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2022年, 第44卷, 第4期　刊出日期：2022-04-25 上一期    下一期

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面向碳中和的新能源汽车与车网互动技术展望 魏一凡,韩雪冰,卢兰光,王贺武,李建秋,欧阳明高 2022 (4):  449-464.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.001 摘要 ( 815 )   HTML ( 105 )   PDF(11011KB) ( 1001 )   针对新型电力系统由于可再生能源的高比例渗透，而面临灵活性调节资源不足的问题，本文提出了以新能源汽车为核心的储能、氢能和智能耦合的交通能源电力一体化技术方案，并给出了相应的技术可行性、发展路线图和政策建议。测算结果显示，车载动力电池与电网互动是安全性高、成本低、规模大的分布式短周期储能方式，到2040年约3亿辆电动汽车装载200亿kW·h电池，其中灵活调节容量超过100亿kW·h，能满足短周期峰谷调节的需求。而由氢能交通带动的氢能多元利用，是长周期、集中式能量转换的理想方式，二者结合能满足我国2040年日内和季节性电力调峰需求，为双碳目标的达成提供有力支撑。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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锂离子电池机械滥用失效机理及仿真模型研究进展 刘首彤,黄沛丰,白中浩 2022 (4):  465-475.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.002 摘要 ( 348 )   HTML ( 20 )   PDF(3885KB) ( 400 )   本文中聚焦机械滥用下的动力电池安全研究，总结和分析了锂离子电池在压痕、针刺和压缩等机械滥用条件下的失效机理，并详细阐述了目前针对电池机械滥用仿真的多种分析模型。最后对未来关于锂离子电池机械滥用失效机理、仿真模型和安全设计方面的研究做出展望。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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新型动力电池热管理系统设计及性能研究 曾祥兵,谢堃,张伟,徐俊超,张培根,孙正明 2022 (4):  476-481.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.003 摘要 ( 347 )   HTML ( 18 )   PDF(1861KB) ( 525 )   为提高动力电池液冷系统和加热系统的冷却和加热效果与安全性，本文中基于理论分析和数值模拟的方法设计了一种新型冷热集成系统。其中，液冷板采用独立式盘绕铝管嵌入铝材基板结构，并设计了流量分区以适应电池模组差异化的冷却需求，而低温条件下电池模组的快速加热，则通过集成PTC热敏电阻模块来实现。实验结果表明，在环境温度为40 ℃条件下进行快速充电和大功率放电循环时，电池包4个分区的最高温度均低于45 ℃，且各分区温差在1 ℃左右；在环境温度为-20 ℃时，内部加热方案可快速将电池包温度由-20 ℃上升至可大电流充电的温度，且其能耗比外部循环加热方式降低41.4%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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不同充电倍率下锂离子电池组冷却系统结构设计 吴晓刚,齐明山,杜玖玉,Shchurov N. I.,Shtang A. A. 2022 (4):  482-494.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.004 摘要 ( 255 )   HTML ( 10 )   PDF(6800KB) ( 506 )   针对锂离子电池组在不同充电倍率下最高温度和单体温度均匀性的要求，在构建动力电池热模型的基础上，以抑制电池组内最高温度和最大温差为目标，仿真分析了液冷板布置位置、流道设计和冷板出入口位置等因素对电池组温度的影响规律。仿真结果表明，本文所设计的冷却系统，在电池组以2C倍率充电时，最高温度可控制在35.5 ℃，温差不超过5 ℃。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于电化学热耦合模型的锂离子电池快充控制 孙涛,郑侠,郑岳久,卢宇芳,匡柯,韩雪冰 2022 (4):  495-504.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.005 摘要 ( 220 )   HTML ( 12 )   PDF(5336KB) ( 352 )   现有的锂离子电池电化学机理模型，在快充控制过程中未考虑产热与化学反应之间的耦合关系，导致模型无法准确地描述电池内部的反应和状态。为进一步提高模型的预测能力，须在等温模型的基础上耦合产热模型，为此本文提出一种基于电化学热耦合的快充控制模型。首先将电化学热耦合模型参数进行分类，分析各种参数获取方式并进行精确测量和参数辨识。模型建立后，对模型精度进行验证的结果表明：在不同温度下，模型输出的端电压、负极电位和温度结果都达到了较高精度，说明模型适用于宽温度区间内的快充仿真。同时对模型中反应速率常数和环境温度参数进行了敏感性分析。之后，结合PID控制器对模型进行快充控制仿真，通过负极电位估计值实时调节并优化充电电流，实现了电池在宽温度区间内的无析锂快充电流仿真。最后，模型仿真结果与恒流充电对比验证表明，所提出的快充策略能使电池快速充电，同时避免析锂副反应的发生。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于FFRLS-EKF联合算法的锂离子电池荷电状态估计方法 孙金磊,邹鑫,顾浩天,崔凯,朱金大 2022 (4):  505-513.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.006 摘要 ( 186 )   HTML ( 5 )   PDF(3903KB) ( 249 )   针对现有基于电池恒定参数模型的SOC估计方法忽略了工况和SOC对电池模型参数的影响而导致SOC估计误差偏大的问题，本文提出一种将带有遗忘因子递推最小二乘算法与扩展卡尔曼滤波算法相结合的联合SOC估计方法。该方法先利用FFRLS算法在线辨识电池等效电路模型参数并实时修正电池模型，再利用EKF算法和实时修正的电池模型估计电池SOC。实验结果表明，本文所提的SOC估计方法能有效减小电池模型参数变化所带来的SOC估计误差。在脉冲放电、脉冲充电和动态应力测试实验中，最终电池SOC估计的最大误差分别为1.01%、0.87%和1.59%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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融合工况识别的增程式电动汽车模糊能量管理策略研究 陈勇,魏长银,李晓宇,李彦林,刘彩霞,林霄喆 2022 (4):  514-524.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.007 摘要 ( 222 )   HTML ( 11 )   PDF(4550KB) ( 278 )   针对模糊能量管理策略设计仅依赖专家经验很难适应复杂工况的问题，本研究提出了一种基于神经网络工况识别的增程式电动汽车模糊能量管理策略。首先，基于中国货车行驶工况（CHTC-HT）数据，利用改进遗传算法优化的BP神经网络构建工况识别模型；其次，根据所识别的工况类型，融合电池SOC及整车需求功率参数，设计了自适应模糊能量管理策略，通过实时获取发动机功率输出实现能量优化分配；最后，通过硬件在环测试验证了所提出的方法。结果表明自适应模糊策略油耗相比规则策略降低9.67%，比模糊策略降低7.84%，有效提高了整车经济性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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计及出租车充电行为的微电网能量管理研究 陈宇,吴晓刚,杜玖玉,孙金磊 2022 (4):  525-534.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.008 摘要 ( 117 )   HTML ( 2 )   PDF(4762KB) ( 178 )   针对可再生能源发电和电动汽车并网的不确定性给微电网运行的经济性和稳定性带来挑战，本文在设定不同充电场景的基础上，构建了考虑光伏发电和出租车充电不确定性的微电网经济运行模型，以最小化微电网总发电成本为目标，各分布式电源的功率限值与功率平衡为约束，采用混合粒子群优化算法进行求解，得到不同充电场景下各分布式电源的最优功率输出和系统在调度周期内的最低运行成本。优化结果表明，综合优化充电行为能提高孤立微电网的可调度性，使微电网的运行成本降低21.2%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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面向冬奥示范的新一代燃料电池系统技术突破 方川,袁殿,邵扬斌,徐梁飞,李飞强,胡尊严,李建秋,周宝,戴威 2022 (4):  535-544.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.009 摘要 ( 257 )   HTML ( 28 )   PDF(4515KB) ( 301 )   燃料电池汽车是新能源汽车的重要技术路线。针对2022冬奥应用环境，开展了燃料电池发动机系统高密度集成、耐久性管理和低温冷启动技术研究，提升其性能及低温环境适应性。车辆在张家口进行了近3年示范运营，经历了-20 ℃以下的低温环境，通过抽取样本信息，分析了燃料经济性、耐久性和可靠性。示范运营积累的经验和改进措施为2022冬奥会“氢能出行”服务及燃料电池汽车示范城市群项目实施打下基础。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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面向耐久性提升的车用燃料电池系统电控技术研究进展 王亚雄,王轲轲,钟顺彬,何洪文,王薛超 2022 (4):  545-559.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.010 摘要 ( 421 )   HTML ( 29 )   PDF(2343KB) ( 491 )   车用燃料电池系统耐久性是制约燃料电池汽车发展的技术瓶颈之一。汽车运行工况复杂多变，燃料电池系统内部温度、湿度、压力等运行参数控制难度较大，且处理不当会加剧电堆寿命衰减。本文立足于车用燃料电池系统电控技术，分析了不同的运行工况和运行参数的波动对燃料电池性能衰退的影响，并对燃料电池系统组成、结构、控制器硬件、控制目标和常用管控策略等进行了介绍。总结出，通过功率调节与车载储能装置进行能量分配和功率控制，并结合基于模型的燃料电池系统控制方法可更好地实现温度、湿度、压力等运行参数的管控，保证燃料电池处于合适工作条件，延长使用寿命。最后，展望了车用燃料电池系统电控技术的发展趋势。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于WO3阵列的高效PEM电解水铱负载电极 姜广,迟军,姚德伟,俞红梅,邵志刚,刘聪,尹立坤,高学强 2022 (4):  560-566.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.011 摘要 ( 130 )   HTML ( 4 )   PDF(4042KB) ( 166 )   PEM电解水阳极面临高电位强氧化的环境，同时受限于金属铱的高昂价格，开发低成本、高活性与稳定性的析氧电极面临巨大挑战。本文通过操作简单的浸渍法在WO3阵列表面进行铱负载，得到的Ir@WO3电极在PEM电解水析氧电极中具有较高的活性与应用化价值。通过优化铱前驱体的浸渍量，当载量为0.15 mgIr·cm-2时，电极呈无序多孔结构，铱在电极表面均匀分布。单电解池测试膜电极2.0 V下性能达到2.3 A·cm-2，此时铱质量比活性提高至15.5 A·gIr-1，传质极化区域tafel斜率降低至360 mV·dec-1；相比商业化铱黑喷涂电极，WO3阵列载体的电极在提高催化剂质量活性与降低电极的传质极化方面具有优势。本研究提供的电极制备方法与性能研究思路对于发展低成本高活性PEM电解水膜电极具有一定的价值。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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碱性水电解制氢系统建模综述及展望 李洋洋,邓欣涛,古俊杰,张涛,郭斌,杨福源,欧阳明高 2022 (4):  567-582.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.012 摘要 ( 1100 )   HTML ( 80 )   PDF(4913KB) ( 2082 )   本文中以建模为重点对碱性水电解制氢系统的现状与展望进行综述。首先，对水电解制氢多种方式进行了对比分析，并重点阐述了碱性水电解制氢系统现状：碱性水电解制氢技术存在投资成本低、寿命长、规模大的特点，是现阶段实现“碳达峰”目标的重要手段。接着，在碱性水电解制氢系统建模方面定量地深入分析了电解槽能耗、气体纯度和温度与系统控制的影响机制。本研究为碱性水电解制氢技术的发展提供理论和技术支撑。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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电动汽车驱动系统直流母线稳定性分析 林程,孙建侠,徐垚,易江 2022 (4):  583-590.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.013 摘要 ( 235 )   HTML ( 9 )   PDF(2280KB) ( 248 )   为提高电动汽车高压系统直流母线品质，基于稳定性分析原理提出了对驱动系统负载的限制要求。根据阻抗分析法建立了源/载侧阻抗模型，依据Middlebrook稳定判据推导了系统在全频域范围内的稳定条件，对接入直流母线的负载功率做出了明确限制。在此基础上，研究了通过源/载侧阻抗匹配提高系统稳定性的方法，为系统参数设计提供了理论依据。最后结合具体电动汽车实例，通过实验验证了分析结论。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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新能源汽车高压线束在机械外载下失效试验及仿真研究 赵杨,徐小飞,吴海龙,葛宇龙 2022 (4):  591-600.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.014 摘要 ( 176 )   HTML ( 13 )   PDF(6433KB) ( 289 )   随着新能源汽车的发展和普及，针对其电池系统碰撞安全研究的重要性日益凸显。高压线束作为新能源汽车高压电气系统的关键零件，研究其在碰撞工况下的电安全性能尤为重要。本文基于电池系统在碰撞工况下其高压线束可能遭受的典型挤压外载，选取直径15.8 mm的线束设计了D5柱面和V60楔面两种工况动静态挤压试验，试验过程中实时监测冲头与线束内部导体之间短路的发生，并对护套、绝缘层、导体3种组份材料进行拉伸、压缩等试验标定相应材料模型。通过线束结构试验和组份材料试验分别标定线束的单组份均质化模型和导体-等效绝缘层双组份模型。研究结果表明：线束在机械载荷下有很强的动态效应，动态下的力学响应升高。线束的短路行为与外载工况、加载速度高度相关。两种高压线束仿真模型利用单元删除来预测线束短路的仿真结果与试验结果基本一致，两种模型均可准确地预测线束在挤压工况下的短路风险。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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纯电动汽车低压电气系统效率研究 程夕明,胡薇,翟钧,罗荣华,张盼,徐野 2022 (4):  601-608.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.015 摘要 ( 202 )   HTML ( 12 )   PDF(2953KB) ( 438 )   为降低纯电动汽车的能耗和延长其续航里程，系统地研究了纯电动汽车低压电气系统效率低下的原因和能量管理策略的改进措施。首先，采用前向仿真方法构建适应长时间快速运行的低压电气系统效率模型，其中，DC/DC变换器效率模型由1阶惯性环节和效率插值函数组成，系统控制模型包括了浮充控制和规则控制两种策略。然后，搭建了系统试验台架，进行部件和系统的性能测试，以提取模型参数。最后，通过仿真和试验研究了负载功率、变换器效率、环境温度、蓄电池类型和控制策略对系统效率的影响。结果表明：系统效率会随着平均功率的减小、变换器效率的降低和蓄电池内阻的增高而下降，怠速时间的缩短、控制策略的改进和蓄电池类型更换都能提升系统效率，且规则控制的锂离子电池低压电气系统在轻载条件下能使系统效率提升10%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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智能网联电动汽车经济性巡航速度规划 张哲,丁海涛,张袅娜,郭孔辉 2022 (4):  609-616.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.016 摘要 ( 219 )   HTML ( 10 )   PDF(3511KB) ( 295 )   本文中在充分利用智能交通环境信息的前提下，提出一种基于滚动距离域近似动态规划的经济性巡航速度规划方法，实现了车辆在不同坡度道路上的经济性巡航，有效延长电动汽车的续航里程。首先，根据动态交通环境，设计了基于距离域的分段滚动形式，建立车速与道路坡度的映射关系；其次，采用了带有异步并行网络的近似动态规划算法，综合考虑安全性和通行效率，快速求解经济性巡航车速；最后，搭建智能网联汽车硬件在环仿真平台对所提方法进行了验证。结果表明，与传统定速巡航策略相比，本文中提出的方法在不增加通行时间的前提下，可有效降低车辆能耗，延长续航里程。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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电动汽车动力电池研究展望：智能电池、智能管理与智慧能源 王亚楠,韩雪冰,卢兰光,冯旭宁,李建秋,欧阳明高 2022 (4):  617-637.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.017 摘要 ( 245 )   HTML ( 15 )   PDF(11764KB) ( 425 )   本文针对电动汽车动力电池系统现存关键问题和主要需求，从材料科学与系统科学等多个层面对动力电池及其相关技术展开评述，聚焦于智能电池、智能管理和智慧能源三大方向阐述动力电池系统从感知、监测、管理直至能源互动的研究现状及发展趋势，为电动汽车动力系统在安全性、动力性、耐久性等多维度的综合管理和在能源与交通的智慧互联研究提供参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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SiC功率模块封装技术及展望 蔡蔚,杨茂通,刘洋,李道会 2022 (4):  638-648.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.018 摘要 ( 518 )   HTML ( 30 )   PDF(5874KB) ( 732 )   SiC MOSFET器件的集成化、高频化和高效化需求，对功率模块封装形式和工艺提出了更高的要求。本文中总结了近年来封装形式的结构优化和技术创新，包括键合式功率模块的金属键合线长度、宽度和并联数量对寄生电感的影响，直接覆铜（DBC）的陶瓷基板中陶瓷层的面积和高度对寄生电容的影响，以及采用叠层换流技术优化寄生参数等成果；综述了双面散热结构的缓冲层厚度和形状对散热指标和应力与形变的影响；汇总了功率模块常见失效机理和解决措施，为模块的安全使用提供参考。最后探讨了先进烧结银技术的要求和关键问题，并展望了烧结封装技术和材料的发展方向。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标