基于电池多应力耦合衰退机理的新老储能单元并联协作优化策略研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51907082
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    裴磊
  • 依托单位：
    江苏大学
  • 学科分类：
    E0707.电能存储与应用
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In view of such problems as a decrease of aging synchronization, an increase of controlling difficulty and a rise of operating cost of parallel energy storage units, which are introduced by phased construction of energy storage power station and incorporation of second-use batteries, this project intends to carry out the research on optimization strategy of power sharing among parallel energy storage units at different aging states based on modelling of batteries’ capacity-loss trajectories under coupling factors. Firstly, by characterizing the effect mechanisms of multi-stress coupling aging conditions on the evolution rates of loss of lithium inventory and loss of active material, a whole-life capacity-loss trajectory model of lithium-ion batteries suitable for energy storage scenarios is established. Then, based on this, an equivalent conversion relationship between the evolution rate of equivalent core physical quantity of each mechanism under time-varying dynamic stress and that under standard cyclic stress is constructed, and a cumulative recursive calculation method of battery capacity loss under time-varying coupling conditions is formed. Finally, on the basis of the established recursive method, the influence law of retirement synchronization of dynamic constraint curve of energy storage units on the aging decommissioning cost of parallel battery pack is analyzed, real-time power sharing principle with consideration of economy, flexibility and aging synchronicity is put forward, and multi-objective optimal operation strategy of parallel energy storage units at different aging states is formed. This project has great academic significance and application value for enriching the technical connotation of whole-life utilization of lithium-ion batteries, exploring the advanced optimization technology of energy storage systems, and promoting the development of new energy industry.
针对储能电站分期建设与梯次电池陆续并入，所引起的并联储能单元老化同步性下降、控制难度增大、运行成本增加等问题，本项目拟开展基于电池多应力耦合衰退机理的新老储能单元并联协作优化策略研究。首先，通过表征多应力耦合老化条件对可循环锂损失与活性材料损失机制演化速率的作用机理，建立适用于储能场景的锂离子电池全生命容量衰退轨迹模型。然后在此基础上，构建各机制等价核心物理量演化速率在时变动态应力与标准循环应力作用下的等效转换关系，形成时变耦合应力工况下的电池容量损失累积递推计算方法。最后基于所建立的递推算法，分析储能单元退役同步性动态约束曲线对并联工作组老化折损成本的影响规律，进而提出计及经济性、灵活性、老化同步性的实时功率分配原则，最终形成新老储能单元并联系统的多目标优化运行策略。该项目对于丰富锂离子电池全生命利用技术内涵，探索储能系统先进性运行技术，促进新能源产业发展具有重要的学术意义与应用价值。

结项摘要

随着大规模锂离子储能电站的分期建设与退役梯次电池的陆续并入，储能系统内各并联储能单元间的老化程度及衰退轨迹将呈现出明显的差异化趋势，并可能引发并联单元工作组乃至整体储能系统的同步性下降、控制难度增大、运行成本的增加等问题。如何利用先进的并联储能单元协同运行策略，通过对上层调度指令的实时优化分配，实现并联工作组在全生命周期内，整体运行成本的降低与工作寿命的延长，已成为大规模储能领域亟待解决的关键性问题之一。.为此，本项目开展了基于电池多应力耦合衰退机理的新老储能单元并联协作优化策略研究。首先，通过表征多应力耦合老化条件对可循环锂损失与活性材料损失机制演化速率的作用机理，建立了适用于储能场景的锂离子电池全生命容量衰退轨迹模型。通过电池在不同耦合老化条件下的验证实验表明，与现有模型相比，本模型在5%的容量损失率预测误差容限内，将容量损失预测模型的适用范围由容量损失率小于20%的阶段扩展至电池的整个生命周期。然后，在此基础上，构建了各机制等价核心物理量演化速率在时变动态应力与标准循环应力作用下的等效转换关系，形成了时变耦合应力工况下的电池容量损失累积递推计算方法。该方法使得对电池全生命老化成本的计算，可以被独立分解至每一次调度指令的分配过程中。最后，基于所建立的递推算法，分析储能单元退役同步性动态约束曲线对并联工作组老化折损成本的影响规律，进而提出了计及经济性、灵活性、老化同步性的实时功率分配原则，最终形成新老储能单元并联系统的多目标优化运行策略。通过对大规模储能电站的仿真分析，运行新策略的储能系统在采用传统调度策略的对比组寿命终止后，仍有近20%的成本剩余。该项目研究成果对于丰富锂离子电池全生命利用技术内涵，探索储能系统先进性运行技术，促进新能源产业发展具有重要的学术意义与应用价值。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（6）
Accurate residual capacity estimation of retired LiFePO4 batteries based on mechanism and data-driven model
基于机理和数据驱动模型的退役磷酸铁锂电池准确剩余容量估算
  • DOI：
    10.1016/j.apenergy.2021.117922
  • 发表时间：
    2021-10-05
  • 期刊：
    APPLIED ENERGY
  • 影响因子：
    11.2
  • 作者：
    Ni, Yulong;Xu, Jianing;Pei, Lei
  • 通讯作者：
    Pei, Lei
锂离子电池组温度传感器分布设计方法研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    电源技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    裴磊;施以恒;王天鸶;吴宝坤
  • 通讯作者：
    吴宝坤
Parameter identification of electrolyte decomposition state in lithium-ion batteries based on a reduced pseudo two-dimensional model with Padé approximation
基于Padé近似简化伪二维模型的锂离子电池电解液分解状态参数识别
  • DOI：
    10.1016/j.jpowsour.2020.228093
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    Journal of Power Sources
  • 影响因子：
    9.2
  • 作者：
    Jianing Xu;Tiansi Wang;Lei Pei;Shitong Mao;Chunbo Zhu
  • 通讯作者：
    Chunbo Zhu
熵热系数取值方式对锂离子电池热模型精度的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    重庆理工大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    栗欢欢;竺玉强;王效宇;裴磊
  • 通讯作者：
    裴磊

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其他文献

勉略构造带南侧略阳地区踏坡组物源分析:来自碎屑锆石U-Pb年龄的证据
  • DOI：
    10.19751/j.cnki.61-1149/p.2021.03.006
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    西北地质
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邵嘉坤;裴先治;李瑞保;李佐臣;裴磊;刘成军;高峰;陈有炘;王盟;赵少伟
  • 通讯作者：
    赵少伟
扬子板块西北缘碧口微地块新元古代大陆弧岩浆作用-来自锆石年代学和同位素和地球化学证据
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    地球科学与环境学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    秦利;裴先治;李佐臣;李瑞保;裴磊;刘成军;周海;王盟;赵少伟;陈有炘;高峰
  • 通讯作者：
    高峰
西秦岭造山带北缘大草滩群物源研究LA-ICP-MS碎屑锆石U-Pb年龄证据
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    地质通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吴树宽;王银川;WU Shu-kuan;PEI Xian-zhi;LI Zuo-chen;LI Rui-bao;PEI Lei;CHEN You-xin;GAO Jing-min;LIU Cheng-jun;WEI Fang-hui;裴先治;WANG Yin-chuan;李佐臣;李瑞保;裴磊;陈有炘;高景民;刘成军;魏方辉
  • 通讯作者：
    魏方辉
青海南山黑马河岩体岩浆混合成因的岩石地球化学和年代学证据及其构造意义
  • DOI：
    10.3799/dqkx.2018.531
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    地球科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王盟;裴先治;刘成军;张永明;李佐臣;李瑞保;裴磊;陈有炘;陈国超
  • 通讯作者：
    陈国超
南秦岭勉略构造带黑沟峡火山岩年代学及地球化学特征——新元古代勉略洋盆存在及俯冲的记录
  • DOI：
    10.16509/j.georeview.2017.02.010
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    地质论评
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    徐通;裴先治;李瑞保;刘成军;陈有炘;李佐臣;裴磊;左文乾
  • 通讯作者：
    左文乾

其他文献

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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

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          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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