电动汽车锂离子动力电池充放电性能试验分析

根据电动汽车动力电池研发需求,对锂离子单体电池进行了一系列充放电试验,得到了该电池在不同放电倍率,以及不同温度条件下的充放电特性、开路电压、温升、内阻与效率特性.结果表明,锂离子电池具有比能量高、内阻小、放电效率高、放电特性良好等优点;锂电池的荷电状态与电池开路电压存在近似线性关系,这使得利用开路电压结合安时法估计电池的SOC成为现实.     

基于平板热管技术的电池热管理系统实验研究

温度是影响锂离子动力电池性能的关键因素,本文采用平板热管作为电池热管理的传热部件,实验研究了平板热管在不同电池产热功率条件下的传热性能和均温性,理论计算了平板热管扩散热阻及导热系数.研究表明,在25 W产热条件下,平板热管扩散热阻为0.044℃W-1,等效导热系数650 W K-1,随着电池产热功率的增大,平板热管的扩散热阻降低,等效导热系数显著增大.在多热源条件下,平板热管表面最大温差低于4℃,表明其较好的均温性,在电池热管理系统中具有较好的应用前景.     

电动汽车车—车能量互济控制策略研究

尽管电动汽车已经获得各国政府的大力推广,但偏远区域充电站数量不足而易产生的电池续航里程问题严重阻碍其发展.一旦电动汽车出现中途电量不足,车主只能选择等待救援.基于此,本文提出了电动汽车能量互济控制策略以确保车主实现车-车的快速电能互济.首先,针对车内蓄电池组等效短路比数值较低问题和互济装置低电压、大电流需求,构造了等效六通道交错浮动双升压变换器及其状态方程.其次,针对耗能车辆恒功率充电和供能车辆弱电源供电而易于产生低频/次同步振荡问题,利用等效状态方程构建了基于扰动观测器的滑模控制策略以提供符合标准的恒定电压/功率的直流电.进而利用比例-谐振控制器解决了并联六通道电流均分问题,从而减少了设备热损和提高了设备使用寿命.最后仿真和实验结果验证了提出的能量互济控制算法的有效性.     

层叠式锂离子电池展向温度分布的分析解及基于分析解的热设计优化

大型锂离子动力电池的热相关问题是限制其在电动汽车上大规模应用的主要问题之一.单体电池的热模型是进行电池热设计、改善电池热特性的重要工具.根据热模型的求解方法,可分为数值解和分析解两类.在现有文献的研究中,数值解占据了主要地位.但是,分析解因具有计算量小、可实现设计变量的全局优化等优点,在电池热设计和电池组热管理系统中可发挥重要作用.例如,在电池热设计中,分析解可全面考察多个设计参数连续变化下对电池热特性的影响,以进行多设计参数下的全局优化.本文首先对一款大型层叠式锂离子电池进行了数值热模拟和实验验证,数值热模拟的结果与多枚热电偶的实验测量结果吻合良好;然后,基于数值热模拟的结果提取了层叠式电池温度分布和产热率分布的主要特点,进而假设温度呈展向平面分布、产热率均匀分布;针对简化后的电池热问题,利用双重积分变换方法提出了分析解;最后,使用分析解开展了电池的热设计优化工作,讨论了不同电芯尺寸和极耳布置方案下的电池热特性.     

非线性电池阵列的最大功率匹配

电池功率可表述为自变量与伏安函数(因变量)的乘积.通过建立电池阵列功率函数,把阵列在最大功率下的"同工作点匹配"拓展为"线匹配".根据电池阵列失配损失的数学描述,给出了阵列的自变量和因变量匹配准则,证明了"线匹配"确实存在.在因变量匹配准则下用级数来研究不同电池,可得到级数表述中的各系数之比值恒为常数,给出类函数匹配方法.再以Lambert W函数为媒介,在类函数匹配方法和实际的电池电流方程之间建立起对应关系,给出电池参数匹配方法,可实践指导电池阵列的"线匹配".最后给出了光伏阵列的匹配案例.     

特斯拉纯电动汽车核心和非核心技术演化研究

在构建特斯拉纯电动汽车核心和非核心技术演化研究框架的基础上,以美国专利数据库USPTO的特斯拉公司技术专利及其引用专利为数据源,构建特斯拉专利引文分析数据集,依据技术轨道识别原理,利用Pajek软件提取最大凝聚子群以及小的重要凝聚子群,识别特斯拉纯电动汽车核心和非核心技术领域,进行各技术领域主路径分析。研究发现,特斯拉纯电动汽车的核心技术领域是电池热管理系统,非核心技术领域有5个:电机技术、智能控制技术、电池过充电保护技术、电池泄压技术和乘客保护、车辆悬挂以及高效电池组等技术。本文对这些领域技术的历史脉络和未来趋势进行分析,其结果可为我国纯电动汽车产业及相关汽车企业把握纯电动汽车技术重点、选择研发方向、进行技术合作、提高研发效率提供决策参考。     

短程高效回收废锂离子电池中铜金属的技术及机理研究

信息通讯技术和电动汽车产业的快速发展产生了大量的废锂离子电池,其资源化回收成为资源可持续利用及环境保护的重要手段.但传统的回收过程工艺繁琐,资源化效率较低阻碍了产业的良性发展.为了缩短废锂离子电池的资源化工艺,选择离子液体作为加热介质,通过熔化黏结剂,分离铜箔和负极材料实现对废锂离子电池中铜金属的回收.回收过程发生急剧的热对流和热传导过程,利用搅拌机快速运转强化了热对流的过程和机械力分离正极材料,基于传热理论傅里叶定律建立了热传递过程数学模型.通过详细实验研究发现,当加热温度180℃、搅拌速度350 r/min、停留时间30 min,可以实现铜金属的短程高效回收.本技术的研发大大促进了铜铝金属的高效回收,打通了废锂离子电池的闭环供应链.     

用于新能源汽车的锂离子动力电池研究进展

随着国内外新能源汽车产业的快速发展,作为核心部件的锂离子电池行业正在成为新的风口。本文列举了在锂电行业具有技术竞争优势的美国、日本、韩国、中国等国在锂离子动力电池方面的战略规划,分析了各国在技术路线上的差异。随后对锂电行业的发展趋势进行预测。研究发现,锂离子电池重点关注能量密度、成本、寿命;高镍多元材料将成为未来车用动力电池的主流正极材料体系;新体系固态锂离子电池将成为锂电行业新的研究方向。最后,从电池关键技术、市场发展、后续回收利用等三方面对我国锂电行业日后发展提出了几点建议。     

应用于热光伏电池的一维Si/SiO_2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率.针对锑化镓(GaSb)电池热光伏系统的光谱控制要求,选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构;重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配,对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构;采用光学镀膜技术加工了滤光器结构,并测试其光谱特性,根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度.最后,测试了滤光器的抗高温性能.     

基于专利组合的电动汽车企业研发优势和商业机会评估

近年来,作为汽车产业的一个发展方向,电动汽车的发展迎来了前所未有的新契机。在这强者鼎立的格局中已有多家企业在一些关键技术上有所突破,比如特斯拉和丰田都在电池及其管理技术领域有较强优势。本文以Ernst教授的专利组合理论为基础,对其专利组合方法进行部分修正,利用专利技术规模、相对技术优势和相对技术融合能力指标代替专利申请量、专利授权率、IPC号数量、专利被引量等指标,对全球电动汽车企业的研发优势及其商业机会进行评估。研究结论可对明确电动汽车技术的重点研发领域以及各电动汽车企业的研发优势,进而为我国电动汽车企业研发投资方向和合作伙伴的选择提供决策依据。     

环境条件对晶硅电池温场分布及输出特性的影响

基于有限差分法分析了电池与环境之间热交换过程不同时,环境温度对电池内部温场分布及输出参数的影响.研究表明:在真空环境下,电池温度将恒定在300 K,电池与真空环境间主要的换热方式为热辐射;在理想散热条件下,电池温度与环境温度基本相同,电池与环境间热交换方式为热传导,电池的V_(oc),FF和η随温度增加线性减小;在静止空气层包围的条件下,电池温度与环境温度之间存在较大差异,电池前后表面出现温差,电池与环境之间的热交换方式为热传导,电池的V_(oc),FF和η值随温度增加呈非线性减小的趋势.     

钠离子电池用电解质材料的研究进展

钠离子电池因钠源丰富、成本较低而受到科研工作者的广泛关注.钠离子电池主要由正极、负极、电解质、电流收集器等部分组成.相对于电极材料的研究,电解质材料的研究相对较少.但作为电池的组成部分,电解质却起着平衡及传输电荷的重要作用,其各组分的前线轨道(frontier molecular orbitals)能量不仅决定了电池的电化学平台,也影响着电池的热稳定性,而且,其稳定性及离子电导率是决定电池性能的关键参数.本文从优秀电解质应具备的特点入手,综述了常见液态电解质及固态电解质材料的结构特点、性质及主要改进方法.     

多机电力系统的拟哈密顿系统随机平均法

随着可再生能源发电的增加和电动汽车的接入,随机激励(功率波动)对电力系统的影响日益受到关注.随机激励作用于多机电力系统的动态问题,可视为对随机微分方程组分析的问题.由于多机电力系统的高维和非线性等因素,致使现有研究大都以蒙特卡洛法为主,还没有解析分析公式.而拟哈密顿系统下的随机平均法是一个很好的解析分析方法,但目前只针对单机无穷大系统进行了研究.本文将拟哈密顿系统随机平均法推广到多机电力系统情形,获得了随机激励下多机电力系统能量函数的一维扩散过程公式,并通过算例验证其有效性,为多机电力系统随机动力学特性研究提供了基础.     

能源互联网重要基础支撑:分布式储能技术的探索与实践

可再生能源分布式发电的能量波动性以及用户驱动的能量需求的时空随机性,导致能源互联网中能量流本身具有先天的不确定性与无秩序性,因此,分布式储能技术由于可以有效消除能量流的不确定性,并使能量的时空转移和能量流的有序流动成为可能,成为能源互联网重要基础支撑.分布式电池储能作为一种重要的储能方式,电池单体本身非线性特性与电池成组或成网后单体间的差异性,使得电池储能系统"管理好"成为真正"使用好"的基础.但是,电池成组或成网后将构成复杂巨系统,这对"管理好"带来巨大的挑战.因此,本文基于作者多年理论与技术的成果积累,总结了一套适用于分布式储能的大规模电池网络优化管理的理论与方法,包括:单体和电池组或电池网络的建模与状态参数精确估算;基于模糊测度的电池网络特征提取及快速计算;基于自适应动态规划的电池网络优化管理.随后,本文将基于能源互联网思想的分布式储能架构及其管理优化方法与技术引入数据中心,并给出了其在数据中心中实际应用原型系统介绍.本文工作可以为能源互联网的重要基础支撑—分布式储能技术—的研究与应用提供方法指导与技术支撑.     

考虑信号灯状态的电动汽车最优车速规划与避撞控制研究

为减小智能电动汽车在城市工况下巡航中的能耗并避免追尾风险,提出一种考虑信号灯状态信息的电动汽车节能与避撞分层控制系统.上层基于信号灯状态信息和车辆动态模型进行车速规划,在线滚动优化获得能耗最小的车辆参考速度序列;下层结合参考车速序列和多目标函数实时计算车辆的最优加速度并进行避撞控制.利用Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,并基于前方存在和不存在人类驾驶车辆的工况对所提出的控制系统进行有效性验证.分析结果表明,上层车速规划能根据道路交通信息变化,得到最优参考速度,改善电动汽车的能耗特性;下层避撞控制能结合最优参考速度以及多目标函数评估结果,计算车辆最优加速度控制输入.可见,所设计的系统可以保障电动汽车节能、安全地稳定行驶.     

晶体硅太阳电池SiNx/Al 背反射性能研究

随着硅片的不断减薄, 晶体硅太阳电池背反射性能变得越来越重要. 本文首先采用PC1D 软件进行理论模拟, 研究背反射率对电池的电学和光学性能影响. 模拟表明, 电池的短路电流、开路电压和内、外量子效率均随着背反射率增大而变大. 当电池背反射率从60%增加到100%时, 电池短路电流提高了 0.128 A, 最大输出功率提高了 0.066 W, 开路电压提高0.007 V; 1100 nm 波长下, 内量子效率提高39.9%, 外量子效率提高17.4%, 电池效率提高了0.4%. 然后, 通过丝网印刷技术制备了SiN_x/Al 背反射器, 实验结果表明, 在长波波段SiN_x/Al 背反射器具有良好的背反射性能, 在1100 nm以上的长波波段含有SiN_x/Al 背反射器结构的电池比普通Al 背场电池对同波长光的背反射率高出15%, 因而具有更高的电池效率.     

自形成点接触PERC太阳电池

传统钝化发射极背接触(PERC)太阳电池采用原子层沉积(ALD)法在电池背面形成全覆盖氧化铝(Al_2O_3)钝化层,但由于Al_2O_3的介电特性,需在后续工艺中通过激光开槽去除部分钝化层,形成部分金属化部分钝化层的背表面结构,本文采用旋涂法制备Al_2O_3薄膜作为PERC太阳电池的背表面钝化层,实现了自形成点接触的背表面结构,即金字塔表面和底部具有钝化层覆盖,金字塔顶部没有钝化层覆盖,从而无需使用激光开槽工艺即可完成PERC电池的局部钝化和金属化.进一步发现,这种天然形成的点接触具有优良的电学接触特性,在同样的工艺条件下,获得了比全背金属接触电池略高的填充因子(FF),不同于常规PERC电池FF低于全背金属接触电池的情况.此外还发现自形成点接触Al_2O_3钝化层兼具有背反射层的功能,通过对SiN_x/Si/Al_2O_3/Al结构反射率的测试,直接证明了背钝化层可以增强长波区太阳光的内反射.电池的开路电压(V_(oc)),短路电流密度(J_(sc))均有提升,转换效率(η)提高约1%.     

染料敏化电池-温差热电混合发电系统的性能研究

建立染料敏化电池一温差热电混合发电系统的理论模型,利用非平衡态热力学理论导出该混合发电系统输出功率和效率的一般表达式,分析系统的一般性能特性,确定混合发电系统在最大输出功率和效率时的优化条件,讨论了一些主要性能参数对混合发电系统性能特性的影响．结果表明使用半导体温差热电器可有效地利用染料敏化电池所产生的低品位的废热,从而提高混合发电系统整体的输出功率和效率．本文所得结果可为实际混合发电器的设计和优化运行提供理论依据．     

电力系统注入空间动态安全域的微分拓扑特性

应用微分拓扑学理论对电力系统注入空间上的动态安全域(DSR)的特性作了分析. 结果表明, 注入功率空间上的动态安全域边界不会打结, 且是紧致的, 基于相关不稳定平衡点法所定义的注入功率空间上的动态安全域内部无洞. 最后用10机39节点新英格兰系统为算例显示了注入空间动态安全域的这些性质.     

自然光照条件下可再生的微生物燃料电池阴极体系

本文中采用多碘离子(I3-)为阴极电子受体,利用碘离子(I-)可以在太阳光照条件下跟氧气生成多碘离子的特性,提出并构建了可利用太阳光进行循环再生的微生物燃料电池阴极体系;并在太阳光照条件下对多碘离子的再生特性及其再生特性对电池性能的影响进行了实验研究.结果表明,多碘离子做阴极电子受体时的微生物燃料电池的性能要明显高于铁氰酸钾(K3[Fe(CN)6])为电子受体时的性能;并且在太阳光照条件下,多碘离子可以利用太阳能快速循环再生,是一种较合适的微生物燃料电池阴极受体.同时实验发现多碘离子浓度对微生物燃料电池性能有很大影响,在本实验条件下,多碘离子浓度越高,微生物燃料电池性能越好;并且通过线性扫描实验可知,在自然光照条件下,多碘离子向阴极表面的扩散是影响微生物燃料电池性能的主要因素.