功率点追踪(MPPT)算法在追踪最大功率点时容易陷入局部最优值。细菌觅食法具有较好的全局搜索能力,但传统细菌觅食法收敛速度慢,最大功率点跟踪效率不高,针对算法中的趋化步长以及驱散概率进行改进,保证了种群中个体的优良性,使算法朝最优方向迭代。为了提高算法在临近全局最优点时的搜索精度,采用牛顿插值法近似拟合抛物线,根据拟合曲线可精确计算出最大功率点所在位置。通过Simulink建模仿真分析可知,改进算法相较于传统算法,不论在静态遮阴条件下还是动态遮阴条件下,都能够更快、更稳地寻找到光伏阵列最大功率点。
研究与设计:系统技术
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  隔离式双向有源全桥控制策略分析及仿真研究

  陈树君, 易榕仙, 张景璋, 余悦

  电源技术. 2022, 46(6): 693-696. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2022.06.027

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  隔离式双向有源全桥(DAB) DC-DC变换器具有电气隔离、高功率密度、宽电压传输范围和易于实现软开关等优点,被广泛应用于现代电力系统、能量转换和存储应用等领域。目前DAB的主电路仿真研究所采用的都是理想器件或是在算法层面进行仿真。针对此问题,建立了基于实际参数的器件模型和基于PSpice的实际电路拓扑模型,并建立了数学模型,对比分析了不同控制策略下DAB变换器的电流及回流功率特性。仿真结果与理论计算值相同,验证了所建仿真模型及仿真方法的准确性,为DAB研究提供了参考。