车用超级电容管理系统设计与应用开发

在汽车高倍率充放电使用时,电机驱动的高频开关干扰信号会通过母线传递到电容管理系统数模采样电路,从而导致车载电池包的部分参数采样不准确的现象。为解决这一问题,基于LTC6813芯片的∑-Δ拓扑结构及软件可选的滤波器等优点,以LTC6813芯片作为模拟前端,在设计上降低上述差模或共模干扰,减少系统噪声。其次,通过低压电源电路、母线电压采样电路、电流采样电路设计,实现管理系统对超级电容其他参数的采样。同时,基于安时积分的系数因子来解决实际应用时SOC跳变问题。测试结果表明,本次设计管理系统的单体采样最大误差率低于0.6%,母线电压和电流最大误差率低于2%,SOC跳变误差得到修正,满足超级电容管理系统的要求。

项目管理方法在企业科技创新中的应用研究

项目管理是近年来发展起来的一个管理学科的新研究领域,是有关现代社会活动中各种项目的一般管理理论和方法。为此,文章阐述了开展企业科技创新的优势、劣势、机遇和威胁,深入剖析了企业科技创新中应用项目管理方法的措施,包括合作创新、信息化战略、自主创新战略、人才战略等,希望为企业的发展提供参考。

2023年中国储能技术研究进展

本文对2023年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,在综合分析的基础上,总结得出了中国储能技术领域的主要进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位,中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年,中国储能技术有望继续高速发展,同时总体上需要向高质量发展转变。

基于LMO和AC电极的锂离子超级电容器质量比调控

锂离子超级电容器结合了超级电容器高功率和锂离子电池高能量的特点而备受关注,正负极质量匹配对发挥锂离子超级电容器的性能至关重要。本文基于锰酸锂(LMO)正极、活性炭(AC)负极和乙腈电解液,设计制作了不同正负极质量比软包锂离子超级电容器,系统考察了电极质量比对锂离子电容器电性能、工作电压和低温性能的影响。结果表明:随着正负极质量比增大,锂离子电容器容量增大,倍率性能和低温性能提高,充放电曲线在高电极质量比下呈现线性关系,能量密度呈现先增大后减小的趋势。正负极质量比2/1时,锂离子电容器综合性能最优,50C的容量达到1C时的78.0%,最大功率密度为7247 W·kg^(-1),2.3 V下器件最大能量密度达到9.5 Wh·kg^(-1),3.1 V下器件和活性物质的能量密度分别提高至20.2 Wh·kg^(-1)和65.0 Wh·kg^(-1)。但宽工作电压会带来寿命衰减,在1~2.3 V充放电循环10000次容量保持率为93.0%,而在0.5~2.5 V充放电循环5000次容量保持率降至84.5%。在-40℃容量是25℃时的57.8%,能量密度依然还有5 Wh·kg^(-1)(2.3 V)。

单组分和三组分电解液添加剂对电池型电容器性能的影响

电解液添加剂作为电解液中的重要组成部分,能够以较低的含量实现较大程度的性能改善。针对常见的碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸乙烯酯(DTD)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)电解液添加剂,系统研究了单组分添加剂和三元添加剂对锂离子电池型电容器的性能影响。结果表明,VC在60 A(7.5C)电流下循环3000次后容量保持率达到92.08%。DTD在低温-40℃下放电能量保持率为63.29%,较PS单组分添加剂提高了4.39%。PS单组分添加剂的自放电率较大,为2.648 mV·h^(-1),在高温下还会发生副反应产气。对于不同含量混合的三元添加剂,VC和DTD的搭配使用能够有效提高电容器的各部分性能,如放电平台、低温性能、高温性能和循环性能。但是添加剂的含量需要进一步把控,通过多种添加剂的协同设计和配合使用,充分发挥优势,以提高锂离子电池型电容器的性能。

不同负极材料对LiFePO_(4)高功率储能器件循环性能的影响

磷酸铁锂(LiFePO_(4),LFP)以低成本、高安全性、长循环寿命等优点在近些年来备受关注,然而市场上常见的LFP储能器件在0.1~2 C倍率的循环寿命为2000次左右。为了进一步开发高功率、长寿命的LFP储能器件,本文设计了容量为9 Ah的不同负极材料(硬碳/软碳/石墨)软包储能器件。对4 C大倍率循环性能进行探究,发现4000次循环后,硬碳和软碳用作负极的储能器件的容量保持率分别为83.0%、78.9%,优于石墨(51.6%)。通过XRD、EIS、容量增量法和电压微分法等手段进行分析,发现接触内阻和SEI膜内阻增加,以及结构变化造成负极中锂离子的消耗是容量衰减的主要原因。进一步探究石墨用作负极时循环寿命差的原因,发现石墨用作负极时库仑效率较低,工作温度较高,dQ/dV峰值在循环过程中发生更大的位移,峰强的降幅也较大。由于石墨的层间距为0.335 nm,小于软碳(0.360 nm)和硬碳(0.395 nm),在反复脱嵌锂过程中石墨更易发生结构变化,造成体积膨胀,因此循环后接触电阻和SEI膜电阻增长幅度较高,锂离子扩散动力学也更差。与石墨相比,硬碳和软碳用作大倍率LFP储能器件的负极活性物质时具有更长的循环寿命。

堆叠式车载超级电容器热管理方式分析

本研究使用COMSOL Multiphysics 6.0软件对堆叠式车载超级电容器建立了有限元模型,并且针对空冷和液冷两种不同的热管理方式分别建立了热模型以对比其热管理效果。首先,在相同的参数变化范围内,分别研究了空冷和液冷两种方式的超级电容器的最高温度与换热介质的初始温度、在入口处的流速以及超级电容器模组的发热功率之间的关系。结果表明,换热介质的初始温度越高,超级电容器的发热功率越大,则超级电容器的最高温度越高,而换热介质在入口处的平均流速越大,则超级电容器的最高温度越低,且存在一个临界流速1.5m/s,超过该临界值之后,二者的相关性将大大减弱。此外,基于参数化研究结果,设定相同的操作参数,深入分析了这两种热管理方式的换热过程,解释了本研究中空冷和液冷在高度方向上温度梯度方向相反的现象,并从最高温度与温差、温度分布和换热时间三个方面对比了二者的热管理效果。结果表明,液冷超级电容器的最高温度更低,温差很小,温度分布十分均匀,且换热时间远少于空冷超级电容器,热管理效果更好。

N/P比对锂离子混合型电容器性能的影响研究

锂离子混合型电容器因兼具锂离子电池的高比能量和超级电容器的高比功率优点而被高度重视。然而,负极/正极容量比(N/P)的变化,不仅会在初始循环过程中造成容量损失消耗活性锂,而且可能导致过充电和过放电,对锂离子混合型电容器的长期循环稳定性、快充性能和安全性能的影响很大。因此,研究N/P比对于首次库伦效率(ICE)、循环性能、快充性能和安全性能具有重要意义。本文采用活性炭和电池型材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)做复合正极材料(AC/NCM),硬碳(HC)做负极材料,设计并制备了不同N/P比(0.5、0.6、0.8、1.2、1.8、2.7)的软包锂离子混合型电容器,通过一系列研究表明,N/P比远大于1时,对能量密度和首效的发挥不利,N/P比小于1时,对安全性能极为不利。

老化制度和荷电状态对混合型超级电容器的自放电影响

混合型超级电容器(HSCs)正极采用活性炭和锂金属氧化物作为活性材料构建复合电极,在一个电解池中同时实现锂离子储能和双电层储能,负极采用高倍率碳材料,系统中一般采用多个单体进行串并联提高电压和能量,单体自放电一致性越高,系统的寿命及安全性越好,因此对其自放电和K值的影响因素进行研究具有重要意义。本文发现,不同的老化制度对混合型超级电容器的自放电和K值影响不一样,老化温度越高,越有利于K值的稳定,但是对自放电数值的影响不大;老化时间越长,K值越小,高温老化后72 h和96h的K值几乎一样,考虑到节能,采用72h的老化时间就可以有效筛选单体;老化电压对自放电和K值有较大的影响,老化电压越低,自放电越差,K值越大,老化电压越高,越有利于单体的自放电和K值的稳定性;不同SOC状态对自放电和K值的影响也较大,在3.0 V及以下的SOC状态下进行自放电测试时,在搁置过程中电压会略有所上升,K值为负数,当电压为3.0 V以上时,随着搁置时间的加长,电压缓慢下降,采用3.8 V搁置条件下K值在48 h后稳定在0.2 mV·h^(-1)左右。

钴酸锂LiCoO_(2)正极活性物质中添加不同比例活性炭对混合型超级电容器性能的影响

混合型超级电容器(Hybrid supercapacitor,HSCs)因兼具锂离子电池高能量密度和双电层电容器高功率特性的优点而备受关注。本工作以钴酸锂(LiCoO_(2),LCO)和不同比例的活性炭(AC)作为复合正极,以AC为负极,制备了LCO+AC//AC HSCs。研究了正极不同AC添加量(3%、5%、8%)对LCO+AC//AC HSCs不同AC添加量复合正极片的导电性、压实密度和电容器电化学性能的影响。结果表明,随着正极AC添加量的增加,极片厚度增加,压实密度减小,极片面电阻和电阻率增加,导电性减弱;随着正极AC添加量的增加,库伦效率(ICE)减小,比容量和能量密度减小,交流内阻(Ac internal resistance,Rac)增加;在三个复合正极配方中,当AC添加量增加到5%时,实测最大比功率最高,当AC添加量增加到8%时,对循环性能有利,AC的增加会降低电池容量,但会提高循环性能。

混合型超级电容器外特性的研究

混合型超级电容器是近年来受到人们广泛关注的一种新型高性能储能器件,随着超级电容在汽车、轨道交通、微电网的大规模应用,需要对其外特性进行研究。为了提高超级电容使用效率,文章对混合型超级电容的外特性进行研究,包括不同倍率下放电特性、不同温度下放电特性、内阻特性、可用容量特性、循环寿命特性和动态工况特性。测试分析结果能够为超级电容的模型仿真、电量计算和健康状态提供理论依据。

DC-DC电源模块的失效分析

文章以隔离型DC-DC电源模块在实际使用中发生的功能失效作为研究背景。首先,介绍该电源模块的启动电路和工作原理。其次,通过电源模块实物拆解和元器件分析,定位到稳压二极管故障。最后,针对二极管故障追溯其失效原因,同时给出电源模块的设计和使用建议。

磷酸铁锂掺杂改性中Li位和Fe位掺杂效果分析

对LiFePO4的不同位金属离子掺杂改性进行了研究,采用共沉淀法合成Li位和Fe位Mg2+、Mo6+掺杂的LiFePO4正极材料,通过XRD、XPS、充放电曲线以及CV、Mott-Schottky对材料进行表征和测试,主要分析了金属离子在Li位和Fe位掺杂对材料性能的影响。结果表明Mg2+和Mo6+可以分别在Fe位和Li位掺杂,且不会影响磷酸铁锂的橄榄石结构,掺杂可以改善材料的电化学性能。从掺杂效果来看,Fe位掺杂比Li位掺杂更优越,从材料的晶体结构和半导体性质着手对掺杂机理作了分析讨论。

基于动态容值修正的混合型超级电容器SOC估计

作为大规模储能系统的重要组成,混合型超级电容器的荷电状态(state of charge,SOC)估计是能量管理系统必不可少的部分。该文提出一种基于动态容值修正的超级电容器SOC预估方法。首先,利用参数辨识方法求解超级电容器实时电动势,定义不同初始电压放电至相同终止电压的容值为动态容值。其次,设计不同温度、不同电流倍率的实验得到超级电容器不同工况下特性。再次,建立基于动态容值修正的全工况预测模型,修正电动势归一化和电荷再分配现象导致的SOC估计的误差。最后,通过多个温度下的随机变电流放电实验数据,将基于动态容值修正的SOC估计值和电流Ah积分法得到的SOC参考值进行对比,证明该SOC估计方法的准确性。

以预锂化钛酸锂为负极的混合型超级电容器的性能研究

通过对钛酸锂(LTO)负极进行电化学预锂化能够解决活性炭/钛酸锂(AC/LTO)混合型超级电容器在1.5~2.0 V电位区间的"跳水"现象(有电压没容量)。软包装AC/LTO超级电容器件的恒流充放电和循环伏安测试结果表明;当AC与LTO质量比为2:1,负极预锂化程度为5%~30%(按LTO实际容量150 m Ah/g计)时,超级电容器在1.5~2.0 V低电位区间的容量显著提高。尤其当预锂化程度为20%时,器件在1.5~2.8 V全电压窗口呈现良好的线性充放电行为,同未预锂化的单体相比,比能量提高20%以上,100C电流下能量保有率为5C时的63%,表现出优异的倍率性能。但过度预锂化会导致负极容量不足,对器件性能造成不良影响。

恒流充放电过程中双电层电容器温度特性

温度特性是双电层电容器的重要特性之一,在电容器充放电过程中伴随着可逆热和不可逆热的产生。利用有限元技术对双电层电容器在恒流充放电循环过程中的内部及外部传热进行数值模拟。同时,对一个双电层电容器样品在循环过程中的内部及外部温度变化进行了测量。对数值模拟结果和实验数据进行对比,分析了恒流充放电循环过程中双电层电容器内部和外部的传热特性、温度分布及其发展变化,讨论了循环过程中电容器可逆热的变化规律及其影响因素,以及由可逆热引起的温度波动的变化。另外,实验数据表明,超级电容器在大电流充放电过程中需要进行冷却。

锂离子电容器研究进展及示范应用

锂离子电容器兼具双电层电容器的高功率密度与锂离子电池的高能量密度特性,极大程度的满足了电动公交车、节能电梯和有轨电车等的工况需求,成为近年来各科研院所和高新企业的研究热点。从锂离子电容器的工作原理、电极材料体系以及负极预嵌锂技术等方面阐述了国内外的相关研究进展,并系统的介绍了作者课题组自主开发的能量密度大于20Wh kg-1的锂离子电容器在城市纯电动公交车上的示范应用。运行结果表明,锂离子电容器在固定线路电动公交车领域具有良好的应用前景:1储能量大,实现20 km以下线路首站一次充电跑完全程;2先进的通讯管理系统,实时监控锂离子电容器运行情况,及早预判故障,提高运营安全;3先进的热管理系统,电容单体的最高温度仅比环境温度高3~4℃,完全能够承受高温天气的考验。

混合动力车用电化学能源系统

对混合动力车用电化学能源系统的技术要求和各种电化学能源——蓄电池、超级电容器、燃料电池、阀控超电池等的优缺点作了简要的论述。从电性能、安全性和价格等方面综合考虑,认为MH-Ni电池、混合型超级电容器(CK/OH溶液/NiOOH)作为混合动力车的辅助能源是目前合理的选择。

基于活性炭/镍钴锰酸锂(AC/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)复合正极的锂离子超级电容电池的构建及其电化学性能

采用有机体系(NMP+PVDF)混料及乙醇萃取的方法成功制得活性炭/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(AC/NCM)复合电极片,通过设计不同AC/NCM配比能够调控能量和功率密度。选取AC/NCM为1/3配比的复合正极和硬碳(HC)负极组装的超级电容电池循环伏安(CV)曲线呈现近似矩形的容性特征,恒流充放电过程电压随时间的变化(V-t曲线)呈现出良好的线性行为。此外,采用导电炭黑(SP)/碳纳米管(CNT)/石墨烯(graphene)=3/1/1的质量比设计了复合导电剂,立体导电网络的构建有效降低了器件内阻。按照IEC 62660—1标准,在2.5～4.2 V电压窗口,83.4 W/kg功率密度下测得的能量密度高达66.6 W·h/kg,在最大功率密度6.5 kW/kg下测得的能量密度为21.5 W·h/kg。器件充满电后在65℃高温存储168 h能量保有率为97.4%,且无任何胀气现象,平均自放电率为27.5 mV/天,表现出优良的高温特性。采用14 C和50 C电流循环充放电1000次后能量保有率分别为99.06%和96.45%,体现出该超级电容电池的长寿命优势。在12kW/kg平均放电功率密度下进行脉冲测试,连续放电100次后该器件仍表现出良好的稳定性,表明在车辆启动、脉冲器件等领域具有极大的应用潜力。

PANI/MWCNT复合材料电容性能研究

采用化学氧化法制备了聚苯胺(PANI)及聚苯胺/多壁碳纳米管复合材料(PANI/MWCNT),扫描电镜(SEM)、IR表征样品并利用循环伏安法、交流阻抗及恒流充放电测试研究其电容性能。结果表明,PANI/MWCNT电极在1 mol/L的H2SO4溶液中电容性能良好,在5 mA/cm2的电流密度下比电容为523 F/g。PANI/MWCNT电极较纯PANI电极有更好的大电流放电能力,50 mA/cm2下复合电极的比电容仍达490 F/g,容量仅衰减了6.31%,而PANI电极的容量则衰减了29.74%。交流阻抗证明,与纯PANI电极相比,PANI/MWCNT复合电极的电阻较低,且具有更为优越的功率性能。