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动力电池组分散式主动均衡控制系统

电源学报 2022年第1期20卷 118-125页

作者：申永鹏葛高瑞王耀南孟步敏郑州轻工业大学电气信息工程学院郑州450002 湖南大学电气与信息工程学院长沙410082

针对动力电池组使用过程中单体SOC不一致问题,提出一种分散式主动均衡控制系统。首先,对“单体解耦-分散式控制器串联”主动均衡控制系统拓扑结构进行了分析。在此基础之上,通过在放电过程中实时调整分散式控制器母线电压调节系数α及... 详细信息

针对动力电池组使用过程中单体SOC不一致问题,提出一种分散式主动均衡控制系统。首先,对“单体解耦-分散式控制器串联”主动均衡控制系统拓扑结构进行了分析。在此基础之上,通过在放电过程中实时调整分散式控制器母线电压调节系数α及均衡加速系数β,在保证母线电压稳定的前提下,实现了单体放电速率的线性动态调节。最后,在恒阻放电模式及模拟高速公路燃油经济型试验HWFET(high way fuel economy test)测试工况下进行了均衡试验。试验结果表明,所提出的分散式主动均衡控制系统,可实现动力电池组放电过程中的在线主动均衡,避免了传统电荷转移式均衡方法存在的无效充放电循环,同时可对母线电压适当调节,满足了不同负载的工作电压需求。

关键词：动力电池主动均衡智能单体放电速率

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铌酸钠基储能陶瓷材料的制备及其性能研究

铌酸钠基储能陶瓷材料的制备及其性能研究

作者：刘辰蛟陕西科技大学

学位级别：硕士

近年来传统化石能源材料的不断消耗使得能源危机日趋严重。加快研究发展对环境友好、成本低廉的可再生能源刻不容缓。相较于电池与电化学电容器,陶瓷介质电容器具备放电速率快、介电常数高等优点。然而目前实际应用中最为广泛的储能陶... 详细信息

近年来传统化石能源材料的不断消耗使得能源危机日趋严重。加快研究发展对环境友好、成本低廉的可再生能源刻不容缓。相较于电池与电化学电容器,陶瓷介质电容器具备放电速率快、介电常数高等优点。然而目前实际应用中最为广泛的储能陶瓷是有毒的含铅类陶瓷,通过研究更为环保安全的无铅陶瓷来取代对环境有危害的铅基陶瓷是迫在眉睫的。在目前的无铅陶瓷体系内,铌酸钠无铅反铁电陶瓷具有较宽的带隙、宽的烧结温度、较高的极化强度和低廉的成本,使其在储能应用方面具有很大的潜力,本论文致力于铌酸钠基陶瓷的改性,并对其介电、铁电以及充放电等性能进行研究与分析。采用传统固相法制备了(1-x)NaNbO3-x(Sr0.85Bi0.1)(Mg1/3Nb2/3)O3(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)无铅陶瓷(简记为(1-x)NN-xSBMN),SBMN 的掺杂明显降低了体系的晶粒尺寸,提高了样品的击穿场强。当外加电场达到420 kV/cm时,0.90NN-0.10SBMN储能陶瓷能够收获优秀的有效储能密度(Wrec)2.43 J/cm3和较高的储能效率(η)68.3%,同时该陶瓷具备优秀的温度、频率稳定性。此外,0.90NN-0.10SBMN陶瓷在充放电测试中展示出超快的放电速率t0.9=52.0 ns和优秀的功率密度36.23 MW/cm3。通过传统固相法制备了(1-x)NaNbO3-x(Bi0.5La0.5)(Mg2/3Ta1/3)O3(x=0,0.06,0.08,0.10,0.12)无铅储能陶瓷(简记为(1-x)NN-xBLMT),通过在NN陶瓷的A位和B位中分别引入(Bi0.5La0.5)3+和(Mg2/3Ta1/3)3+导致陶瓷内晶格产生畸变,使得内部铁电的长程有序遭到破坏,从而抑制体系剩余极化强度(Pr),减小晶粒尺寸,以获得优秀的Wrec和η。在440 kV/cm击穿电场下 0.90NN-0.10BLMT 陶瓷样品展现出Wrec(3.69 J/cm3)和η(78.0%)的优异储能性能。在充放电测试中,0.90NN-0.10BLMT陶瓷样品在室温下获得超快的放电速率t0.9=23.6 ns。使用传统固相法制备了(Na1-3/2xBi3/2x)(Nb1 xNix)O3(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)储能陶瓷(简记为NBNNx),Bi3+和Ni2+的加入可以有效降低NN陶瓷的烧结温度,有效防止高温下Na+的挥发,Bi3+的6p轨道与O2-的2p轨道的杂化有利于促进最大极化强度(Pmax)的提升,同时在平均电负性较低的B位掺杂非同价的Ni2+,会形成随机局域场,从而增强离子键,破坏内部的长程有序,使得Pr降低。其中最佳组分NBNN0.10陶瓷在360 kV/cm的外加电场下,收获了极佳的Wrec(3.42 J/cm3)的同时取得不俗的η(78.2%)。除此以外,介电温谱图证明了体系有较明显的弛豫特性,在200 kV/cm电场下NBNN0.10陶瓷样品在不同的温度和频率下Wrec变化率均小于4%,表现出优秀的温度稳定性与频率稳定性。通过传统固相法在NN陶瓷掺杂Bi3+和Ni2+的基础上引入Sm3+和Zr4+,制备了(1-x)NaNbO3-x(Bi0.7Sm0.3)(Ni0.5Zr0.5)O3(x=0,0.04,0.07,0.10,0.13)无铅储能陶瓷(简记为(1-x)NN-xBSNZ),Sm3+和Zr4+的加入助于减小体系晶粒尺寸,增强体系弛豫性,从而提高材料的储能性能。铁电测试表明0.90NN-0.10BSNZ陶瓷样品能在440 kV/cm的高击穿电场下可以得到超高的Wrec(4.16 J/cm3),同时取得极佳的η(88.4%)。此外,在对0.90NN-0.10BSNZ陶瓷样品进行充放电测试中,室温条件下获得极快的放电速率t0.9=24.6 ns,并且能在高温环境下保持稳定,同时功率密度达19.58 MW/cm3。

关键词：铌酸钠无铅陶瓷击穿电场储能放电速率

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交直流复合电压下油中局部放电的起始过程

高电压技术 2012年第5期38卷 1163-1171页

作者：周远翔沙彦超聂德鑫伍志荣邓建刚卢理成清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网电力科学研究院武汉430074 国家电网公司特高压建设部北京100031

换流变阀侧绕组同时承受交流、直流、交直流叠加、极性反转等多种特殊电压形式,其许用场强却未得到同等关注。因此,采用针-板、板-板典型电极模型和脉冲电流法及宽频带电流传感器检测法,研究了变压器油在交流、直流、交直流复合电压条... 详细信息

换流变阀侧绕组同时承受交流、直流、交直流叠加、极性反转等多种特殊电压形式,其许用场强却未得到同等关注。因此,采用针-板、板-板典型电极模型和脉冲电流法及宽频带电流传感器检测法,研究了变压器油在交流、直流、交直流复合电压条件下的局部放电起始过程;总结了该起始电压随电压类型变化的规律曲线,为换流变许用场强的提出奠定了基础。试验结果表明:针-板电极模型下局放起始电压基本只与交流、直流、复合电压的幅值有关,而与电压类型、复合电压分量所占比例无明显关系;板-板电极模型中,复合电压下交流局部放电起始电压受直流分量的影响很小。通过高速摄像仪记录复合电压下局部放电引发击穿的全过程并估算出了放电增长速率约为1.8km/s;利用扫描电镜观测放电通道表面形貌特征,进而采用表面能谱分析法检测其主要元素含量由高至低依次为C、O、Cu、Si。最后通过复合电压下油中局部放电产生随机分布气泡的仿真模型算出,气泡使局部放电场强严重畸变,不均匀系数f达1.6。

关键词：变压器油交直流复合电压不同电压比例局部放电放电速率表面形貌特征放电波形电场仿真

Bi0.5Na0.5TiO3基储能陶瓷材料的制备与性能研究

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Bi0.5Na0.5TiO3基储能陶瓷材料的制备与性能研究

作者：李达陕西科技大学

学位级别：硕士

储能电介质陶瓷材料是用于制作电容器和其他介质器件的关键材料,也是广泛应用于通讯、汽车、电子电路设备以及军工等当代很多领域中的基础性功能材料。目前商用的电介质陶瓷大多以含有对人体和环境有害的铅元素的铅基反铁电陶瓷为主,而... 详细信息

储能电介质陶瓷材料是用于制作电容器和其他介质器件的关键材料,也是广泛应用于通讯、汽车、电子电路设备以及军工等当代很多领域中的基础性功能材料。目前商用的电介质陶瓷大多以含有对人体和环境有害的铅元素的铅基反铁电陶瓷为主,而环境友好型的无铅电介质陶瓷的储能性能整体较为低下。在现如今不可再生资源日渐枯竭与环境污染日益严重的大环境下,开发出具有高性能、且对环境与人体无害的无铅储能电介质陶瓷材料已经成为一项无比重要且迫切的研究课题。本论文致力于改善无铅电介质陶瓷材料的储能特性,并对其相关性能进行综合分析。利用传统固相法制备（1-x）（Na0.5Bi0.5）0.7Sr0.3TiO3-xSr（Ti0.85Zr0.15）O3 储能陶瓷（简记为（1-x）NBST-xSTZ）并进行系统分析。结果显示,通过引入线性添加剂STZ,有效地抑制了 NBST陶瓷的剩余极化强度和提高了击穿场强,使得0.70NBST-0.30STZ陶瓷在262 kV·cm-1电场下展示出较大的可恢复储能密度（Wrec=3.13 J·cm-3）和超高的储能效率（η=91.14%）。还通过对其能带结构和态密度的分析,揭示了击穿场强提高的潜在原因。此外,在200 kV·cm-1电场下还获得了极好的温度稳定性（20 ℃-140 ℃）和频率稳定性（1 Hz-200 Hz）。更重要的是,0.70NBST-0.30STZ陶瓷在充放电测试中还展示出41.24 MW·cm-3的超高功率密度（PD）、极短的放电时间（t0.9=125.6 ns）和优异的温度稳定性（20℃-120℃）。利用传统固相法制备（1-x）（Na0.5Bi0.5）0.7Sr0.3TiO3-xBi（Mg2/3Nb1/3）O3储能陶瓷（简记为（1-x）NBST-xBMN）并进行系统分析。分别利用（1-x）NBST-xBMN体系中晶粒的细化和Bi3+的6s2孤对电子构型的引入来实现储能密度和储能效率的同步提高。结果,在0.85NBST-0.15BMN陶瓷中同时获得了 3.45 J·cm-3的巨大可恢复储能密度和88.01%的高效率,这优于最近报道的其他无铅介质陶瓷材料。同时,在200 kV·cm-1电场下还获得了优异的温度稳定性（30℃-150℃）和频率稳定性（1 Hz-100 Hz）。此外,0.85NBST-0.15BMN陶瓷在120 kV·cm-1电场下,也展示出了突出的功率密度（PD=38.47 MW·cm-3）和超快的放电速率（t0.9=52.8 ns）。利用传统固相法制备（1-x）（Na0.5Bi0.5）0.7Sr0.3TiO3-xBi（Ni0.5Sn0.5）O3 储能陶瓷（简记为（1-x）NBST-xBNS）并进行系统分析。结果显示,一个显著增强的可恢复储能密度（Wrec=4.18 J·cm-3）伴随着一个与其他无铅得到介电陶瓷相比还较为满意的储能效率（η=83.64%）能够在0.90NBST-0.10BNS陶瓷中于270 kV·cm-1电场下同时获得,这是由于BNS的引入增强了击穿场强和抑制了剩余极化强度导致的。一阶反转曲线（FORC）测试结果表明,BNS的添加优化了陶瓷的结构和化学成分,打破了长程铁电秩序,提高了 NBST陶瓷的弛豫性。此外,0.90NBST-0.10BNS陶瓷的能量密度和能量效率分别在20℃-140℃和1 Hz-100 Hz范围内也具有显著的温度稳定性和频率稳定性。更重要的是,0.90NBST-0.10BNS陶瓷在120 kV·cm-1电场下表现出优异的功率密度（PD=36.19MW·cm-3）、瞬态的能量释放时间（t0.9=144.2ns）和巨大的放电能量密度（1.16 J·cm-3）的放电特性。利用传统固相法制备（1-x）（Na0.5Bi0.5）0.7Sr0.3TiO3-xBi（Mg0.5Zr0.5）O3 储能陶瓷（简记为（1-x）NBST-xBMZ）并进行系统分析。结果显示,BMZ的引入提高了 NBST陶瓷的击穿场强和减小了其剩余极化强度值,使最优组分0.85NBST-0.15BMZ陶瓷在297kV·cm-1电场下取得一个4.48 J·cm-3的超高可恢复储能密度和一个与其他无铅得到介电陶瓷相比还较为满意的83.3%的储能效率。此外,0.85NBST-0.15BMZ陶瓷的能量密度和能量效率分别在30℃-150℃和1 Hz-100 Hz范围内也具有显著的温度稳定性和频率稳定性。更重要的是,0.85NBST-0.15BMZ陶瓷在120 kV·cm-1电场下也展示出了突出的功率密度（PD=33.9 MW·cm-3）、极短的放电时间（t0.9=87.4 ns）和巨大的放电能量密度（Wd=0.63J·cm-3）的放电特性。

关键词：电容器电介质陶瓷储能密度功率密度放电速率

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锂离子蓄电池温度场仿真分析

电源技术 2014年第2期38卷 241-244页

作者：张凤涛胡欲立温杰唐凡西北工业大学航海学院陕西西安710072

近年来,锂离子蓄电池得到了飞速发展和广泛应用。但是,锂离子蓄电池使用时的发热问题不仅会严重影响锂离子蓄电池的性能和寿命,而且存在安全隐患。因此提出利用有限元软件Ansys10.0对ICR65/400型锂离子蓄电池在其工作时温度场的分布情... 详细信息

近年来,锂离子蓄电池得到了飞速发展和广泛应用。但是,锂离子蓄电池使用时的发热问题不仅会严重影响锂离子蓄电池的性能和寿命,而且存在安全隐患。因此提出利用有限元软件Ansys10.0对ICR65/400型锂离子蓄电池在其工作时温度场的分布情况进行仿真分析,并讨论了不同的放电速率和表面传热系数对锂离子蓄电池内部温度场分布的影响。结果显示,不同的放电电流和表面传热系数对电池内部温度的分布有着明显的影响。

关键词：锂离子蓄电池放电速率温度场仿真

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非锂聚合物的大电流电池

中国自行车 2014年第3期 102-102,104,106页

作者：王亮(翻译)

高性能就要求有大电流，但锂聚合物（LiPo）电池对于没有使用经验的人而言，具有一定的危险性。LiPo能够释放出极高的电流（充放电速率C-rate），而如果要组装一部竞速电动自行车，那无疑LiPo是最佳选择。

关键词：锂聚合物大电流电池电动自行车放电速率危险性

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DS2711／DS2712镍氢电池充电器

电子世界 2007年第4期 9-11页

作者：邵辉

锂离子电池是目前比较理想的可充电电池，但并不意味着它可以淘汰其它化学电池。像镍镉（Nicd）和镍氢（NiMH）电池，因其坚固，能承受较高的放电速率，具有较长的使用寿命，不需要特殊的保护电路，并且价格便宜，故在可充电电源系统中... 详细信息

锂离子电池是目前比较理想的可充电电池，但并不意味着它可以淘汰其它化学电池。像镍镉（Nicd）和镍氢（NiMH）电池，因其坚固，能承受较高的放电速率，具有较长的使用寿命，不需要特殊的保护电路，并且价格便宜，故在可充电电源系统中仍拥有自己的优势。由于镍镉电池容量低，含有有毒的镉元素，正在被镍氢电池所取代。镍氢电池及其充电器仍有较大的市场需求。

关键词：电池充电器镍氢电池可充电电池锂离子电池镉元素化学电池放电速率使用寿命