基于容量衰退动力学机制的多周期储能电池系统柔性集成策略与多目标优化方法

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21676211
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0806.介科学与智能化工
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Battery energy storage systems (BESS) are indispensable to dissolve large-scale power generation of intermittent renewable energy, to improve the utilization of renewable energy and to enhance security and flexibility of electricity grid. However, there are still great challenges ahead on establishing multi-objective and flexible design of BESS to adapt to different scenarios and goals of energy storage when thermal behaviors, aging and capacity fading are taken into consideration. In this project, from the perspective coupling chemical reaction, transport processes and process systems integration on BESS, a streamlined research path along “electrochemical reaction - transport processes - system integration - system optimization” on BESS is proposed, in which integration strategies coupling processes with systems in different time scales are involved. A systematic investigation on BESS will be performed, including simulations of thermal behaviors and capacity fading characteristics of Lithium Ion (Li-Ion) batteries, integration of the multi-period BESS crossing different time scales, flexible design of BESS adapted to different scenarios and various objectives and multi-objective optimization methods as well. On the basis of interactions between the electrochemical- thermal behaviors and dynamical mechanism of capacity fading of batteries, the multi-scale coupling mechanism for the integration and optimization of the multi-period BESS with capacity fading of batteries will be clarified, and the multi-period and multi-objective optimization methods for the flexible design of BESS will also be established. The major contributions of this project are expected to provide theoretical fundamentals and analysis tools for optimal design and performance evaluation of ecnomic, safety and environment-friendly BESS.
为了消纳间歇可再生能源的大规模发电,提高可再生能源利用率,增强电力系统的安全性和灵活性,储能电池系统具有不可替代的作用。然而,电池的产热、老化和容量衰退使得适应不同应用场景和目的储能电池系统的多目标柔性设计面临巨大挑战。本项目拟从电化学反应和传递过程与电池系统耦合集成设计的角度出发,提出以“电化学反应-传递过程-系统集成-系统优化”的跨时间尺度过程与系统耦合设计策略为主线,通过对锂离子电池产热与容量衰退动力学过程模拟、跨时间尺度的多周期储能电池系统集成、适应不同应用场景和目的储能电池系统柔性设计和多目标优化的系统研究,在探究电池产热特性与容量衰退动力学关联机制基础上,阐明电池容量衰退动力学与多周期储能电池系统集成设计和优化的跨时间尺度耦合作用机制,构建储能电池系统多周期-多目标柔性设计与优化的系统方法,为经济、安全、环保的储能电池系统集成设计与优化和储电性能评估提供基础理论方法和分析工具。

结项摘要

针对储能电池系统容量配置、优化设计和优化调度等问题,本项目以“电化学反应-传递过程-系统集成-优化调度”为主线,构建了跨时间尺度的电化学过程与储能电池系统耦合优化设计的系统方法。研究了锂离子电池产热与容量衰退动力学过程耦合作用机制,阐明了锂离子电池SEI膜生长和电极厚度对电池动态性能的影响,并提出了通过脉冲充放电改善电池容量衰退特性的策略;研究跨时间尺度的多周期储能电池系统集成策略,考虑电池容量衰退特性,构建了考虑供需特性变化的储能电池系统容量配置和功率调度方法;面向多种应用场景,构建了多种类电池储能电池系统容量配置的通用优化模型和多目标优化方法;基于电池的生命周期分析和容量衰退动力学,构建了从动力电池到储能电池应用的多目标操作优化方法。本项目的研究成果将为经济、安全、环保的储能电池系统优化设计、优化调度和性能评估提供基础理论依据和定量分析方法,为可再生能源利用中电化学反应工程、传递过程和过程系统工程等化学工程学科基础理论的应用和拓展架设了综合集成与优化的桥梁。

项目成果

期刊论文数量(42)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Optimal design of inter-plant hydrogen networks with intermediate headers of purity and pressure
具有纯度和压力中间集管的厂间氢气网络的优化设计
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2018.07.044
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Lixia Kang;Xiaoqiang Liang;Yongzhong Liu
  • 通讯作者:
    Yongzhong Liu
Hydrogen network optimization by integrating impurity distributions of a fluid catalytic cracker and hydrogenation reaction kinetics
通过整合流化催化裂化器的杂质分布和加氢反应动力学来优化氢网络
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2018.05.014
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Le Wu;Xiaoqiang Liang;Lixia Kang;Yongzhong Liu;Christopher M. Saffron
  • 通讯作者:
    Christopher M. Saffron
Optimal scheduling for electric bus fleets based on dynamic programming approach by considering battery capacity fade
考虑电池容量衰减的基于动态规划的电动公交车车队优化调度
  • DOI:
    10.1016/j.rser.2020.109978
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS
  • 影响因子:
    15.9
  • 作者:
    Wang, Jing;Kang, Lixia;Liu, Yongzhong
  • 通讯作者:
    Liu, Yongzhong
Determination of retirement points by using a multi-objective optimization to compromise the first and second life of electric vehicle batteries
通过使用多目标优化来折衷电动汽车电池的第一和第二寿命来确定报废点
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2020.123128
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Taoxiang Wang;Yinghua Jiang;Lixia Kang;Yongzhong Liu
  • 通讯作者:
    Yongzhong Liu
Reaction Mechanisms on Solvothermal Synthesis of Nano LiFePO4 Crystals and Defect Analysis
溶剂热合成纳米LiFePO4晶体的反应机理及缺陷分析
  • DOI:
    10.1021/acs.iecr.7b02009
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Xiankun Huang;Xiangming He;Changyin Jiang;Guangyu Tian;Yongzhong Liu
  • 通讯作者:
    Yongzhong Liu

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其他文献

适应季节性氨需求的可再生能源合成氨系统优化设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    康丽霞
温州蜜柑粗皮大果形成过程的解剖学研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    彭抒昂
非均质多孔盐水层中超临界CO2的注入压力与饱和度分布特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘永忠
温度和pH值对柑橘汁胞柠檬酸含量及相关基因表达的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    华中农业大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    罗丽娟;郭玲霞;刘永忠
  • 通讯作者:
    刘永忠
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    石油学报(石油加工)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴乐;朱强;刘永忠
  • 通讯作者:
    刘永忠

其他文献

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可再生能源驱动的载能化学品模块化柔性制造系统优化设计理论与方法
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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