2024年, 第48卷, 第11期　
刊出日期：2024-11-20

  

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本刊特约
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  海藻酸钠/聚丙烯酸粘结剂在富锂锰基正极中的研究

  谌伟旋, 陈亮, 周旭峰, 邱报, 刘兆平

  电源技术. 2024, 48(11): 2079-2084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.001

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  水性工艺制备电极具有成本低、环保等优点,在锂离子电池工业中具有广泛的应用前景。通过海藻酸钠(SA)和聚丙烯酸(PAA)制备出适用于富锂锰基正极(LLOs)水性工艺的复合粘结剂。结果表明,调节SA和PAA质量比可以控制SA的羟基与PAA的羧基的交联程度,从而调控电极结构,改善电极动力学。当SA/PAA质量比为3∶1时,使用水性工艺制备的LLOs正极电极具有优异的电化学性能。基于该电极的LLOs‖锂半电池具有293.8 mAh/g(4.8 V)的放电比容量,在3 C下具有179.2 mAh/g的放电比容量。该研究结果将有助于设计和优化用于4.8 V高压LLOs的粘结剂。
行业评论
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  燃料电池技术硬核及政策市场双轮驱动

  齐志刚

  电源技术. 2024, 48(11): 2085-2096.

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综述
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  锂离子电池低温电解液的挑战及研究进展

  崔正元, 谢登裕, 潘美泽, 曹勇, 仝俊利

  电源技术. 2024, 48(11): 2097-2110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.002

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  近年来,锂离子电池(LIB)已广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、储能领域,是目前最有前景的新能源应用技术之一。然而低温条件下,LIB仍面临循环寿命和能量/功率密度衰减过大等诸多挑战,严重限制了其在极端工况下的实际应用。其主要原因包括：Li⁺在电极材料中的扩散及其界面处的电荷传递和去溶剂化过程较为缓慢;电解液粘度增大,对材料和隔膜的润湿性变差;石墨负极嵌锂时容易形成锂枝晶等。基于多年来低温锂离子电池的开发经验和相关文献报道,从电解液的角度综述了提高低温锂离子电池的策略,重点介绍了低粘度、宽液程的共溶剂,高电导率、低去溶剂化能的新型锂盐以及形成薄且致密固体电解质中间相(solid electrolyte interphase,SEI)的成膜添加剂对低温性能的影响及其挑战,并对未来低温电解液的发展方向进行了展望。
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  废旧锂离子电池回收技术概述

  赵光金, 梁天冉, 胡玉霞, 徐晶

  电源技术. 2024, 48(11): 2111-2120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.003

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  废旧锂离子电池正极材料的高效回收和利用,契合我国低碳发展的新形势,有利于能源循环再利用。介绍了废旧电池容量失效机理、预处理方式、正极材料火法回收、湿法回收等传统回收的研究现状;重点介绍了当前最为理想的正极材料直接再生回收方法(固相再生、水热修复、熔盐修复、电化学再生),综述各方法的优劣势;多角度展望了废旧锂离子电池回收面临的问题与挑战。
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  局部阴影下光伏阵列功率转换效率提升进展

  刘宝宏, 贾孟奇, 史一诺, 曾任贤

  电源技术. 2024, 48(11): 2121-2134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.004

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  光伏发电以其安全可靠、无污染和资源无限性等优点在新型清洁能源领域具有广泛应用前景。对近五年局部遮荫下光伏发电系统功率转换效率提升技术的研究进行了综述。分别从阵列结构改进和最大功率点跟踪算法两个方面分析局部阴影下光伏阵列系统功率转换效率提升方法。从原理、性能提升等方面分析光伏阵列结构对其最大输出功率点的影响,详细分析了TCT结构的重构和补偿方法;从传统最大功率跟踪算法和基于智能计算最大功率点算法两个方面介绍了各种最大功率点跟踪控制方法及相关改进、融合算法。最后,展望了该领域未来的研究方向,以期进一步提升光伏发电系统的工作效率。
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  基于Seebeck效应的月壤发电技术研究

  刘晓伟, 吴博涵

  电源技术. 2024, 48(11): 2135-2141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.005

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  随着中国航天技术的进步及数据的积累,深空探测是未来中国航天事业发展的必然方向。月球探索必然成为深空探测的门槛及首要目标,建立月球科研站是解决未来月球科学问题的关键。月球作为卫星,拥有丰富原位资源,月壤热导率极低,同时月球环境月昼极高温、月夜极低温,结合温差发电技术,构建月壤温差发电系统,可对月球科研站电能源提供支持,特别是月夜期间,月壤温差发电系统仍能稳定持续提供电能。提供了月壤温差发电系统的设计思路,针对当前技术能力,提出月昼、月夜期间使用两套月壤温差发电模块,月昼期间月壤温差发电系统作为月球科研站电能源的补充,月夜期间作为主要电能源供应。同时分析了月壤温差发电系统未来研究方向,针对月壤温差发电系统常温、低温的工作温度,分析了当前主流常温、低温温差发电材料Bi₂Te₃、α-MgAgSb、Bi-Sb合金、CsBi₄Te₆的技术水平,并且提出将级联技术应用于月壤温差发电系统之中,可有效提高温差发电器件平均ZT值,提升发电效率。
研究与设计：化学电源
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  天丝纤维/芳纶纤维复合隔膜的制备及性能

  乔乐帅, 张宣宣, 解明, 杨斌, 乔志军, 阮殿波

  电源技术. 2024, 48(11): 2142-2147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.006

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  采用造纸法制备了性能优异的天丝原纤化纤维(LF)/芳纶纳米纤维(AP)复合锂离子电池隔膜。结果表明,与商业化聚丙烯隔膜(PP)相比,LF/AP隔膜具有较高的孔隙率(58.3%)、电解液吸液率(112.1%)、离子电导率(0.79 mS/cm)和锂离子迁移数(tLi+=0.69),使得其组装的锂离子电池具有更好的倍率性能和循环稳定性。同时,LF/AP具有优异的热稳定性,极大提高了电池安全性。
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  过充循环对磷酸铁锂电池性能影响研究

  李彦仪, 汪红辉, 储德韧, 许铤, 商照聪

  电源技术. 2024, 48(11): 2148-2155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.007

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  选取了作为典型储能电池单体的商用磷酸铁锂/石墨电池为研究对象,探究其在不同充电截止电压(3.65、4.20、4.40、4.60和4.80 V)下的过充循环性能演变特性。通过构建电池容量衰减模型,分析了磷酸铁锂电池在不同程度过充循环下的容量衰减情况。进一步借助电压微分曲线(DV)无损分析,同时结合关键电极材料的微观形貌表征和元素分析,对磷酸铁锂电池过充循环下的容量衰减机理进行了深入研究。结果表明,过充电压越高,电池容量衰减越快。特别是在4.60 V过充循环时,平均容量衰减速率达到了每循环0.232‰,是正常循环下的3.1倍。
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  基于单体挤压实验的电池包挤压安全阈值的估算

  梁新龙, 刘成, 程生, 江勇, 刘青, 曹明伟

  电源技术. 2024, 48(11): 2156-2162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.008

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  为了研究基于单体电池各面挤压获得的安全阈值,推广应用到电池包级别的方法,根据某三元电池各面在25 mm直径球头挤压作用下获得大量的挤压实验数据,总结出电池各面的机械安全阈值分布规律。借助于有限元仿真手段估算整包挤压安全阈值,首先提出了卷芯所有实体网格单元包壳,然后叠加外部铝壳单元的建模方式,将实验获得的卷芯材料特性参数,作为电池各面本构模型参数的输入,经过电池三个位置的实验修正和模组模型的进一步可行性验证,最终将对标后的电池本构模型应用于电池包挤压安全阈值的估算,并经过电池包挤压实验验证了该建模方式和电池包安全阈值估算方法的可行性。研究成果为电池箱体的极限设计或轻量化设计提供了解决思路。
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  基于均衡电量的锂离子电池组微短路定量检测方法

  常春, 幸小宇, 贺兴, 姜久春

  电源技术. 2024, 48(11): 2163-2168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.009

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  锂离子电池微短路早期的检测和控制能有效避免电池安全事故的发生,电池均衡会影响电池之间的不一致性,使电池的微短路变得更加隐匿。为此提出了一种基于均衡电量来量化电池微短路的方法。首先标记相邻两次均衡开始时刻电压最低的电池作为待检测电池,并计算其它电池的均衡电量。然后分析均衡电量与标定电池漏电量之间的关系,提出了量化标定电池微短路(MSC)的方法。通过设计实验验证了该微短路诊断方法对于不同短路程度的适应性。实验结果显示,不同短路程度情况下估算的短路电阻平均误差为3.15%,具有很强的精确度和鲁棒性。
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  基于SABO-GRU-Attention的锂电池SOC估计

  薛家祥, 王凌云

  电源技术. 2024, 48(11): 2169-2173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.010

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  提出一种基于SABO-GRU-Attention(subtraction average based optimizer-gate recurrent unit-attention)的锂电池SOC(state of charge)估计方法。采用基于平均减法优化算法自适应更新GRU神经网络的超参数,融合SE(squeeze and excitation)注意力机制自适应分配各通道权重,提高学习效率。对马里兰大学电池数据集进行预处理,输入电压、电流参数,进行锂电池充放电仿真实验,并搭建锂电池荷电状态实验平台进行储能锂电池充放电实验。结果表明,提出的SOC神经网络估计模型明显优于LSTM、GRU以及PSO-GRU等模型,具有较高的估计精度与应用价值。
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  基于气液动力学模型的多算法融合SOC估算

  肖煜乾, 王天鸶, 王亚平, 栗欢欢

  电源技术. 2024, 48(11): 2174-2183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.011

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  基于气液动力学模型,提出了一种多算法融合SOC估算方法,以提高电池在不同动态工况下的SOC估算精度与可靠性。相比传统卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)算法,无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法通过对称采样与非线性点变换的方法,有着先进性和时变性,该工作将UKF观测器应用于气液动力学电池模型并进行SOC估算,并与神经网络(back propagation neural network,BPNN)相结合对估算结果做出修正,从而进一步提高估算精度。最后在不同工况下对方法进行了验证。结果表明,与原始算法相比,多算法融合SOC估算方法的精度和可靠性得到了提高。
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  基于充电阶段数据与GWO-BiLSTM模型的锂电池SOH估计方法

  吴铁洲, 朱俊超, 成雄帆, 康健

  电源技术. 2024, 48(11): 2184-2194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.012

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  针对锂电池健康状态(state of health, SOH)估计过程中健康特征(health features, HFs)提取单一、估计精度较低等问题,提出一种基于充电阶段数据与灰狼优化(grey wolf optimizer,GWO)算法-双向长短期记忆(bidirectional long short-term memory,BiLSTM) 神经网络的锂电池SOH估计方法。首先,从电池充电阶段数据中提取五类HFs。接着,利用核主成分分析法(kernel principal component analysis,KPCA)获取HFs的关键健康因子。最后,应用 GWO-BiLSTM模型对关键健康因子和SOH之间的映射关系进行动态建模,实现锂电池SOH的估计。利用NASA电池老化数据集进行验证,结果表明,所提出方法能够准确估计锂电池的SOH,均方根误差保持在1%以内,具有较高的估计精度和鲁棒性。
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  基于GWO-LSTM-TCN混合模型的锂电池荷电状态估计研究

  李豪磊, 赵升, 谢喜龙, 张正江, 李泉坊

  电源技术. 2024, 48(11): 2195-2200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.013

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  针对锂电池荷电状态(SOC)具有非线性、时变特性而无法直接测量的问题,提出了一种基于灰狼优化算法混合模型的锂电池SOC估计方法,利用长短期记忆网络(LSTM)和时序卷积网络(TCN)挖掘SOC特征信息,构建锂电池电压、电流与SOC的映射网络模型,引入灰狼优化算法(GWO)确定网络模型最佳超参数,采用马里兰大学公开的INR 18650-20R数据集对SOC混合模型进行实验验证。结果表明,GWO-LSTM-TCN网络模型对锂电池荷电状态的估计精度相较于GWO-LSTM网络以及GWO-TCN网络能更好拟合锂电池电压、电流与SOC之间的非线性映射关系,具有较好的模型准确性和泛化能力。
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  锂离子电池容量预测方法研究

  王梦, 孙晓辉, 李景康, 杨星, 袁天明

  电源技术. 2024, 48(11): 2201-2208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.014

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  以280 Ah磷酸铁锂电池为研究对象,在标准环境下测得电池在0.5 C的放电曲线。先将电池以0.5 C放电至30%荷电状态(SOC)并记录静置3 h后稳定的开路电压(OCV),然后继续在0.5 C下从30%SOC放电至10%SOC,过程中每步放电2%SOC后静置3 h记录相应OCV,最终获得电池的实际SOC-OCV曲线。该区间内SOC-OCV曲线非线性,特别在24%~26%SOC区间存在明显斜率变化。因此,对30%~10% SOC区间数据进行多项式拟合,得到的多项式拟合方程的拟合R值为0.996 5;同时对26%~32%SOC区间数据进行线性拟合,得到的线性方程拟合R值为0.999 49;两种拟合结果均有较好的拟合度。将电池充电至100%SOC后再放电至接近30%SOC以保证电池性能和出货带电态,并将流程结束电池进行静置,记录电池从100%SOC放电至接近30%SOC时的总放电容量C_y、实际放电总容量C以及静置过程中的OCV。根据电池的SOC、C_y、C和OCV之间的关系,推出基于上述两种拟合方程下的容量预测模型。将OCV和C_y代入容量预测模型进行容量预测。研究表明：静置12 h后OCV值接近稳定,利用该OCV值进行容量预测的预测误差在±1.5%以内;在静置时间较短的情况下,引入校正因子来修正预测容量值可保证同样的预测误差;在本研究的SOC区间内,该预测方法具有可行性且两种预测模型下的预测误差基本一致。
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  锂电池介观尺度电化学-力学模型仿真分析

  王宁, 昝文达, 张睿, 丁飞

  电源技术. 2024, 48(11): 2209-2218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.015

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  基于电子计算机断层扫描数据搭建了锂离子电池介观尺度电化学-力耦合模型,模型还原了电极内部真实的结构并揭示了微观结构、参数对电极性能的影响。提高颗粒的固相扩散系数或降低粒径可以提高颗粒的锂化程度,从而提升电池的倍率性能;正极电解质膜阻的增加会加剧电极的极化。此外,放电倍率增加会导致电极颗粒锂化程度不均匀分布,造成更大的应力。介观尺度模型仿真结果对电极微观结构设计和材料选取有着重要的参考价值。
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  基于AMESim的车用磷酸铁锂动力电池包寿命仿真分析

  王智成, 蒋旭吟, 李浩, 王安民, 杜禾

  电源技术. 2024, 48(11): 2219-2226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.016

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  利用AMESim软件建立了一维电化学-热耦合模型,对车用磷酸铁锂动力电池包的质保寿命进行预测。通过研究15 Ah磷酸铁锂电芯的混合动力脉冲能力特性数据和老化数据,获得了模型所需的电芯内阻、开路电压及容量衰减等相关电化学参数;通过研究动力电池包在不同运行工况下的温度变化趋势,标定出模型所需的热特性参数;通过对比动力电池包的实测循环实验数据与仿真结果,验证了电化学-热耦合模型的精度并得出了容量衰减预测值与实测值的误差仅为0.3%;在此仿真模型基础上,以CLTC-P工况模拟车辆行驶,预测出该动力电池包在合肥地区运行8年20万公里时的容量衰减率为17.4%,且证实了电池包内部温度差过大带来内阻的增加,加剧容量衰减。
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  环境温度对锂离子电池爆炸参数影响

  付珂欣, 王志宇, 杨遂军, 叶树亮

  电源技术. 2024, 48(11): 2227-2235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.017

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  为探究在不同环境温度下锂离子电池触发热失控后的燃爆危险性,利用改进的20-L球装置测试了锂离子电池在不同初始环境温度和加热功率下触发热失控后的爆炸参数,对爆炸后的气体取样并分析气体成分。结果表明,当初始环境温度为25 ℃时,随着加热功率增加,电池更早发生燃爆,最大压升速率增大,电池质量损失增大,损毁更为严重;当初始环境温度为60 ℃时,最大压升速率由14.41 MPa/s增加至29.12 MPa/s,表明初始环境温度对爆炸参数的测试结果有显著影响;当初始环境温度为95 ℃时,最大压升速率基本一致,最大压力略有下降;爆炸后的气体中均存在CO和H₂,其体积分数随着初始环境温度的增加而增加,表明锂离子电池热失控产物并未充分燃烧。研究结果有助于更为全面地评估锂离子电池的燃爆危险性,为锂离子电池的安全防护提供数据参考。
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  基于DEKF算法的锂离子电池内短路故障在线诊断方法

  陆震军, 洪华伟, 张宇峰, 蔡加鑫, 孙金磊

  电源技术. 2024, 48(11): 2236-2246. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.018

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  电池内短路故障是最为严重的电池安全故障之一,由于初期发生的内短路故障具有较强的隐蔽性而不易察觉,而且其电压特征与老化电池电压特征相似,通常难以辨别。为了解决上述问题,提出一种电池内短路故障在线诊断方法,能够对电池组中的内短路故障电池和容量损失电池进行定量诊断和识别。首先利用电压回弹曲线对疑似内短路故障电池进行初步标记,构建电池内短路故障等效电路模型后利用双扩展卡尔曼滤波(dual extended Kalman filter, DEKF)算法估计短路电阻,实现电池内短路程度的定量诊断。对于正常老化电池,构建正常电池的Thevenin等效电路模型,利用DEKF算法辨识其欧姆内阻,并以此为依据判断电池老化程度。最后,搭建了实验平台验证所提方法的有效性。结果表明,所提出的方法可以有效辨别容量损失与内短路故障电池并定量计算,对模拟内短路电阻为50和100 Ω的电池,内短路电阻估计误差分别为3.6%和1.7%。对实际健康程度为80.75%的老化电池能够实现容量损失程度的定量估计,其估计误差为4.48%。
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  软包电芯外观变形的机理及改善措施研究

  周井, 潘政威, 谢跃, 项良顺, 相佳媛

  电源技术. 2024, 48(11): 2247-2252. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.019

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  针对软包电芯生产过程中出现外观变形的问题,首先结合电芯的生产制程全过程分析了可能的变形机理,然后针对化成分容工序,提出了减小分容电流、加压分容和满电化成等一系列解决方案,最后展开实验验证。实验结果表明,加热加压满电化成能有效地优化外观不良、减小电芯的堆叠厚度,同时改善界面提高电芯的循环性能。但是满电化成后的老化阶段会消耗活性物质,导致电芯容量下降。因此,在电芯满电化成改进外观后进一步调整降低电芯荷电态,可以减少电芯容量的损耗,从而取得最佳的改善效果。
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  采用集成深度森林模型实现退役电池容量估算

  陈琳, 陈德乾, 何熳平, 赵铭思, 吴淑孝, 潘海鸿

  电源技术. 2024, 48(11): 2253-2262. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.020

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  针对退役锂离子电池容量估算面临历史数据缺失,传统机器学习算法存在过拟合和单个模型估算不稳定的问题,提出一种基于集成深度森林的容量估算模型。首先,从退役电池一次满充数据中提取恒流充电时间和充电电流面积特征;然后,利用提取的特征和容量训练多个深度森林建立集成深度森林模型,并设计一种可信状态决策剔除集成模型中波动较大的估算值,取剩余估算值平均值作为最终估算结果。采用自测和公开数据集对所提方法进行验证,结果表明,该方法能实现退役电池剩余容量的准确稳定估算,最大误差仅为0.08 Ah,与传统机器学习算法相比,该方法能获得更高的容量估算精度。
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  动力电池槽肋流道液冷板冷却性能研究

  朱佳慧, 王俊博, 毛佳妮, 周鸿翔

  电源技术. 2024, 48(11): 2263-2271. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.021

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  液冷式电池热管理系统中的液冷板是有效控制电池温度的关键部件。在液冷板流道内布置离散、倾斜和交替排列的槽肋,以此为原型对液冷板建模和热仿真。仿真时探讨了槽肋朝向形状、槽肋行和列的数目、入口流速和放电倍率等条件对温控效果的影响。结果表明：呈波浪形槽肋的液冷板的综合性能和均温性较好;槽肋行5列7的液冷板均温效果较佳。相比于传统直流道液冷板,新型液冷板散热性能得到了提升。
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  二维-三维杂化结构Ti₃C₂T_x/CF作为钒电池负极的性能研究

  秦野, 王硕, 韩松, 刘畅, 井明华

  电源技术. 2024, 48(11): 2272-2279. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.022

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  碳毡是目前应用最广泛的钒电池电极材料,但其应用于钒电池负极时表现出较差的电化学反应活性,严重制约了钒电池性能。针对该问题,采用湿法刻蚀制备了二维Ti₃C₂T_x材料,利用简单高效的物理浸渍工艺将其修饰在三维碳毡(CF)纤维表面,成功制备了高催化活性的二维-三维杂化Ti₃C₂T_x/CF负极材料。结果表明,负载了Ti₃C₂T_x的碳毡复合电极显示出更好的亲液性;比表面积达到7.859 6 m²/g,是空白碳毡的4.7倍;且表现出更优的电化学反应活性。以Ti₃C₂T_x/CF复合材料为负极的电池在200和300 mA/cm²的电流密度下,相比以空白碳毡为负极的电池,其能量效率分别提升了5.8%和7.3%,具有更高的电池效率和倍率性能。
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  锂铬基金属氧化物贮备式电池激活性能研究

  杨芳凝, 王九洲, 刘雪省, 苏晓倩, 李超伟, 张洋

  电源技术. 2024, 48(11): 2280-2288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.023

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  为满足锂贮备电池高比能、高功率和快激活性能同时兼顾的要求,开发了新型锂铬基金属氧化物贮备电池,并开展了正极、负极、隔膜、电解液、真空度和激活时间对激活性能的影响研究。采用多孔导电剂、高孔隙率无纺布基隔膜和低粘度高润湿电解液等新型材料和改进设计,可显著提升新型锂贮备电池在较短激活时间下的大倍率放电能力。基于改进后的方案制备了贮备式锂铬基金属氧化物电池模块,在激活时间1 min的条件下,1 C放电比能量达264.49 Wh/kg,并具备5 C持续放电5 min的大倍率放电能力。
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  燃料电池密封结构粗糙表面模型应力分布研究

  刘欢, 胡敏, 邢彦锋, 杨夫勇, 张小兵

  电源技术. 2024, 48(11): 2289-2294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.024

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  研究燃料电池密封结构的接触行为对燃料电池电堆的安全运行有着重要意义。基于粗糙表面接触理论,以质子交换膜燃料电池密封结构为研究对象,建立了具有表面形貌的密封垫三维模型,使用有限元软件研究了压缩率对密封结构接触行为的影响,分析了应力分布影响规律以及接触面积的变化。质子交换膜燃料电池稳定运行时的理想温度为80 ℃,因此研究了温度对密封结构接触行为的影响。结果表明,随着压缩率增大,密封垫的Mises应力、接触压力以及接触面积均会增大,当压缩率为12%时,密封垫应力分布最均匀;随着温度升高,密封结构的应力分布和接触面积均会增大,因此在燃料电池工作时应该避免燃料电池过热。该结果为燃料电池密封结构的设计与优化提供了参考依据。
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  改进DBO优化CRJ网络的PEMFC剩余使用寿命预测

  王基臣, 许亮, 张紫叶

  电源技术. 2024, 48(11): 2295-2303. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.025

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  质子交换膜燃料电池(PEMFC)剩余使用寿命(RUL)预测是其健康管理和故障诊断的主要问题。针对此问题提出一种基于改进蜣螂算法(HDBO)优化确定性循环跳跃储备池网络(CRJ)的PEMFC剩余使用寿命预测方法。采用局部加权回归散点平滑法对PEMFC运行数据进行重构和平滑处理,有效地滤除噪声并保存了原始数据的主要特征。利用最大信息系数(MIC)结合贝叶斯信息准则(BIC)方法选择出8个最优输入特征。采用混沌映射初始化种群、自适应调整搜索策略、引入柯西变异改进了蜣螂优化算法,利用HDBO优化CRJ的三个关键参数,建立高效的预测模型。将最优特征集作为预测模型的输入实现PEMFC的剩余使用寿命预测,实验结果表明,该方法的决定系数(R²)、平均绝对值误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为0.950 22、0.002 572 9和0.003 523 2,与DBO、SSA和CRJ相比,该方法的预测精度更高。
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  不同流场闭口燃料电池水管理可视化研究

  牛欢, 刘章达, 裴后昌

  电源技术. 2024, 48(11): 2304-2308. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.026

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  闭口质子交换膜燃料电池的水管理影响其输出性能和稳定性,流场对其水管理起到重要作用。采用可视化方法,研究了不同操作条件下,不同类型流场闭口燃料电池的水分布及输出性能。研究结果表明,闭口电池中生成的水主要分布在流场两侧区域,蛇形流场水分布面积更大。由于宽直流道当量直径大于蛇形流场和窄直流场,宽直流场闭口电池具有较好的排水性能及输出性能。当电池工作温度为80 ℃,电流密度为1 000 mA/cm²时,宽直流场的电池功率比窄直流场的电池功率提高58.5%,比蛇形流场的电池功率提高14.1%。
研究与设计：物理电源
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  基于RbGeI₃全无机钙钛矿太阳电池的数值分析

  胡伟霞, 杨记鑫

  电源技术. 2024, 48(11): 2309-2314. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.027

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  为了开发高效稳定的新型太阳电池,采用SCAPS-1D软件,对以RbGeI₃为吸收层的全无机无铅钙钛矿太阳电池进行数值模拟,其电池结构为FTO/TiO₂/RbGeI₃/Spiro-OMeTAD/Au。影响电池性能的因素包括RbGeI₃吸收层厚度及缺陷态密度、掺杂浓度和金属背电极的功函数。通过数值模拟对这些参数进行了优化,提高了电池性能。结果表明：当RbGeI₃吸收层厚度为600 nm,缺陷态密度为10¹³ cm^–3,RbGeI₃吸收层掺杂浓度为10¹⁷ cm^–3,TiO₂和Spiro-OMeTAD掺杂浓度分别为10²⁰和10¹⁷ cm^–3时,电池效率趋于稳定。基于以上参数,优化后的电池输出特性为：V_oc=0.92 V,J_sc=32.97 mA/cm²,FF=78.10%,h_PCE=23.65%。研究表明RbGeI₃钙钛矿太阳电池具有成为新型高效光伏器件的潜力。
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  n型电池组件热循环应力模拟以及优化

  许涛, 张树德, 顾浩, 毛立中, 张光春

  电源技术. 2024, 48(11): 2315-2321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.11.028

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  针对n型TOPCon组件的抗热循环应力性能,结合热循环测试与数值模拟,分析出抗热循环应力性能的影响因素。得益于对称的结构,双玻组件的主栅热循环应力明显小于单玻组件,在热循环测试后双玻组件未发生功率衰减与EL发黑。而单玻组件的正面主栅热循环应力大于背面,因此热循环应力失效发生在电池正面。基于分析结果,对TOPCon电池的电极图形进行优化,将正面主栅线宽度从36 μm增加到48 μm,单玻组件在热循环测试后的功率衰减与EL发黑情况得到有效改善,抗热循环应力性能提高。