电池范文5篇

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篇(1)

　　摘要： 废旧电池的随意丢弃会带来严重的环境污染以及资源的浪费，同时其回收再利用的空间也较大。目前我国在废电池的处理和回收利用上仍然存在许多问题，如何建立和健全我国的废电池回收利用机制，成为我们应当关注的重点。

　　伴随我国科技水平及社会生活水平的不断提高，越来越多的电子产品被人们购买和使用。而电池作为一种便携式能量储存器，消耗量与日俱增，其所含的重金属等物质一旦进入环境中的土壤、水体等，会对人体造成不同程度的危害;同时，如果有合适的处理方法，这些重金属又有很大的回收利用价值。目前，我国在废电池的回收处理上还处于起步阶段，仍然具有很大的发展空间。如何根据我国废电池回收处理的现状，提出合理的解决办法，已经成为一个刻不容缓的问题。

　　1 废电池对环境的危害

　　电池中含有大量的有毒有害物质，如果进行随意的丢弃，其对环境造成的影响也是相当巨大的，科学调查显示，一颗纽扣电池一旦随意丢弃，可以污染掉高达60万升的水体，约等于正常人一生的用水量。概括起来，废电池的危害主要有以下几个方面：

　　1.1 酸、碱电解质溶液的污染

　　废电池中含有大量的酸性和碱性溶液，特别是经过雨水的冲刷和淋溶之后，会对附近的水体和土壤的PH值造成影响，导致土壤及水体的酸化或碱化，水体PH值的改变直接影响水中生物的生长繁殖;同时，环境的改变也会对人类的健康造成影响。

　　1.2 重金属污染

　　从电池的主要结构可以看出，电池中含有大量的重金属，总的来说主要有Zn、Hg、Cd、Ni、Pb等，这些重金属一旦流入生态系统并进入食物网，会对人体的健康造成诸多不利影响。

　　汞特别是有机汞化物具有极强的生物毒性和极长的脑器官生物半衰期，能引发中枢神经疾病;铅会导致人体精神紊乱及消化系统的损害等;镉具有致癌性，是引发疼痛病的元凶;镍、锌的毒性相对较小，同时还是人体必需的微量元素，但是如果摄入过多，同样会对人体造成一定的危害。

　　1.3 其他污染类型

　　除了酸、碱电解质以及重金属的污染，废电池的随意丢弃和处理也会带来其他方面的污染。例如：废电池在进行焚烧处理的过程中释放的污染物对大气造成的危害;在废电池集中清运、贮存过程中由于管理不善，造成局部地区更加严重的污染问题等等。

　　2 我国废电池处理的现状

　　我国是电池的使用大国，对废电池进行资源化回收利用对于环境的保护以及资源的再生都有着极大的效用，然而就目前我国的废电池回收处理现状来看，仍然存在大量的问题。

　　2.1 缺乏相关教育，个人意识淡薄

　　由于对废电池相关影响的知识教育的却乏，大部分人认识不到废旧电池对环境危害的严重性，环保意识的淡薄使得群众不能积极主动的参与到旧电池的回收处理上，致使许多的电池回收设备形同虚设，并不能够很好的利用起来。

　　据调查，目前我国电池的年使用量高达70亿左右，并以每年10%左右的速度在增长，然而其回收力度却不足2%。较低的回收水平也导致废电池的处理难以产业化、规模化。

　　2.2 处理技术的要求高，利润低

　　由于废旧电池中含有大量的有毒有害物质，特殊的结构又决定了其处理难度的升高，加上处理水平和经济条件的制约，使得废电池的回收很难向产业化发展。同时该产业较低的处理利润很难吸引较多的投资者投资处理，给废电池的回收处理带来一定的困难。

　　2.3 相关法律制度的缺乏

　　到目前为止，我国仍然缺乏对废旧电池处理的相关法律法规，因此，使得生产者、消费者和使用者之间很难分清各自应当承担的责任。由于缺少法律的制约使得一些正式的回收处理厂商经常面临回收量不足的困境;另一方面，一些对环境污染较大的小加工作坊由于技术上的难以跟进及设备的缺乏，不但使得废电池中的有用物质很难得到回收利用，还会带来更加严重的二次污染。

　　3 我国废电池回收的发展建议

　　3.1 开发新的回收利用技术

　　在传统的废电池回收利用中，主要用到的是湿法冶金处理工艺和火法冶金处理工艺。其中湿法工艺是利用重金属盐可以与酸发生反应生成各种可溶性盐的特点，进而用电解等方法进行分离提纯;火法工艺主要利用金属化合物高温下的氧化还原反应得以将其回收利用。两种方法在处理过程中有一定的优越性，也存在一定的二次污染问题，如电解过程中水体的污染以及高温下的热污染等等。

　　因此可以对传统的处理工艺加以改进，比如加入一些预处理的工艺，从而简化传统工艺的工作条件，减少其带来的一些污染;再者可以增加一些后续处理设备，尽量使产生的二次污染危害最小化。

　　3.2 提高群众意识

　　加大关于废电池的危害及处理过程的教育力度，增强民众的环境保护意识，从回收源头上解决处理难题，实施分类回收和处理方针，尽量做到回收的规模化、正式化。

　　3.3 完善相关法律法规

　　良好的法律制度是市场经济中企业健康发展的有效外部力量，在我国废电池回收市场的发展上应当逐步建立和健全相关的政策，明确企业及相关人员的责任、义务、权力和处罚条件，建立完整的废电池回收、处理体系，实施企业化管理模式，关闭不符合环境要求的小作坊，对存在问题的回收企业实行整改，逐步完善回收处理市场。

　　3.4 实施合理的经济手段

　　由于我国电池价格普遍偏低，造成对消费者的错误引导，因此可以通过对电池进行合理定价(将污染治理的部分费用并入商品的价格中)来减少电池的使用，同时对电池的生产企业征收合理的环境治理费用。将这些费用利用到废电池的回收和利用上，对回收利用企业给予补贴，提高其回收生产积极性。

　　4 总结

　　废电池的随意堆放和处理对环境造成的影响大，严重危害人体健康，因此对废电池的回收利用很有必要。目前我国对废电池的回收利用还刚刚起步，仍然面临着诸多问题，更应当提高认识、加强管理，多学习其他国家先进的处理模式，做到科学的、系统化的回收利用，以实现废电池的减量化、无害化和资源化。

　　参考文献：

　　[1]崔燕，王海宁.浅谈废电池的处理与综合利用〔J〕.科技情报开发与经济，2007，17(10)：265-266.

　　[2]王雪松.我国废旧电池回收处理行业的现状及对策〔J〕.现代商贸工业，2009(2)：60-61.

　　[3]王金良，王琪.再谈废电池的污染及防治〔J〕.电池工业，2003,8(1)：37-40.

　　[4]白青子，白云起，钟乃良.废电池回收利用与二次污染的防治〔J〕.中国资源综合利用，2004，(5)：30-32.

　　[5]俞远.废电池的回收和处理〔J〕.河北化工，2004(1)：56-57.

　　[6]代学民，邓大鹏，王霞.浅淡废电池的回收及综合利用技术〔J

篇(2)

　　东南大学2005年1月12日公开了CN1564326软基固态染料敏化薄膜太阳能电池及制备方法。软基固态染料敏化薄膜太阳能电池是一种成本低、制造工艺简单、性能稳定、理论上寿命可以达到20年以上的软基太阳能电池，该太阳能电池的结构为层状结构，即：在透光导电聚酯片下设有TiO2纳米晶膜，在TiO2纳米晶膜下设有LnPc2敏化层，在LnPc2敏化层下设有固体电解质层，在固体电解质层下设有柔软金属膜背电极，在柔软金属膜背电极下设有高阻隔复合Al膜。

　　利用纳米尺度的半导体材料如TiO2、ZnO、SnO2等作为太阳能电池的光电极的研究是世界范围的研究热点，其中纳米TiO2由于光稳定、无毒成为研究光电太阳能转换电池使用最普遍的材料。

　　研究进展

　　1991年，瑞士洛桑高等工业学校的Brian O Regan和Graetzel M 报道了一种以染料敏化TiO2纳米晶膜作光阳极的新型高效太阳能电池，从而开创了太阳能电池的新世纪，世界上第一个纳米太阳能电池诞生了。

　　但是利用液态电解质作为空穴传输材料实践中存在许多无法改进的缺陷，如由于密封工艺复杂，长期放置造成电解液泄露，电池中还存在密封剂与电解液的反应，电极有光腐蚀现象，且敏化染料易脱附等，研究者们以固态空穴传输材料取而代之制备出全固态纳米太阳能电池，并取得可喜的成就。

　　1996年，Masamitsu等人利用固态高分子电解质制备了全固态太阳能电池，利用特殊的制备方法获得了高离子导电性的电解质，得到了连续的光电流，并得到0.49%的光电转换效率。

　　1998年Graetzel等人利用OMeTAD作空穴传输材料得到0.74%的光电转换效率，而其单色光光电转换效率达到了33%，引起了世人的瞩目，使纳米太阳能电池向全固态迈进了一大步。

　　国际上的研究热点之一是将单个液结TiO2纳米太阳能电池串联，以提高开路电压。中科院等离子体物理研究所为主要承担单位的研究项目在此领域取得重大突破性进展，2004年10月中旬建成了500瓦规模的小型示范电站，光电转换效率达到5%。这项成果使我国大面积染料敏化纳米薄膜太阳电池的研制水平处于国际领先地位，为进一步推动低成本太阳电池在我国的实用化打下了牢固基础。

　　专利

　　国内外都公开了一些相关领域的专利，其中日本的专利数量最多。下面选取近几年部分专利简单介绍。

　　北京大学2002年5月22日公开的CN1350334纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，涉及一种纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，以宽禁带半导体纳米晶膜为基底，在该基底表面吸附一层金属离子，再在金属离子吸附层上吸附光敏化剂。通过金属离子的表面修饰，改善电极的光电转换性能，提高太阳能电池的光电转换效率。与单纯TiO2相比，基于金属离子修饰TiO2纳米晶太阳能电池的光电转化效率提高了5～14%，可作为电极广泛应用于太阳能领域。

　　复旦大学2005年7月27日公开的CN1645632一种固态染料敏化纳米晶太阳能电池及其制备方法，具体为一种采用离子液体与无机纳米粒子之间的氢键相互作用形成的染料敏化纳米晶表面组装上固态电解质作电解质材料的太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池中，在吸附光敏化剂的宽禁带半导体纳米晶膜的表面组装固态电解质来代替液体电解质，解决了液体电解质的封装问题，而且在不明显降低电池的光电转化效率的前提下，能够大幅度延长染料太阳能电池的使用寿命。其中的宽禁带半导体纳米晶膜为TiO2纳米晶膜。

　　中国科学院等离子体物理研究所就染料敏化纳米薄膜太阳电池申请了多篇专利，其中2003年9月24日授权公告的3篇发明专利分别涉及到染料敏化纳米薄膜太阳电池的电解质溶液、电极制备方法、密封方法等，CN1444290公开的染料敏化纳米薄膜太阳电池用电解质溶液，以A、B或B、F或A、B、F为主体组分，通过复配或不复配其它四个组分中的一个或几个组分组成电解质溶液，其中A组分—有机溶剂或混合有机溶剂;B组分—电化学可逆性好的I2/I-(即I3-/I-)氧化还原电对;C组分—光阳极的配合剂;D组分—碘化物中阳离子的配合剂;E组分—I2的配合剂;F组分—离子液体;G组分—紫外吸收剂。这种电解质溶液，具有较高的电导率、较低的粘度、良好的电化学可逆性、良好的低温稳定性、较强的耐紫外线性能，能提高太阳电池效率，增加太阳电池寿命，本身性能稳定，对环境无污染等优点。

　　中国科学院等离子体物理研究所2005年9月7日公开的CN2724205大面积内部并联染料敏化纳米薄膜太阳电池，包括有上、下两面透明基板，透明基板上有透明导电膜，透明导电膜上有导电电极与催化剂层间隔排布，另一透明导电膜上导电电极与纳米多孔半导体材料块间隔排布，纳米多孔半导体材料中浸渍有染料。将两块透明基板叠放在一起，周边密封成腔体，腔体中有电解液。本实用新型制作电池内部并联电极，获得所需要的该太阳电池输出电流。电池密封功能好，保证了电池运行的长期稳定性。本实用新型的技术和方法操作简单易行，价格低廉，电池性能稳定。

　　日本SEIKO EPSON CORP于2001年4月27日公开了JP2001119052半导体和太阳能电池及其制备方法。传统的湿型太阳能电池在氧化钛电极中包含染料，对于吸收波长非常敏感，但是由于TiO2会分解这些有机染料，它的寿命达不到实用的要求。本专利将锐钛矿型TiO2微粒烧结成多孔TiO2半导体，还包含杂质铬或钒，解决了这个问题。

　　日本KANEKO MASAHARU于2003年6月24日公开了染料敏化太阳能电池及TiO2薄膜和电极的制备方法，提供了一种制备多孔TiO2薄膜的喷涂分解方法，适用性和生产率都得到保障，利用这种薄膜作太阳电池的电极可以提高了太阳电池的能量转换率。具体方法是将一种钛混合物添加到TiO2溶胶溶液中，得到一种原材料溶液，或将非晶TiO2溶胶溶液和锐钛矿TiO2溶胶水溶液混合得到另一种原材料溶液。间歇地将这两种原料溶液喷涂到基底上，在高温下热分解钛混合物，在基底上形成TiO2多孔薄膜。在透明电极和TiO2多孔薄膜之间用有机钛混合物为原材料制备一层密实的TiO2缓冲膜。

　　希腊LIANOS PANAGIOTIS于2004年11月4日公开了WO2004095481用纳米结构有机无机材料制作的电化学太阳能电池，描述了一种固态光电化学太阳电池的结构，包括纳米有机-无机材料的薄膜，可以将太阳能转换为电能。电池的主要组成部分包括：(1)商用透明导电玻璃;(2)透明的TiO2薄膜，钌有机金属混合物作为光敏剂;(3)由纳米结构的有机-无机材料制备的固态凝胶电解液层;(4)作为阳极的商用导电玻璃，可以淀积一层铂。

　　应用前景

　　纳米TiO2太阳能电池有着可以与传统固态光伏电池相媲美的高光电转换率，加之价格低廉，使这种电池具有广阔的前景和潜在的商业价值。虽然此类太阳能电池还存在一些问题，仍需进一步深入研究。但是，纳米太阳能电池以其高效低价无污染的巨大优势挑战未来，我们相信，随着科技发展，研究推进，这种太阳能电池应用前景广阔无限。

篇(3)

　　摘 要：对于机械、建筑结构的振动监测十分重要，这是预防设备出错、监测建筑结构异常的主要依据。而传统的振动信息监测节点存在重大缺陷，如有线供电方式布线困难、布线成本高等，若采用电池供电则需要定期更换电池，同时电池会对环境造成一定污染。文中提出了一种基于双压电片的无电池频率监测节点设计，采用压电片1进行振动能量收集(向整个节点供电)，采用压电片2进行信息采集。该方式无需电池供电，无需布线，大大节省了布线成本与更换电池产生的人工成本。

　　关键词：能量收集;振动;无线传感;监测;信号采集;控制

　　0 引 言

　　机械、建筑结构的稳定性至关重要，而振动的频率和幅度是检测其结构稳定性的重要指标。机械设备在运转过程中，铁轨和大桥在车辆通过时，信号塔在大风中都会产生不同程度的振动。正常情况下，机械、建筑结构的振动保持在一个合理的范围内，但随着结构的老化或在一些突发情况下，这些结构的振动往往会出现异常，很有可能危害设备及人身安全。如机器在发动机的带动下工作时，会产生一定的振动，而机器内部零部件异常时，振动频率和幅度都会发生变化，此时需要及时维修保养，否则极容易损坏精密仪器。

　　因此，对于机械、建筑结构的振动监测十分重要，是预防设备出错、监测建筑结构异常的主要依据。对监测的振动数据进行处理、分析后还可以建立振动信息数据库，有效判断故障类型、故障位置和危害程度[1-3]。

　　1 系统整体架构设计

　　1.1 振动监测方法

　　目前，对于振动信息的监测根据供电方式[1]主要分为两类。

　　(1)有线供电：有线供电方式比较稳定，对于节点的耗电也没有严格要求，但往往存在布线困难、布线成本高等缺点，并且布线一旦完成，不容易更改;

　　(2)电池供电：电池供电方式克服了有线供电的缺点，但对于无线传感节点的耗电有严格要求，即使耗电较低，电池也终将耗尽，而电池的更换成本及电池对环境的污染也是不可忽视的因素[4-5]。

　　1.2 系统整体设计

　　本项目拟采用压电片进行振动能量的收集，并向节点供电。通过该方式采集振动信息将大大降低电池成本和人工成本。系统架构如图1所示。当外界发生振动时，压电片1采集振动能，通过能量收集电路向节点供电;压电片2输出振动信息(频率、幅度)，并向控制模块传输;最后通过无线收发模块发送采集的振动信息[6]。

　　本文优化了振动监测无线传感节点，具有以下优势：

　　(1)无需电池供电，无需布线，大大节省了电池成本以及更换电池产生的人工成本;

　　(2)无需额外的振动信息采集模块，降低了系统功耗;

　　(3)电路板底部用磁铁固定，可以方便地吸附于金属材料之上，使得安装更加简便。

　　2 能量收集

　　2.1 能量收集装置

　　振动是环境中广泛存在的一种能量形式，如大自然中水和空气的流动、工业机器运作时产生的振动等。本文采用压电式振动能量俘获装置，利用压电材料的正压电效应将环境中的振动能转换为电能[7-8]，其输出波形如图2所示。

　　如图2所示，当发生振动时，压电片输出交流(AC)信号，当压电片振动到最大位移时，电压达到最大值Vmax，且振动幅度越大，Vmax的值就越大。因此，可以通过测量Vmax的值得到振动幅度。t为两个峰值间的时间，可以通过测量时间t得到振动频率。

　　2.2 能量收集电路

　　当发生振动时，压电片输出交流(AC)信号，而普通的电子器件需要稳定的直流(DC)电源。因此，压电片和电子器件之间需要交直流能量收集接口电路。最简单的接口电路是二极管桥式整流器(DBR)电路。但由于二极管上存在导通压降，并且DBR电路的能量收集效率受负载阻抗和存储电压的影响，所以DBR电路的能量效率较低。而同步电荷提取(SECE)电路较好地解决了负载阻抗匹配问题，并且无需附加自适应电路。

　　SECE电路及电路波形如图3所示。与DBR电路相比， SECE电路需要额外的器件，包括电感、开关和二极管。当压电片移动到极限位置时，Cp上的电压达到最大值Vmax，然后开关S打开，L和Cp产生LC振荡，电感上的电流达到最大值，然后关闭开关S。L的磁能通过二极管转换成电能，储存在储能电容器Cst中。

　　本文提出了一種采用无源SECE电路收集能量的方式，电路如图4所示。

　　无源SECE电路无需外部电源即可对压电片进行振动能量收集。以正半周期为例，当V(a)>V(b)时，MOS管M2导通，M1截止，则V(b)=0 V。等效电流源ip向Cp、C1充电。当压电片振动到极值位移时，Cp上的电压达到最大值Vmax，C1上的电压为Vmax-VBE(其中VBE为三级管基极和发射极的导通压降)。然后，压电片开始向平衡位置移动，Cp上的电压开始减小，而C1上的电压保持不变。当Cp上的电压下降到Vmax-2VBE时，三极管Q4导通，Cp上的电荷向电感L转移，当电感上的电流达到最大值时，三极管断开，电感通过二极管向负载电容Cr充电。

　　3 信号采集

　　当对压电片进行能量收集时，会改变压电片1的电压波形，因此无法对压电片1进行信号检测。本文采用压电片2进行信号检测。信号检测电路如图5所示。

　　压电片的两端分别为a，b。因为压电片输出为交流信号，因此信号采集电路需要一个全桥整流电路，其由4个二极管组成。压电片的输出电压较高，因此使用了一个20 MΩ和1.5 MΩ的分压电阻进行检测。330 kΩ的电阻和100 pF的电容组成了一个积分电路，当压电片的电压达到峰值时，信号采集电路输出一个脉冲。

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篇(4)

　　【摘 要】目前，新能源汽车行业已经成为汽车行业发展起来的新兴产业。当前，环境问题日益严峻，国家已经把环境治理定为一项基本国策，在这个发展形势下，新能源汽车行业突起，目前已经投入汽车市场，发展前景大好。新能源汽车主要依靠动力电池来发动，与传统汽油汽车不同，新能源电动车不仅环保，而且寿命长、安全性能较高，重量轻。论文针对车载动力电池荷电状态监测方法以及健康状态监测方法进行了探究，仅供参考。

　　【關键词】车载动力电池;健康状态;监测;控制

　　1 引言

　　电动汽车主要由电机、电池和电控三大部分组成。其中，动力电池属于核心部件，动力电池的健康状态直接决定着电动汽车能否正常行驶，对动力电池的健康状态进行监测与控制，是对电动汽车做安全管理的基本内容，而对动力电池的健康状态监测包括多个方面的内容，如电压、电流、温度等，这些条件的监测是最基本的。

　　2 目前市场的车载动力电池

　　目前，电动车市场上有多种动力电池，常见的有磷酸铁锂电池、锂电池、镍氢电池、高铁电池、电容电池、燃料电池。每款电池都分别有它的优缺点，磷酸铁锂电池的主要优点是安全性能高、使用寿命长、大容量、重量轻、环保，而它的缺点是能量密度较低，材料的制备成本与电池的制造成本较高。锂电池在生活中是非常常见的一种电池，它的优点是能量高、使用寿命长，在使用过程中不会产生任何有害物质，不仅应用于电动汽车，在生活中也应用到多个方面。锂电池的应用虽然广泛，但是安全性能低、成本高。镍氢电池电动汽车最大的优势就是续航里程长，放电平稳，它的缺点是具有“记忆效应”，过度充电或者放电都会衰减动力电池的使用寿命，而在实际电动汽车中，厂商会在安全系统的设置上主动避免过度充放电。高铁电池的主要优点是体积小、重量轻、寿命长、无污染，但是生产高铁电池过程中对工艺要求非常高，如果生产过程出现任何问题，将会影响到电动汽车的正常使用。电容电池最大的优点就是可以反复充放电数十万次，寿命也比普通的化学电池要高很多，但它最大的缺点就是能量密度很低。燃料电池是将燃料和空气分别送进燃料电池，就能够生产出电来，它的优点是能量转换效率高，具有很强的过负载能力，缺点是燃料电池造价偏高，碳氢燃料无法直接利用等。每种动力电池各有各的优势与缺点，也应用于各种电动汽车的使用，根据购买者的需求和各种综合评价来选择最适合的一款电动汽车。

　　3 车载动力电池健康状态监测的重要性

　　电池老化是电动汽车使用中最常见的一种，电池种类多种多样，其内部结构也非常复杂，在行驶过程中如果出现任何问题，将会严重影响电动汽车的正常行驶，严重时还会发生严重的车祸。目前，已经有了动力电池健康状态监测与控制体系技术，它能够对电池性能、状态信息进行实时监测并且分析影响电池性能不断发展变化趋势，当系统发现动力电池可能会出现严重的故障时会立刻报警。电池都是有一定寿命的，使用时间过长，电池发生老化，在行驶过程中很容易发生故障。因此，对于电动汽车动力电池的健康状态进行监测和控制来说是非常重要的，它在一定程度上可以保证电动汽车的安全性，同时对动力电池进行全方位的实时监测，也让电动汽车在行驶过程中的安全性更高。

　　4 车载动力电池荷电状态监测方法

　　4.1 安时积分法

　　动力电池荷电状态的监测，称为SOC，安时积分法属于开环工作模式，通过计算采样电流对时间的积分得到实时的电池SOC，人们可以根据得到的电池荷电状态进而判断电池的运行状态。但是这种方法的应用也有一定的局限性，这种方法短时间内能维持较高的精确度，但是随着电池使用时间过长，测试电流的误差累计过多，该种方法的精确度会有所下降。

　　4.2 特征参量法

　　电池的特征参量法通常是电池的开路电压和内阻，而特征参量法通过测量电池的开路电压来得到对应的荷电状态监测值，但是在应用的过程中电池的开路电压非常难测量出，需要静置很长的时间才可以得到该数值，且数值会存在很大的误差。该种方法在实际应用中非常少，是因为测试设备昂贵，且测试过程非常复杂，因此应用较少。

　　4.3 数据驱动法

　　该种方法通过数据驱动的方法对电池荷电状态进行监测，再应用到电池狀态估计中。这种方法很大程度上是依靠电池训练数据的有效性和全面性，但是随着电池的持续应用，电池的训练数据在不断变化，同时训练数据也会慢慢失效，影响电池荷电状态的判断。

　　4.4 基于多种方法融合的估计方法

　　这种多种方法融合的估计方法属于闭环工作模式，这种估计方法融合了前几种SOC测量方法，将几种方法的优势与弱势有效融合在一起，可以发挥最大的监测作用，能够有效地对动力电池的荷电状态进行监测。这种方法应用广泛，而对于这种方法的应用研究还在不断继续，使其更加完善与多样化，能够监测到多种电池的荷电状态。目前，该方法中最具有代表性的有自适应扩展卡尔曼滤波技术、双扩展卡尔曼滤波技术等。

　　5 车载电池健康状态监测方法

　　5.1 直接放电法

　　车载动力电池健康状态监测，即SOH估计方法。首先是直接放电法，该方法利用负载对电池健康状态进行监测，但是该方法的操作过程非常复杂，且需要在离线状态下才能监测，而对于电动汽车来说是需要进行实时监测的，因而该方法并不具有实际意义。

　　5.2 测量内部阻抗法

　　动力电池的健康状态可以用欧姆内阻的关系式来表达，通过测量计算得到的欧姆内阻可以用来判断动力电池的健康状态。

　　5.3 电化学阻抗分析法

　　该方法又被称为EIS分析法。该种方法的主要思想是通过向被测量电池施加多个正弦信号，利用模糊理论得到的数据信息进行分析，可以用来预测电池的老化程度，该种方法的特点是测量结果很准确。但是同样的，该种方法需要利用大量数据作为支撑，在实际测量分析环境中，很难得到这么多的数据，因而这种方法在实际工作中并没有很大的实用性。

　　5.4 化学分析法

　　很多动力电池都是依靠化学电解质来产生电能的，具有代表性的应当是锂电池。因此，这类电池的健康状态主要是通过测量电解液密度变化值来估计电池健康状态的。但是这种方法的应用必须要破坏电池中的内部结构，经过破坏后电池无法再继续使用。因而，化学分析法的应用在实际生活中并不切实际，应用很少。

　　5.5 现代估计方法

　　现代估计方法主要是指对电池的健康状态进行定性定量分析，常见的应用算法主要有卡尔曼滤波算法、神经网络算法、模糊逻辑算法等。通过这种算法得出的数据都较为精确，能够实际地判断出动力电池目前的健康状态。因此，这种方法在实际应用中非常常见，成为使用率较高的一种测量方法。

　　6 结语

　　电动汽车作为新能源汽车的一种，自上市以来就受到了我国各界的广泛关注，新能源汽车的研究开发与应用意味着传统汽车暴露出的不足与劣势。传统汽车利用的都是汽油，汽油燃烧所生成的废气中二氧化碳含量最高，过量的二氧化碳造成的温室效应，使得全球气温升高，冰川融化，空气环境质量让人愈来愈担忧。近年来，人们已经体会到了环境污染带来的后果。因此，将更多精力与时间放在环境的治理上，以及新能源的开发应用上。很明显，新能源的开发应用是成功的，新能源是指再生能源，如太阳能、电能、光能、风能等，利用大自然中的自然现象将其转化为人们可应用的能量。电动汽车中应用的电池，就是利用多种方式转化为电能，电力将成为电动汽车的主要能源。同传统汽车需要定期保养一样，电动汽车的电池也需要定期进行更换和检查，就是判断电池的健康状态。正常情况下，电池都是有一定寿命的，电池过于老化会影响到行车安全。因此，电动健康状态的实时监测与控制是有必要的，本文也研究了多种监测方法，有效保证动力电池的健康状态是电动汽车行驶的最大保障。

　　【参考文献】

　　【1】董相龙.基于大数据分析的电动汽车动力电池充电能量预测[J]. 汽车世界，2019(08)：30.

　　【2】杨晴霞，李秀青，高建平，等.模型法估计电动汽车动力电池健康状态[J].河南科技大学学报(自然科学版)，2020，185(04)：6+45-49.

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篇(5)

　　摘要：为了保障集装箱式燃料电池实验室的安全稳定运行，对集装箱式燃料电池实验室的主动氢安全设计、被动氢安全设计进行了介绍，主要包括实验室涉氢区域电气设备的选型、抗爆屋的设计、燃料电池测试设备总电气原理图的设计、实验室安防措施的设计以及燃料电池实验室安全联锁矩阵的建立等措施。

　　关键词：集装箱式燃料电池实验室;主动氢安全设计;被动氢安全设计

　　质子交换膜燃料电池发动机因转换效率高、功率密度大、零排放等优点[1]，其发展越来越受到国家的重视和政策的支持。燃料电池发动机从研发到量产需完成GB/T24554-2009[2]和GB/T33979-2017[3]中规定的试验项目。然而，在国内燃料电池试验台架资源非常紧缺的大背景下，建设集装箱式燃料电池实验室成为燃料电池发动机开发过程中非常重要的一个环节。集装箱式燃料电池实验室在试验过程主要涉及密闭空间内的氢气泄漏、氢气爆炸、测试设备起火等危险源，因此，本文将围绕燃料电池实验室的主动氢安全设计、被动氢安全设计进行论述。

　　1燃料电池发动机工作原理及试验工艺流程

　　燃料电池发动机主要包括燃料电池电堆、供氢总成系统、空气供给系统、水管理系统、功率分配系统，燃料电池控制系统等部件[4]，其主要工作原理是氢气在阳极发生氧化反应分解成氢离子和电子、氧气在阴极发生还原反应生成氧离子，其结果是在阳极带负电端和阴极带正电端产生一个电压，如果加上外部负载，即可产生电流。在反应过程中，水是唯一的副产物。试验过程中，氢气由试验厂区的氢气集装格统一供给。氢气集装格的初始气体供给压力为(15～20)Mpa，经过厂区一级减压到3Mpa以后进入到集装箱式燃料电池实验室的气体供给系统，经过二级减压到2Mpa以后进入燃料电池发动机测试台架，然后经过测试台架氢气流量计以后进入燃料电池电堆的阳极进行反应。氧气由燃料电池发动机空压机吸取环境箱内部空气，进入燃料电池电堆的阴极进行反应，最终生成电和水。反应生成的电通过可回馈式电子负载流入电网，反应剩余的气体及生成的水通过尾气排放系统排走，具体试验工艺流程详见图1。

　　2集装箱式燃料电池实验室构成

　　集装箱式燃料电池实验室主要由新风及制冷机组集装箱、供气系统集装箱、环境箱集装箱、测试台架集装箱、控制室及负载集装箱组成，主要包括气体供给系统、环境箱、燃料电池发动机测试台架、冷却塔等设备。根据燃料电池发动机的产品要求，燃料电池测试台架试验能力按照可满足最大输出功率为150kW的燃料电池发动机进行规划，设备参数具体详见表1。

　　3集装箱式燃料电池实验室被动氢安全设计

　　在集装箱式燃料电池实验室的被动氢安全设计方面，主要从涉氢设备的选型、抗爆屋设计和测试设备的电气原理图设计等维度考虑。在涉氢设备选型方面，涉氢区域分别为供气系统集装箱、环境箱抗集装箱和测试台架集装箱，参考GB50058-2014[5]第2.2.1条的相关定义，根据燃料电池发动机试验过程中氢气出现泄漏的频率、持续时间以及室内的通风换气情况，将涉氢实验室区域划分为2区，根据设备保护级别定义，应选择的设备防护等级为Ga、Gb或Gc。由于氢气属于IIC类气体，因此对应的设备也要满足IIC要求。根据氢气的MSDS可知氢气的引燃温度为500°C，参考GB50058-2014[5]附录C的相关要求，涉氢设备允许的最高表面温度选择450°C的T1组，因此涉氢设备的适用温度级别选择T1～T6均可，具体的涉氢设备防爆等级详见表2。

　　在抗爆屋的设计方面，测试台架抗爆屋的内尺寸为5.6m×2.0m×2.4m，外尺寸为6.0m×2.4m×2.8m，其中泄爆面积为16.8m2，泄爆屋面面积为14.4m2，抗爆墙体面积为18.24m2。环境箱抗爆屋的内尺寸为5.7m×3.0m×3.6m，外尺寸为6.1m×3.4m×4.0m，其中泄爆墙面积为24.4m2，泄爆屋面面积为20.7m2，抗爆墙体面积为31.8m2。抗爆屋墙体泄爆压力值为1kPa，屋面泄爆压力值为3kPa，抗爆压力值为1Mpa。参考GB50016—2017[6]中第3.4.1条关于泄爆面积的计算要求S1=10CV2/3，危险源为氢气，C取0.25，代入计算，台架抗爆屋理论泄爆面积S1台架=22.43m2，实际泄爆面积S2台架=16.8m2+14.4m2=31.2m2>S，1台架环境箱抗爆屋理论泄爆面积S1环境箱=38.98m2，实际泄爆面积S2环境箱=24.4m2+20.7m2=45.1m2>S，1环境箱满足要求。在设备的电气原理图设计方面，考虑试验过程中发生氢气泄漏以后可能的伤害严重程度、发生泄漏的概率，参考GB/T16855.1—2018[7]的相关要求，燃料电池实验室内的涉氢电气设备性能等级需参考PLd等级进行设计(见表2)。满足PLd的电气设备需要满足：1电气安全架构满足Cat3类要求，保证从电气设备的输入装置、逻辑判断装置和执行输出装置都有2个独立的冗余回路，设备中的任一部件的单一故障不会导致设备功能的完全丧失;2电气设备的诊断覆盖率需达到90%以上;3每个通道平均危险失效间隔时间要求为10～30年，具体的燃料电池测试设备总电气原理详见图2。

　　4集装箱式燃料电池实验室主动氢安全设计

　　在集装箱式燃料电池实验室的主动氢安全设计上，主要从实验室的安防措施设计以及燃料电池测试设备间的安全联锁控制来考虑。在实验室的安防措施设计上，主要按照4个原则设计：1在所有实验室内，均安装烟雾和温度报警器;2在涉氢实验室内，均在实验室的顶部对角位置分别安装2个氢浓度传感器[8];3在环境箱内安装燃料電池发动机的尾排管路直接引入环境箱的尾气排放系统，试验过程中反应剩余的氢气可直接排入室外环境大气，稀释环境箱内氢浓度[8];4在环境箱试验区域内安装防爆摄像头，实时观察样件状态。

　　在测试设备安全联锁控制方面，主要需建立燃料电池测试设备及其配套设施的安全联锁矩阵，明确各设备之间的互锁条件。安全联锁矩阵的设计主要考虑以下5个原则(见表3)：1若任何一个集装箱式实验室发生火灾，供气系统切断氢气总阀，供气系统及测试台架氢气紧急泄放阀打开，环境箱及测试台架紧急停机，监控系统显示报警信息，试验中断，七氟丙烷灭火系统由试验人员根据实际情况手动启动。2若燃料电池实验室出现氢气泄漏，氢浓度达到4000ppm时，测试台架停机，事故排风系统启动，试验暂停;氢浓度达到8000ppm以上时，供气系统切断氢气总阀，供气系统及测试台架氢气紧急泄放阀打开，环境箱及测试台架紧急停机，监控系统显示报警信息，试验中断。3若环境箱及供气集装箱内氧气浓度低于19.5%时，测试台架停机，通风系统持续打开。4若出现测试台架及供气系统与其他设备通信异常时，供气系统切断氢气总阀，环境箱及测试台架停机。5试验前，若环境箱新风系统及测试台架没启动或实验室门没关闭，测试台架不能启动。

　　5结束语

　　通过对集装箱式燃料电池实验室主动氢安全设计和被动氢安全设计的详细讨论，系统分析了燃料电池试验过程中可能出现的危险情况及应对措施，有效保障了燃料电池发动机试验的顺利开展，为后续的燃料电池实验室建设及安全运行提供了宝贵的经验。

　　参考文献：

　　[1]万利.质子交换膜燃料电池测试系统的设计与开发[D].南京：南京大学，2013.

　　[2]GB/T24554—2009燃料电池发动机性能试验方法[S].北京：中国标准出版社，2009.

　　[3]GB/T33979—2017质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法[S].北京：中国标准出版社，2017.

　　[4]张新丰，罗明慧，姚川棋，等.大功率车用质子交换膜燃料电池发动机性能测试实验室设计[J].同济大学学报(自然科学版)，2017，45(增刊1)：132-137.

　　[5]GB50058—2014爆炸危险环境电力装置设计规范[S].北京：中国标准出版社，2014.

　　[6]GB50016—2017建筑设计防火规范[S].北京：中国标准出版社，2017.

　　[7]GB/T16855.1—2018控制系统安全相关部件第1部分：设计通则[S].北京：中国标准出版社，2018.

　　[8]常国峰，李玉洋，季运康，等.燃料电池汽车动力系统综合测试环境舱的氢安全设计[J].实验技术与管理，2020，37