2024年, 第48卷, 第6期　
刊出日期：2024-06-20

  

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本刊特约
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  当前固体电解质与固态电池技术成熟度分析

  陈昕, 赵宁, 刘桂贤, 郭向欣

  电源技术. 2024, 48(6): 969-984. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.001

  摘要 ( 29 ) PDF全文 ( 9 )   可视化   收藏

  开发低成本、综合性能优异的固体电解质材料体系及其相适配的固态电池是实现新型高能量密度、高安全性锂电池的必经之路。目前,国内外研究机构在大力推进固态电池的基础研究和产业化进程,其中,氧化物固体电解质、硫化物固体电解质、卤化物固体电解质和聚合物固态电解质受到关注程度最高。然而在固态电池层面,存在界面问题、循环寿命差等挑战,阻碍了产业化进程,部分企业采用固液混合电池策略进行过渡。对典型固体电解质材料及固态电池技术成熟度进行了分析,以期为行业发展提供参考。同时指出,固态电池作为一个复杂的系统,其性能不由固体电解质单一的优异特性决定,需要全面评估。
综述
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  净化甲醇重整气用于PEMFC的研究进展

  田心瑶, 孟海军, 邵志刚, 孙海

  电源技术. 2024, 48(6): 985-990. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.002

  摘要 ( 17 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏

  质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用氢气作为燃料,但氢气的存储和运输仍然面临诸多挑战。选择液态储氢燃料甲醇进行在线制氢是解决氢源问题的有效途径之一。其中,甲醇水蒸汽重整制氢具有反应温度适中、高产氢、吸放热容易平衡等特点,得到广泛关注。从不同的应用场景出发,概述了甲醇水蒸汽重整制氢用于PEMFC电动车高纯氢气净化示范装置、燃料电池通信基站、高速公路智慧能源站等研究进展,总结了不同重整气净化工艺及其应用现状,并展望了未来的研究方向。
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  低阻抗电解液添加剂二氟磷酸锂的研究进展

  蒋志敏, 蒋锦天, 徐冲, 余泉锋, 马国强

  电源技术. 2024, 48(6): 991-995. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.003

  摘要 ( 59 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏

  在锂离子电池电解液添加剂中,二氟磷酸锂(LiDFP)可改善电池多方面的性能,尤其是其出色的低阻抗效果受到高度关注。综述了LiDFP在调节固体电解质界面膜(SEI)阻抗,改善电池低温性能、倍率性能和高温稳定性等方面的研究进展,介绍了LiDFP在实际应用中存在的问题和解决方案。阐述了LiDFP的作用机理,并对低阻抗电解液添加剂的开发进行了展望。
研究与设计：化学电源
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  直接甲醇燃料电池含氧空穴CaTiO₃阴极助催化剂研究

  霍鑫, 秦斌, 孙海

  电源技术. 2024, 48(6): 996-1002. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.004

  摘要 ( 17 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  作为便携移动电源,直接甲醇燃料电池(DMFC)在高海拔、低氧浓度条件下的性能变化直接影响其实际应用效果。针对低氧浓度条件下,DMFC阴极极化损失增大问题,通过水热模板法合成CaTiO₃助催化剂,与商品Pt/C催化剂进行不同比例掺杂,对掺杂催化剂进行了X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和透射电子显微镜法(TEM)等表征分析以及旋转圆盘电极(RDE)、单电池电化学测试。与商品Pt/C催化剂相比,掺杂（CaTiO₃与Pt/C的质量比为1∶1）催化剂的半波电位正移39 mV;当氧浓度从100%逐渐降低到10%,Pt/C膜电极峰值功率密度降低了38.62%,Pt/C-CTO膜电极峰值功率密度降低15.03%。在10%低氧浓度下,Pt/C-CTO膜电极峰值功率密度较Pt/C膜电极峰值功率密度高40.54%。
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  高电位下PEMFC阴极催化层Pt对碳腐蚀的影响

  刘明俊, 周芬, 朱振, 黄鹏涛, 姚志鹏, 潘牧

  电源技术. 2024, 48(6): 1003-1010. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.005

  摘要 ( 22 ) PDF全文 ( 2 )   可视化   收藏

  结合非色散红外光谱(NDIR)和电化学表征的方法研究了质子交换膜燃料电池阴极催化层在0.8 V恒电位下,碳腐蚀的变化规律及其对Pt氧化过程的依赖性。研究发现0.8 V恒电位下,Pt会导致碳载体的腐蚀更加剧烈。运行100 h后,Pt/C电极的碳损失质量达到8.7%,是纯碳电极的3.5倍。Pt/C电极的碳腐蚀规律可以分为三个阶段,第一阶段呈对数增长,第三阶段呈线性增长,中间存在混合增长区。而Pt氧化物累积量分析表明Pt的氧化呈现出两段对数关系,且中间存在一个过渡区,这解释了碳腐蚀的三段规律。活跃的Pt-OH催化碳腐蚀,并快速转化成PtO_x等惰性氧化物,大幅降低对碳腐蚀的促进作用,当Pt-OH含量稳定后,碳腐蚀速率达到稳态。电位阶跃工况下,Pt氧化物增长速度明显降低,碳载体质量损失达到了15.55%,几乎是恒电位工况的2倍,表明控制Pt氧化物累积速度会加速碳载体的腐蚀。
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  SDC/YSZ/GDC复合电解质膜燃料电池研究

  王坤, 李庆勋, 邵志刚, 程谟杰

  电源技术. 2024, 48(6): 1011-1017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.006

  摘要 ( 20 ) PDF全文 ( 2 )   可视化   收藏

  在钐掺杂的氧化铈(SDC)主电解质层上利用射频磁控溅射法沉积了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电子阻隔层和钆掺杂的氧化铈(GDC)化学隔层,制备了SDC/YSZ/GDC多层复合电解质膜及电池。对复合电解质膜的固体氧化物燃料电池进行了物相分析、微观结构表征和电化学性能测试。结果表明,复合电解质膜有效提升了电池的开路电位(OCV)和最大输出功率密度,这是因为复合电解质膜具有较高的离子电导率和电子电阻。
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  PEMFC启停工况下的阳极氢空混合区域分析

  时贞勃, 涂重阳, 谭金婷, 潘牧

  电源技术. 2024, 48(6): 1018-1024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.007

  摘要 ( 15 ) PDF全文 ( 3 )   可视化   收藏

  质子交换膜燃料电池在启停工况下,一般认为,阳极流道中形成氢空界面,产生阴极高电位,导致阴极材料发生电化学腐蚀。实际上,氢气与空气接触时会发生对流与扩散,阳极流道中将形成氢空混合区域。通过推导氢空混合区域的运动学模型与电解质电势分布数学模型,进行氢空混合区域范围、时间及电解质电势数值计算。结果表明,氢空混合区域导致的阴极高电位持续时间远超氢空界面存在时间;对应的电解质电势为–0.304~–0.260 V;氢空混合区域的分布范围与持续时间受入口气体流速及流道当量直径影响;当量直径每增加0.1 mm,混合区域最大值将增加4 mm,整体阴极高电位的持续时间将延长1.25%。以上结果为阳极流场的设计和启停工况下的控制策略提供了理论依据。
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  基于对称蛇形流场的PEMFC双极板流道尺寸优化

  冯一帆, 李洋, 韦彦强, 赵嘉平, 储俊, 谈金祝

  电源技术. 2024, 48(6): 1025-1033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.008

  摘要 ( 20 ) PDF全文 ( 5 )   可视化   收藏

  基于对称蛇形流场双极板,采用中心复合试验设计方法,以双极板流道结构参数为优化变量,以质子交换膜燃料电池(PEMFC)最大功率密度和双极板流道进出口压差为目标,通过试验设计和数值模拟的方法研究了基于最优对称蛇形流场尺寸的PEMFC的内部流动特性和电化学性能,并与优化前比较。优化设计结果表明,对最大功率密度和压差影响最大的因素分别为双极板流场直线型流道宽度和流道深度;当辅助流道宽度为1 mm,脊宽为1.4 mm时,直线型流道宽度的最佳取值范围为1.14~1.68 mm,流道深度的最佳取值范围为0.9~1.51 mm。在相同条件下,双极板流道优化后对称蛇形流场PEMFC最大功率密度为0.662 W/cm²,相比于优化前的最大功率密度(0.601 W/cm²)提高了10%。
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  基于渐缩结构的质子交换膜燃料电池流道优化

  铁蕾, 沈俊, 李昊洋, 赵晓东

  电源技术. 2024, 48(6): 1034-1041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.009

  摘要 ( 22 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  不同的流道设计对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能有很大的影响。基于传统平行流道,提出了单向渐缩,双向渐缩和周期性渐缩三种不同渐缩的阴极流道结构,并使用COMSOL Multiphysics软件对这三种方案进行了仿真模拟计算,研究了渐缩型流道结构对电池性能、气/水分布均匀性、电流密度分布和压降的影响。结果表明,与传统流道相比,渐缩结构能够提升PEMFC的性能,并有效改善气体和水分布的均匀性,其中,周期性渐缩且渐缩截面面积比为0.3的结构在这两方面表现最优,且净功率密度提升最大,0.6 V电压条件下,该结构的最大电流密度提升了9.74%,氧气分布均匀性增长了19.00%,净功率密度提升了9.80％。
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  燃料电池系统温度及空气化学计量比影响研究

  叶遥立, 毛正松, 刘兵, 李嫣然, 黄延楷

  电源技术. 2024, 48(6): 1042-1047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.010

  摘要 ( 14 ) PDF全文 ( 3 )   可视化   收藏

  研究了电堆入口冷却液温度、空气化学计量比对于燃料电池系统发电性能的影响。结果表明：在中高功率(57%以上)条件下,燃料电池系统效率与冷却液温度相关,随温度上升而上升,66 ℃以上保持不变,优化冷却液温度可以提升1.0%的系统效率。但在低功率(14%以下)条件下,温度的影响不显著。提升空气化学计量比降低了燃料电池系统发电效率,相比最高效率下降了3.8%,但提高了单体电压一致性,显著影响最低单体电压及最大单体电压均低差值。可依据最大单体电压均低差值判断最优空气化学计量比。
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  质子交换膜燃料电池密封泄漏率计算与研究

  曹翌霏, 邢彦锋, 曹菊勇, 张小兵, 杨夫勇

  电源技术. 2024, 48(6): 1048-1055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.011

  摘要 ( 15 ) PDF全文 ( 2 )   可视化   收藏

  密封性能与质子交换膜燃料电池的工作效率和安全性密切相关。目前对燃料电池的研究难以通过定量计算氢气泄漏率来准确保障其密封性能。针对以上问题,提出了一种基于流体压力渗透的泄漏率计算方法。该方法在平行平板泄漏模型的基础上改进,引入平板缝隙高度参数;使用Green-wood-Williamson模型对微观接触面进行力学分析;通过有限元软件将流体压力渗透加载应用于介质加压过程,计算气体泄漏率。此外,还研究了压缩率、介质压力、温度以及表面形貌参数对泄漏率的影响。研究结果表明,在介质压力和表面形状标准差增大的条件下,气体泄漏率逐渐升高;提高压缩率和温度可以有效地减少泄漏。这些结果对于质子交换膜燃料电池的设计、制造、维护和评估具有重要意义。
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  表面原位构建LiAlF₄膜层改善高镍三元LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料结构稳定性

  蔡敏, 余金连, 侯桂婷, 刘继林

  电源技术. 2024, 48(6): 1056-1061. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.012

  摘要 ( 18 ) PDF全文 ( 4 )   可视化   收藏

  通过球磨和低温煅烧处理LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM)表面的残锂,提出原位构建一层均匀LiAlF₄(LAF)包覆层的策略,达到提高NCM表面稳定性,抑制其与电解液副反应的目的。采用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)表征手段研究复合材料改性前后的组成、结构与形貌。结果表明优化后的NCM@LAF微球表面出现一层均匀的无定形LiAlF₄包覆层,包覆层的存在能够减少表面残锂的产生,提高电极和电解质界面稳定性;改性后的复合材料(NCM@LAF)表现出优异的电化学性能,在4.5 V的高截止电压下,NCM@LAF在1 C下经过300次循环后的比容量为168.8 mAh/g,容量保持率高达90.0%,在相同的测试条件下,原始NCM样品的容量保持率仅为64.8%,当电流密度增加至3 C时,容量保持率仍高达83.4%;此外,NCM@LAF样品在10 C下仍然能发挥出156.4 mAh/g的高比容量,表现出优异的倍率性能。本研究为改善高镍三元材料的层状结构不稳定特性探索出一种新方法,拓宽了其应用在锂离子电池正极材料的商业化道路。
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  Sn-MOF衍生的多相复合材料的制备及储锂性能

  田光梅, 魏润源, 王尧尧, 王北平

  电源技术. 2024, 48(6): 1062-1068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.013

  摘要 ( 16 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  作为锂离子电池负极材料,金属锡及锡氧化物随锂离子的嵌入与脱出会产生巨大的体积变化,导致循环过程中储锂容量及循环性能急剧衰减。以氯化亚锡(SnCl₂)和对苯二甲酸为原料,通过水热法制备了Sn-MOF衍生的金属氧化物@C复合材料。研究结果表明,SC-1样品中的主相SnO₂及少量的SnO均匀分布在具有丰富介孔结构的无定形碳基体中,相较于其他两个样品,表现出更好的容量性能、高倍率充放电性能和电化学结构稳定性。SC-1样品在0.1 A/g下充电比容量达到1 092.4 mAh/g,在2 A/g下充电比容量仍达到308.9 mAh/g,经过100次循环后容量保持率为56.8%。
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  凝胶电解质离子电导率测试装置的设计与应用

  杨亦湾, 赵晓, 张梦, 李子坤

  电源技术. 2024, 48(6): 1069-1073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.014

  摘要 ( 20 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  通过开发一种可准确测量凝胶聚合物电解质离子电导率的新型盛器式装置,一方面可以固定电解质尺寸,提高离子电导率测试的一致性和重现性;另一方面可以原位监测凝胶聚合物电解质的固化过程,确定电解质的最短固化时间。实验结果表明,该装置测量同批次凝胶聚合物电解质的离子电导率的相对标准偏差在7%以内,不同时间段测得的相对标准偏差在2%以内,同时获得凝胶聚合物电解质在50 ℃下的最短固化时间为15 h。此外,利用该装置筛选出的高离子电导率的凝胶聚合物电解质所组装的电池具有优异的电化学性能。实验结果证明,该装置可以准确获得凝胶聚合物电解质的离子电导率及最短固化时间,筛选出电性能优异的电解质。
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  锂离子电池过充行为实验研究

  潘斌, 钱其峰, 戴松元

  电源技术. 2024, 48(6): 1074-1082. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.015

  摘要 ( 24 ) PDF全文 ( 17 )   可视化   收藏

  过充电是造成锂离子电池系统热失控的主要原因之一,研究锂离子电池过充前后的性能参数变化规律是实现电池热失控及时预警的基础。以方壳磷酸铁锂(LFP/GC)电池为研究对象,研究了电池过充至不同截止电压后的外特性参数变化规律,并定性评估其热失控风险。结果表明,锂离子电池过充后电化学极化内阻变化明显,与电池过充程度紧密关联,过充至4.5 V时急剧增大至初始值6倍,同时电池内部压力也随过充而增加。电池过充后,检测到电池直流内阻分量和膨胀压力的明显变化,可以将其作为判断过充是否严重的重要依据,研究成果可以为电池管理系统(BMS)和能量管理系统(EMS)特征参数的选取提供参考,作为电池系统风险预警和安全监控的重要依据。
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  锂离子电池安全性能评估及过充电实例分析

  邓忠伟, 刘富佳, 聂文豪, 郭文超

  电源技术. 2024, 48(6): 1083-1087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.016

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  锂离子电池在全生命周期使用过程中,不可避免地面临控制失效、外界碰撞、浸水等问题,导致电池出现电滥用、热滥用或机械滥用,严重时引发热失控,造成安全事故。现有电池安全评价方法仅用于研发阶段的定性测试,基于电池的安全状态与滥用程度成反比这一假定,提出一种电池安全性能实时量化评估方法。针对多类典型滥用模式展开分析并提出多种安全状态计算公式。开展了一款大容量三元电池的过充电热失控实验,基于温度和电压数据计算电池的安全状态变化曲线,有助于及时准确地实现电池安全预警。
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  高比能锂离子电池温升现象研究

  孙浩伟, 曹宏涛, 张方忠, 侯宾, 孟繁慧

  电源技术. 2024, 48(6): 1088-1094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.017

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  研究了高比能三元软包锂离子电池(LIBs)体系工作过程中的温升现象,通过电化学阻抗(EIS)、增量容量分析(ICA)、工作过程温度变化曲线,研究了NCM622-SiO/C锂离子电池倍率充放电及温度放电测试中的温升现象,解释了不同测试过程中温升规律差异的原因,并对温升机理进行了分析。结果表明,充放电电流的增加和温度的降低会造成锂离子电池充放电容量的降低,并加剧充放电过程中电化学极化现象;同时,电池的电解液含量减少使其R_S、R_SEI和R_CT逐渐增大,验证了电解液含量的减少将会加剧电池的物理极化和电化学极化现象。这对锂离子电池的设计、制造、应用及温升机理分析具有重要的借鉴意义。
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  不同放电倍率下软包锂离子电池非均匀生热表征方法

  刘素贞, 张涛, 张闯, 徐志成, 金亮

  电源技术. 2024, 48(6): 1095-1102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.018

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  软包锂离子电池非均匀的温度分布严重影响其循环性能、使用寿命和安全性。针对软包锂离子电池生热的建模表征复杂且精度不高的问题,提出了一种基于生热分布因子的软包锂离子电池非均匀生热表征方法。将电池划分成不同区域,并将生热分布因子引入Bernardi生热公式中获取不同区域的生热率;通过传热和优化数值模拟求解电池的温度分布,同时辨识不同区域的生热分布因子,分析了软包电池生热非均匀分布特性;采用三次样条差值法推导了生热分布因子与放电倍率的对应关系,研究了不同放电倍率下生热分布因子的演化规律。实验结果表明,该方法所建立的热模型在2.75 C和3.75 C下的温度估计值的平均绝对百分比误差最大不超过1.55%,该方法能够准确估计电池非均匀的生热率,并实现电池温度分布特性的有效表征。
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  考虑老化一致性的电池模组热管理方法研究

  耿察民, 张天海, 杨小龙, 周月

  电源技术. 2024, 48(6): 1103-1108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.019

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  锂离子电池内部生热导致的加速老化和热安全问题一直以来都是制约电池产业的瓶颈问题。此外,单体老化路径和一致性的差异也会造成电池老化程度不一致,引发电池内阻和发热量的差异。基于上述问题,提出了一种考虑老化一致性的电池组热管理方法,搭建锂离子电池热-电耦合模型对电池进行参数辨识,并利用有限元分析的方法对Z型槽空气冷却电池组进行三维建模。分析不同外界电流应力、入口风速以及不同老化状态对电池组温度分布的影响。进行了仿真与实验验证,结果表明实验与仿真温度结果误差在2 ℃以内。
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  基于改进AFFRLS-AUKF的锂电池SOC估计

  陈亮, 卢玉斌, 林正廉

  电源技术. 2024, 48(6): 1109-1115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.020

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  准确估计锂电池荷电状态(SOC)是保障电池管理系统安全稳定运行的重要前提之一。为了提高锂离子电池SOC估计精度,提出一种改进自适应遗忘因子最小二乘法(AFFRLS)与自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF)联合估计锂离子电池SOC的估计方法。利用改进AFFRLS对已建立的二阶RC等效电路模型进行参数辨识,再结合AUKF估计锂离子电池SOC。通过动态应力测试(DST)工况和城市道路循环(UDDS)工况验证得到联合估计方法的平均绝对误差为0.44%,均方根误差为0.61%,表明改进的AFFRLS-AUKF方法可提高参数辨识及电池SOC估计的准确性和鲁棒性。
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  基于内环修正CDKF算法的锂电池SOC估计

  张传明, 万佑红, 肖杨

  电源技术. 2024, 48(6): 1116-1122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.021

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  针对现有中心差分卡尔曼滤波算法(CDKF)每次滤波仅进行一次状态更新,无法充分发挥其修正作用的问题,提出一种基于内环修正的中心差分卡尔曼滤波算法(ILCDKF)。采用带遗忘因子的递推最小二乘法(FFRLS)辨识二阶RC等效电路模型的参数;在CDKF算法的量测更新阶段,依据状态误差协方差矩阵建立状态修正机制,通过内环状态修正以提高滤波精度;通过美国联邦城市运行工况(FUDS)和动态应力测试工况(DST)下的仿真实验来验证所提算法的有效性,结果表明,所提算法与扩展卡尔曼滤波算法(EKF)、无迹卡尔曼滤波算法(UKF)及CDKF相比,在荷电状态(SOC)估计精度和收敛速度方面均有所提升。
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  新型合成有机膨胀剂对铅酸动力电池低温性能的影响研究

  李林萍, 吴涛, 战祥连, 王刚, 孟秀霞

  电源技术. 2024, 48(6): 1123-1127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.022

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  讨论了新型合成有机膨胀剂(简称新型膨胀剂)对铅酸动力电池低温性能的影响,通过差示扫描量热法(DSC)/热重分析法(TGA)测试了木素磺酸钠与新型膨胀剂的热稳定性;通过循环伏安(CV)和析氢曲线测试,分析了二者对负电极表面电化学行为和负极析氢行为的影响;通过扫描电子显微镜法(SEM)分析了木素磺酸钠与新型膨胀剂对负极活性物质微观形貌的影响;通过低温性能测试,对比分析了二者对动力电池低温性能的影响;通过高温过充后低温保持率测试,对比分析了二者在高温环境下的稳定性;通过充电接受能力测试,对比分析了新型膨胀剂对电池充电接受能力的影响。研究发现：新型膨胀剂热稳定性明显优于木素磺酸钠,能够提高负极表面的铅离子还原反应;从析氢行为来看,新型膨胀剂负电极析氢电位更负,更不易析氢;新型膨胀剂对负极活性物质成晶形态不同于木素磺酸钠,更有利于形成比表面积大的晶粒结构;在提高动力电池低温性能方面,新型膨胀剂优于木素磺酸钠;耐高温性能、充电接受能力也优于木素磺酸钠。
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  热电池用氯化镍正极材料研究

  占志强, 唐军, 唐立成, 黄叔梅, 贾怀杰

  电源技术. 2024, 48(6): 1128-1132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.023

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  采用升华氯化镍为原材料,通过不同碳材料掺杂工艺制备氯化镍正极材料,装配成电池,采用石墨烯包覆正极材料制备工艺氯化镍正极材料电性能最优;利用该正极材料与不同配比隔膜材料的匹配性实验中,三元全锂隔膜和高电导率隔膜与氯化镍的匹配性最好,与三元全锂隔膜匹配,石墨烯包覆氯化镍正极的功率特性比硫化物正极更为优异。与硫化物正极材料相比,氯化镍正极材料具有更高的电压平台。在1 000 mA/cm²脉冲电流下,氯化镍正极的电池功率比硫化物正极的电池可提升20%左右,氯化镍正极更适用于短时间高功率型热电池。
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  构建CEI膜提升氯化镍正极热电池放电性能

  唐军, 孟剑, 唐立成, 罗莉, 潘志鹏, 王京亮

  电源技术. 2024, 48(6): 1133-1136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.024

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  利用碳材料在正极与隔膜之间构筑电化学界面(CEI)薄膜,避免正极材料与隔膜材料的直接接触,通过能量散射光谱(EDS)对放电后隔膜材料表面元素进行表征分析。结果表明：多壁碳纳米管构造的CEI膜的单体电池在100 mA/cm²的小电流密度放电的电性能明显提升,添加CEI-1粉料的3#电池较不添加CEI膜的1#电池放电容量有效提升40%以上,以单体电压2.0 V为截止电压计算,放电时间824 s,放电比容量达到994 A·s/g,正极材料的利用率达到89%,正极材料的有效容量得到充分利用。因此,利用多壁碳纳米管材料在正极与隔膜之间构筑CEI薄膜可以有效防止正极与隔膜材料的互熔,避免电池后期发生短路。
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  LiB合金在热电池中的应用特性研究

  唐立成, 郭灏, 潘志鹏, 王京亮, 李志林

  电源技术. 2024, 48(6): 1137-1141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.025

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  对不同锂含量LiB合金、不同厚度LiB合金及LiB合金热电池低温短路特性进行了研究。研究结果表明：LiB合金随着锂含量的提高或厚度的增加,其热稳定性变差;在一定范围内,提升LiB合金锂含量,不但可以大幅提升脉冲电压,还能显著增加放电容量,延长工作时间;在特定工况下,增加负极厚度可以有效抑制LiB合金高温自损耗现象,大幅延长电池的高温工作时间。短路机理研究表明：激活瞬间,LiB合金中金属锂因大温差热冲击溢出是导致电池发生低温短路故障的根本原因。
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  基于巡飞弹全设计周期的弹载锂原电池应用研究

  冯文韬, 张彬, 李欢丽, 李倩, 黄超凡

  电源技术. 2024, 48(6): 1142-1146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.026

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  作为中小型电动力巡飞弹的主要能量来源,弹载锂原电池是确保巡飞弹稳定作战和性能提升的关键因素。基于上述背景,将弹载锂原电池特性与巡飞弹全设计周期相结合,开展了基于巡飞弹全设计周期的弹载锂原电池应用研究。介绍了典型巡飞弹全设计周期及应用工况;在此基础上,分析了弹载锂原电池在巡飞弹方案设计、装配阶段、试验阶段等环节的应用特性及应用方法,以期为相关研究和工程设计提供参考和借鉴。
研究与设计：物理电源
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  光伏电池正向电流注入下的电流集边效应仿真分析

  刘畅, 于辉, 吴龙军, 田丽

  电源技术. 2024, 48(6): 1147-1153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.027

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  针对光伏电池在正向电流注入条件下,电极表面电流分布及电池表面温度分布情况,采用COMSOL Multiphysics仿真软件对光伏电池进行建模仿真。建立三维光伏电池模型,通过数值模拟光伏电池在大电流正向注入情况下的载流子输运过程,求解载流子电流密度沿主栅方向分布。仿真结果表明：由于电池片内部载流子的横向输运过程,细栅边缘处横向电流密度达到峰值,且总电流密度向细栅、主栅方向集中;随着外加电压的增大,电池片表面的温度也不断升高,且表面温度最高点集中在次主栅根部,理论求解出最大允许正向电压阈值。
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  基于VMD-SSA-HKELM的短期光伏功率预测

  杨荔强, 崔双喜

  电源技术. 2024, 48(6): 1154-1159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.06.028

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  为提高光伏功率的短期预测精度,提出一种变分模态分解(VMD)与麻雀搜索算法(SSA)优化混合核极限学习机(HKELM)相结合的短期光伏发电功率预测模型。运用皮尔逊相关系数(PCC)选取与光伏发电功率相关性较强的气象因素作为预测模型的输入变量;以平方欧氏距离作为衡量样本相似性的依据,筛选出不同天气类型下的最优训练样本。为降低数据的非平稳性,利用VMD将原始光伏功率数据分解为一系列不同带宽的模态分量,对各模态分量分别建立HKELM模型,通过引入SSA算法对HKELM模型进行参数寻优。将各模态分量的预测结果进行求和重构,得到光伏功率预测结果。仿真结果表明,相比于反向传播神经网络(BPNN)、极限学习机(ELM)、核极限学习机(VMD-KELM)和混合核极限学习机(VMD-HKELM)模型,VMD-SSA-HKELM模型具有更高的预测精度,验证了本文模型的精确性和有效性。