2023年, 第47卷, 第11期　
刊出日期：2023-11-20

  

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行业评论
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  工业碱性蓄电池智能化发展趋势

  程迪, 宋二虎, 苏正会

  电源技术. 2023, 47(11): 1375-1380.

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综述
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  低温锂离子电池研究现状及展望

  吴怡芳, 刘学谦, 贾佳林, 郅磊

  电源技术. 2023, 47(11): 1381-1386. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.001

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  随着军民融合以及军用和民用科技化、现代化建设的迅猛发展,具有重要科学研究意义和国防战略价值的高原、深海、极地等高寒地区,以及高空、太空等极寒区域对超低温锂离子电池的需求日益增加,契合新能源车、5G基站、军用无人机和北斗导航系统等应用的耐低温锂离子电池的需求也大幅激增,传统锂离子电池已不能满足人们在上述低温环境地区对能量储存及释放的需求。分别从电池材料改性、电解液组分和溶剂结构调节,以及电池热管理系统(BTMS)设计三个方面综述了改善低温锂离子电池性能的有效途径,并对超离子导体包覆的新型低温锂离子电池体系的研究和开发作了展望。
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  锂离子电池容量衰减原理研究进展

  朱新华, 李肖辉, 斯建东, 李正力, 田志国

  电源技术. 2023, 47(11): 1387-1393. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.002

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  电化学储能是构建新型电力系统,完成能源结构转型,实现“双碳”目标的关键技术支撑。其中,锂离子电池在电化学储能装机容量中占比九成,是核心的技术发展路线。锂离子电池在使用过程中,会遇到短路、内阻增大、漏液产气、析锂、热失控等造成循环性能下降、容量衰减现象,严重影响了电池的经济使用性和安全性。电池容量衰减主要包括不可逆容量衰减和可逆容量衰减,进一步分为静置中衰减和运行中衰减。综述了锂离子电池的容量衰减分为外部因素和内部因素两种类型：外部因素包括工作环境、放电深度、放电电流、使用工况;内部因素包括正极材料溶解、负极材料表面析锂、固体电解质膜(SEI)增厚破裂、电解液还原等。从电池内部电化学反应机理和外部工程实际应用场景,研究了锂离子电池容量衰减原理,并对其进行了总结和展望。
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  铬铁氧化还原液流电池与其电极改性的研究

  朱昊天, 谢小银, 白恩瑞, 徐重阳, 吴晟

  电源技术. 2023, 47(11): 1394-1398. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.003

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  储能技术是大规模新能源应用的关键,是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。液流电池安全稳定,其中,铬铁液流电池成本更低且绿色环保,更适合大规模新能源储能。电池电极是发生电化学反应的主要场所,是铬铁液流电池的关键组件之一,其性能直接影响电池效率。综述了铬铁液流电池的发展历程和应用现状,总结了铬铁液流电池电极的材料选择和改性的研究现状。结合国内外相邻领域的研究态势,认为蓬松生物质材料改性碳材料电极有望成为该领域的研究热点。
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  国外宇航机构太阳电池阵研制标准及试验验证体系概述

  姜东升, 杜红, 付林春, 王磊, 杨东

  电源技术. 2023, 47(11): 1399-1403. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.004

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  近几年卫星在轨出现多次太阳电池阵输出电流减小的异常问题,通过对在轨数据的分析确认是近期频繁高发的同一类型质量问题,主要由于一段时间技术、工艺条件发生变化,而地面试验验证手段没有适应该变化,导致出现异常。针对卫星太阳电池阵研制标准及其验证试验开展研究,对国外卫星太阳电池阵在研制阶段完成的试验进行分析。重点研究太阳电池片的生产、鉴定测试和试验;太阳电池板的生产和鉴定过程中完成的测试和试验;以及对太阳电池板装配成翼后进行的测试和试验验证体系进行调研与分析研究,并与国内卫星太阳电池阵研制过程的各项试验开展对比分析,为后续太阳电池阵的研制过程试验提供参考。
研究与设计：化学电源
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  石墨负极和硅碳负极软包动力电池热失控特性研究

  李红生, 李慧, 萧厚桂, 熊得军

  电源技术. 2023, 47(11): 1404-1408. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.005

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  研究三元软包动力电池在不同触发热失控条件下,两种不同负极材料的安全性能特征,对负极材料安全性的选择具有重要意义。以三元材料为正极活性物质,石墨和硅碳材料为负极活性物质,通过设计制造容量为86 Ah的软包动力电池来探究采用石墨和硅碳负极两种材料下安全性能的优劣,分别对三元软包电池进行机械滥用、电滥用和热滥用等测试方法来对比石墨负极和硅碳负极的安全性。在针刺实验中,硅碳负极软包电池热失控达到的最大温度在1 500 ℃以上,远超于石墨负极软包电池(1 272 ℃);在过充实验中,硅碳负极软包电池无论是最高温度(87.7 ℃)还是放热持续时间均比石墨负极软包电池(67.4 ℃)高;在外部加热引发热失控实验,硅碳负极软包电池(866.2 ℃)比石墨负极软包电池(801.1 ℃)热失控最高温度高,同时硅碳负极软包电池温度上升速率相对较快。
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  基于浸没式冷却的锂离子电池实验研究

  吴成会, 梁才航

  电源技术. 2023, 47(11): 1409-1413. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.006

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  针对锂离子电池在高倍率放电下的散热问题,设计了以SF33为冷却工质的浸没式冷却实验系统,并进行相关的实验研究,且与风速为2 m/s的强制风冷实验进行对比分析,最后对沸腾过程进行可视化研究。结果表明：单体电池分别以3 C、5 C倍率放电时,浸没式冷却比强制风冷最大温升分别低2.36和6.45 ℃;在5 C倍率动态放电策略下,浸没式冷却条件下电池温度稳定在34~36 ℃波动,而在强制风冷条件下电池温度波动上升;沸腾过程强化了传热,带走了更多的热量;浸没式冷却电池组的温度控制在36 ℃,且电池之间温差较小。
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  蛇形通道液冷电池热管理系统散热仿真与优化

  胡顺涛, 吕心力, 李一飞

  电源技术. 2023, 47(11): 1414-1418. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.007

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  针对某基于蛇形通道液冷电池热管理系统,10个蛇形通道入口流速相等所导致的电池组温度分布一致性差的问题,提出了一种全新的蛇形通道分组变流速优化方案。建立了电池组的三维热模型,对各组不同入口流速下电池组散热性能进行了数值研究。结果表明：在通道1与10划分为组M₁,通道2~3、8~9划分为组M₂,通道4~7划分为组M₃的分组下,组M₁、M₂、M₃通道入口流速比n分别为0.4、1.8、2.0时,电池模组内单体电池间最大温度差由2.47 K降低到0.24 K,温度一致性显著提高,电池组最高温度由308.78 K降低到307.86 K,电池热管理系统散热性能得到有效改善;冷板厚度增加对提高电池热管理系统散热性能的贡献较小,电池-冷板接触面平均温度最大降幅仅为0.16 K,同时使电池热管理系统体积增大,说明在对电池热管理系统散热性能优化时,应优先考虑对冷却通道进行分组变流量设计。
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  抗传感器噪声的锂离子电池SOC估计方法

  孔令昊, 杜常清, 任重

  电源技术. 2023, 47(11): 1419-1423. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.008

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  在车载锂电池荷电状态估计的实际应用中,传感器噪声带来的影响是无法忽略的,为了更好地了解并减小传感器噪声的影响,首先使用无噪声的数据训练反向传播(backpropagation, BP)神经网络,再使用注入了不同噪声的4种测试集进行了验证,此后将电压、电流噪声进行组合并分别注入训练集,得到规模是原数据集9倍的拓展训练集对同一神经网络进行训练与测试验证。结果显示,传感器噪声会显著影响BP神经网络的估计效果,对训练集进行拓展后, 4种测试工况下BP神经网络的平均绝对误差与均方根误差均有所下降。其中在高斯噪声工况下的平均绝对误差下降了0.203 5%,精度提高了34.6%,且相比拓展卡尔曼滤波算法具有更好的估计效果。
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  基于联合EKF-UKF算法的锂电池SOC预估研究

  海涛, 范攀龙, 王钧

  电源技术. 2023, 47(11): 1424-1428. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.009

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  电池储能在当前能源结构中有着至关重要的作用,其荷电状态(state of charge,SOC)的准确预估是电池管理系统工作的前提。通过在MATLAB/Simulink中建立电池的Thevenin模型,并经过实验获得SOC与开路电压之间的关系,对扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)算法、无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法进行了分析与模型的搭建,在实际工况输入下进行了SOC预估并与真实值进行了对比分析。最后,依据对EKF、UKF算法仿真结果的分析,提出了联合EKF-UKF算法,即初始阶段采用收敛速度快的EKF算法,之后采用误差低的UKF算法求取SOC值,仿真结果表明该算法能够有效提升SOC预估过程中稳定性。
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  软包电池模组约束压力理论设计研究

  高斌, 屈迎雪, 张会平, 邵赓华

  电源技术. 2023, 47(11): 1429-1432. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.010

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  软包锂离子电池在不同荷电状态、压力下均有较明显厚度差异,与模组内泡棉压力相互作用,导致的模组压力变化直接影响电性能稳定及安全性,因此软包电池模组需重点进行约束压力设计研究。通过对软包电池、泡棉及模组不同压力状态下试验数据分析及理论研究,探索软包电池模组压力特性规律及平衡压力设计方法。表明软包模组压力主要由电芯、泡棉膨胀特性产生,通过电芯、泡棉间平衡压力数据分析计算,可准确对软包模组最佳压力范围进行设计;且软包模组约束压力和电芯电化学状态相互作用密切,约束压力设计对电芯电性能稳定有直接意义。
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  基于热-流耦合模型的动力电池液冷系统冷却性能研究

  杨元龙, 张高凡, 刘强, 杨乃兴

  电源技术. 2023, 47(11): 1433-1437. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.011

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  构建了动力电池液冷系统的热-流耦合数值模型,其中冷却液流动过程采用一维非等温管道流方程计算。基于此模型,研究了不同运行参数对液冷系统冷却性能的影响规律。结果表明,当冷却液流量增大时,其功耗增大,但电池均温性提高;当冷却液进口温度升高时,系统泵功增加,但车载制冷系统功耗降低、电池均温性提高;当液冷系统停止温度升高时,其功耗降低,但启停次数呈增加趋势。上述模型对电池液冷系统的设计和优化具有重要意义。
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  超级微波消解-ICP-OES测定锂电用PVDF隔膜金属杂质含量

  李顺, 李鹰, 李剑, 熊壮, 胡广辉, 赵沛伦

  电源技术. 2023, 47(11): 1438-1440. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.012

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  建立了采用超级微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定锂电用PVDF隔膜中金属杂质含量的分析方法。基于超级微波高温高压的特点,通过硫酸与硝酸两步消解体系解决了PVDF隔膜材料消解困难的问题。进一步采用酸基体匹配法研究并解决了硫酸引入的酸效应问题,快速高效实现锂电用PVDF隔膜材料中金属杂质含量的准确分析。实验结果表明：各元素线性相关系数均大于为0.999,方法检出限为0.068~2.16 mg/L,精密度均低于2.4%,加标回收率在93.6%~104.2%。该分析方法具有良好的精密度和准确度,可实现隔膜材料的快速准确分析,为锂电用PVDF隔膜材料的质量与安全检测分析提供了可行性方案。
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  破裂的碳纳米笼负载硫制备锌硫电池正极材料

  张钊, 汪德伟

  电源技术. 2023, 47(11): 1441-1444. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.013

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  以多孔碳为载体负载单质硫作为正极材料对提高锌硫电池的电荷存储能力具有重要的研究价值。以柠檬酸钾钠为前驱体直接碳化得到具有高比表面积破裂的碳纳米笼(BPCs),并以此为载体,通过熔融渗透法使单质硫均匀负载于BPCs的孔隙结构中制备出BPCs-S作为Zn-S电池正极材料。BPCs的孔隙结构可以对硫单质起到吸附作用,同时在电池反应中对正极膨胀起到支撑作用,提高硫的利用率。通过非原位XRD分析验证了转换机制的存在。
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  V₂O₅掺杂对锂氟化碳电池性能的影响

  张红梅, 王京亮, 王庆杰, 石斌

  电源技术. 2023, 47(11): 1445-1448. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.014

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  通过球磨法和化学还原法制备氟化石墨(CF_x)掺杂五氧化二钒(V₂O₅)的复合电极材料;利用XRD、SEM、EDS对材料的物相和形貌结构进行表征分析;以CF_x,V₂O₅,CF_x@V₂O₅-1(球磨法制备),CF_x@V₂O₅-2(化学还原法制备)为正极活性物质,制备5 Ah的方形软包型锂氟化碳一次电池,通过恒流放电测试和交流阻抗(EIS)技术研究V₂O₅掺杂方法对电池的电化学性能的影响。研究结果显示,CF_x@V₂O₅-2相较于CF_x@V₂O₅-1,表面V₂O₅颗粒分布更为均匀,阻抗减少约17%,扩散系数增加4.2倍;相较于Li/CF_x和Li/CF_x@V₂O₅-1(CF_x@V₂O₅-1为正极),Li/CF_x@V₂O₅-2(CF_x@V₂O₅-2为正极)具有更高的电压平台和低波电压,高倍率放电时的电压滞后显著降低,电压平台平稳性增加。
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  阳极压力降在PEMFC故障诊断中的应用

  彭玉林, 陈涛, 肖飞, 罗家乐

  电源技术. 2023, 47(11): 1449-1453. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.015

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  首先建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的阳极压力降理论模型,在不同进气条件下对PEMFC电堆进行故障模拟实验,得到了PEMFC电堆电压和阳极压力降的变化趋势,并进一步得到了PEMFC电堆发生不同故障时的阳极压力降偏差阈值、阳极压力降的变化速率和电压变化速率。结果表明,当电压下降速率超过0.060 0 V/min、压力降偏差值大于20%、压力降增大速率超过8 Pa/min时为水淹故障;当电压下降速率超过0.008 V/min、压力降偏差值不超过8%、压力降增大速率不超过8 Pa/min时为膜干故障;电压下降速率超过0.03 V/min、压力降偏差值小于-15%、压力降变化速率超过24 Pa/min时为缺氢故障。
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  阳极燃料流速对SOFC性能影响的研究

  杜振华, 魏胜利, 马万达, 倪士栋

  电源技术. 2023, 47(11): 1454-1458. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.016

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  燃料在SOFC作还原气体反应时,面临部分反应尾气不能被充分利用而导致其经济性较低的问题,而燃料进气流速与其有着直接的关联。通过建立电-化-热多物理场耦合的SOFC三维模型,研究了阳极燃料流速对SOFC输出性能、组分传递、温度分布的影响规律。结果显示,在给定流速范围内,随燃料流速的增大,电池的功率密度呈上升趋势;沿电池长度方向,阳极电极层的H₂浓度梯度随流速增加而减小,由此阳极-电解质界面的电流密度愈加均匀;电池X-Y截面的温度梯度随流速增加而升高,在进气顺流时,较低流速下(v=0.8 m/s)沿电池长度方向的最高温度出现在电池中部位置,其它流速下出现在出气口附近,而进气逆流时最高温度均在电池中部位置,且随流速的增加,最高温度处距离出气口越近。
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  瓦楞式与平板式固体氧化物燃料电池的性能研究

  王珂, 代雪颖, 王永庆, 孙光毅

  电源技术. 2023, 47(11): 1459-1464. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.017

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  良好的流道形式可以促进反应气体在通道和多孔电极中的传递和扩散,进而提升固体氧化物燃料电池(SOFC)的性能。构建了两种SOFC模型：瓦楞式和平板式。研究结果表明：瓦楞式与平板式SOFC的功率密度在电池工作电压0.6 V时都达到最大,此时瓦楞式SOFC的功率密度为7 419 W/m²,比平板式6 982 W/m²提升了437 W/m²,功率密度增加了6.26%。瓦楞式流道结构SOFC中通道内反应气体速度整体提升,阴极氧气平均摩尔浓度对比增加0.69 mol/m³。四种流道改进下,结合温度与功率密度,可知53°时,瓦楞式SOFC性能达到最优。
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  半焦结构对直接碳固体氧化物燃料电池输出性能的影响

  宋宗兴, 周安宁, 刘国阳, 王俊哲

  电源技术. 2023, 47(11): 1465-1472. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.018

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  碳燃料的结构特性是影响直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)输出特性的关键因素。选择生物质和低阶煤热解半焦作为DC-SOFC的燃料,采用红外光谱、拉曼光谱、XRD及氮气等温吸脱附等分析手段,结合半焦的CO₂还原活性及电池输出性能分析,研究了半焦组成和本征结构对DC-SOFC性能的影响机制。结果表明,半焦的灰分含量对其CO₂反应活性有重要影响,半焦脱灰后CO₂反应活性显著降低;脱灰半焦的表观芳香度越低,缺陷芳香环碳与有序芳香环碳的比值越大,半焦的CO₂反应活性越高,则半焦燃料DC-SOFC输出性能越好。利用多元函数拟合方法,建立了脱灰半焦燃料CO₂反应速率与半焦结构参数(芳香度、芳碳缺陷程度)之间的数学关系式,用于判断半焦CO₂反应速率大小及半焦燃料DC-SOFC输出性能的优劣。
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  La_1.75Y_0.25Mo_1.8Al_0.2O_8.7-Ce_0.8Y_0.08Sm_0.12O_1.9复合电解质材料的制备及性能研究

  刘洋, 朱民正, 冯鑫炎, 田长安

  电源技术. 2023, 47(11): 1473-1476. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.019

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  首先采用溶胶-凝胶法分别合成La_1.75Y_0.25Mo_1.8Al_0.2O_8.7(LYMA)和Ce_0.8Y_0.08Sm_0.12O_1.9(CYS)粉体,然后采用LYMA和CYS粉体通过机械混合法制备LYMA-CYS(质量比为1∶1)复合材料。通过XRD、SEM和交流阻抗等手段对样品的物相、化学相容性和电导性能进行测试和分析。研究表明：溶胶-凝胶法经600 ℃煅烧3 h合成了纯相的LYMA和CYS纳米粉体,LYMA与CYS间化学相容性较好;LYMA-CYS复合材料具有良好的烧结性能,在1 200 ℃煅烧4 h即可得到相对密度高于99%的陶瓷致密体。LYMA-CYS复合电解质材料的总电导率和界面电导率均高于单相LYMA和CYS。在800 ℃时LYMA-CYS复合电解质材料的总电导率为0.024 6 S/cm,高于LYMA、CYS在相同温度下的总电导率。
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  重型商用车燃料电池堆耐久性能与衰减机理研究

  乔兴年, 王彦波, 时保帆, 唐亮, 杨国华

  电源技术. 2023, 47(11): 1477-1480. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.020

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  基于C-WTVC改进工况对某60 kW重型商用车燃料电池堆进行动态车载工况下耐久性循环测试。对1 036 h耐久后的电堆进行了拆解分析。通过表征测试发现,阳极电化学活性面积最大下降16%,阴极电化学活性面积最大下降40%,且阴极催化层的厚度变薄,颗粒出现不同程度的长大。结果表明,在车载动态工况下,由于阴极铂颗粒的长大,加速了 Pt 颗粒的团聚以及流失,从而导致电堆性能衰减,影响电堆的使用寿命。
研究与设计：物理电源
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  不同内连方式柔性CIGS光伏组件在立柱表面应用时性能

  王锐, 尚铁炜, 张娟, 钟大龙

  电源技术. 2023, 47(11): 1481-1484. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.021

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  传统光伏组件在曲面场合应用时存在不易和曲面完美贴合、不美观等问题,而柔性光伏组件具有轻质、可卷曲等优点,非常适合在曲面场合贴合应用。以柔性CIGS光伏组件作为研究对象,依据组件内部电气连接方式的特点,采用MATLAB/Simulink软件建立了两种光伏组件模型和光伏组件发电模型,结合北京地区仲夏季节立面上的太阳辐照强度数据,对两种内连方式的柔性CIGS组件在立柱侧面应用时的性能进行对比研究。模拟结果表明：在立柱表面贴合应用时,并联型的柔性CIGS组件明显具有更优越的性能。
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  基于天气类型划分的单轴轨道式光伏跟踪策略

  李芬, 张德隆, 毛玲, 崔杨

  电源技术. 2023, 47(11): 1485-1489. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.022

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  针对光伏跟踪系统主要追踪太阳辐射的直接辐射分量,提出了一种新的天气类型划分方法,并且针对现有单轴光伏跟踪系统跟踪精度低的问题,提出了一种新型单轴轨道式光伏跟踪策略。首先,该天气分型方法通过分析各气象因子对太阳直接辐射分量的影响,选取大气透射率作为主要标准,能够有效筛选出直接辐射占主体的天气类型,为光伏跟踪模式的选择提供了有效参考;其次,该跟踪模式采用单轴旋转和轨道相结合的方式,使光伏组件沿着轨道旋转运动时保持最佳倾角有效提高跟踪效果。然后,利用国家气象信息中心的气象观测数据,与现有的天气分类方法及不同的跟踪模式对比,单轴轨道式跟踪模式能够显著提高发电量,并且具有较高的稳定性与跟踪精度,最后,分析了不同跟踪系统的性能差异及应用场景。
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  晶体硅表面形貌对钝化接触电池的影响

  张婷, 刘大伟, 杨露, 魏凯峰, 倪玉凤

  电源技术. 2023, 47(11): 1490-1494. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.023

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  硅片基底形貌是影响太阳电池薄膜沉积和钝化质量的因素之一。以TOPCon电池结构为基础,采用三种不同溶液腐蚀制备了三种不同的硅背表面形貌,结合形貌、反射率、磷杂质掺杂分布、表面钝化结果测试及电池效率和金属接触电阻测试等表征方法分析,发现所制备的电池背表面若粗糙,其背表面陷光性好、金属接触电阻低但钝化质量相对差。而用3.6%(质量分数) KOH溶液、具有消泡和缓蚀作用的添加剂(体积分数)1%,65 ℃,腐蚀180~300 s制备的电池背表面光滑平坦,虽陷光性差、金属接触电阻高,但其钝化效果却非常高。通过优化金属栅线设计降低金属接触电阻后制备的背面抛光电池光电转换效率和外量子响应均最佳。
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  Cs₂TiX₆ (X=Br^-,I^-,F^-和Cl^-)基太阳电池性能分析

  甘永进, 方昌敢, 潘美娣, 马浩伦

  电源技术. 2023, 47(11): 1495-1500. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.024

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  以SCAPS为仿真平台,构建结构为FTO/LBSO/Cs₂TiX₆/CuSbS₂/Au的钙钛矿太阳电池,其中X分别为Br^-,I^-,F^-和Cl^-。仿真结果表明,Cs₂TiBr₆带隙较小,和载流子传输层有较佳的能级匹配,以Cs₂TiBr₆为吸收层的电池输出最高的PCE;增加吸收层厚度促进电池对光子的吸收,产生更多的光生载流子,促进J_sc提升。但随着厚度不断增加,载流子复合得到增强,电池性能提升速度变缓;增加吸收层缺陷态密度,使器件内部载流子复合中心增多,降低电池性能;金属背电极与空穴传输层之间形成肖特基接触会阻碍空穴的运动及收集,对电池性能有抑制作用。
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  基于多观测隐非齐次HMM的光伏功率概率预测

  马琼, 马雷, 汪佐浩, 张浩

  电源技术. 2023, 47(11): 1501-1505. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.025

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  针对高渗透率光伏能源并网带来的不确定性对电力系统的影响,提出一种基于多观测隐非齐次马尔可夫模型(HMM)的短期光伏功率概率预测方法。首先,给出多观测隐非齐次HMM基本问题的求解方法,包括模型参数估计的学习问题与预测结果输出的解码问题。通过确定光伏出力与气象参数范围并进行离散化,得到建模所需的状态空间与观测空间。最后,据此对训练数据进行编码代入HMM学习问题求解得到最终的概率预测模型。为了检验不同非齐次性质及观测量对模型预测性能的影响,建立传统HMM、单观测/双观测二阶HMM及支持向量机模型进行模拟预测分析。结果验证了所提模型的可行性,同时考虑先前状态与观测对当前的影响可以提高模型确定性预测与区间预测性能。
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  不同遮挡情况下半片组件及二极管的分析研究

  吴兢, 杨振威, 杜欢, 赵兴国

  电源技术. 2023, 47(11): 1506-1509. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.026

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  以半片组件为研究对象,对不同遮挡情况下的二极管状态进行分析,过程中采用了测试二极管两端电压、组件发热IR分析、组件接入固定负载下功率分析、不同遮挡下功率测试等多种测试方式。研究表明,在半片组件中,当单个支路中遮挡面积不足1个半片时,二极管未启动,为反向偏置,导致被遮挡电池片出现不同位置的热斑;当单个支路中遮挡1个半片电池片时,电池片不发热,此时二极管已启动,为正向偏置,与之相并联的支路被短路,无功率输出;当单个支路中遮挡达3个半片电池片时,支路处于断路状态,二极管仍然为反向偏置,与之相并联的支路正常工作,功率正常输出。该分析有助于半片组件实际应用中更好避免热斑的产生,对不同遮挡下发电量的分析有很大帮助。
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  基于太阳电池阵模块电路与遗传算法的卫星功率优化研究

  赵欣博, 呙成, 李正阳

  电源技术. 2023, 47(11): 1510-1513. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.027

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  太阳电池阵是绝大多数航天器的在轨能源来源,在轨将太阳光能转化为电能,满足平台和有效载荷的功率需求。太阳电池阵为机电一体化设备,原料成本高、生产工艺复杂,是卫星平台的高价值单机。在太阳电池阵模块化布片的基础上,可以采用遗传算法等最优求解算法,在满足功率、质量等要求下,计算并个性化调整太阳电池片布片,针对卫星功率需求自动优化卫星变轨策略等设计,从而进一步控制航天器设计余量。在保证产品质量、技术成熟度的基础上,进一步提高航天产品的设计效能。
研究与设计：系统设计
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  高轨长寿命卫星电源子系统充放电的设计与试验验证

  王锴, 马力君, 邵兰娟, 李文华

  电源技术. 2023, 47(11): 1514-1518. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2023.11.028

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  针对GEO轨道卫星电源子系统产品的在轨应用需求,开展了电源子系统设计和试验验证工作。子系统采用“三域”全调节100 V母线,设计了充放电调节模块完成锂离子蓄电池组的充放电功能。充电调节功能采用冷备份电路设计,硬件控制电路实现恒流恒压充电;放电调节功能采用升压电路并联形式工作在热备份状态。介绍了电源子系统的充放电功能的设计思路,通过开展地面试验对电源子系统的充放电功能进行验证,结合试验数据和测试波形对关键参数进行分析和总结。提出的设计方法和试验验证情况可以为GEO轨道卫星的电源子系统设计提供参考。