新型储能格局与多物理场建模

• 电池多物理场耦合建模的机遇与挑战

  王顺利;

  <正>在“双碳”战略和能源转型的时代背景下，电化学储能技术已成为构建清洁高效能源体系的关键环节。锂离子电池作为其中的核心单元，凭借高能量密度、长循环寿命以及成本的持续下降，已经广泛应用于新能源汽车和电网侧储能。然而，频繁出现的热失控事故、容量快速衰减以及系统级群体性故障表明，现有的建模与预测手段尚不足以满足复杂工况下的安全与可靠性需求。传统的单一电化学模型、等效电路模型或黑箱式数据驱动方法在描述电池行为时各有优势，却难以在跨尺度、跨物理域的动态环境中保持精确与稳定。如何构建既能揭示机理本质，又能满足工程应用需求的建模框架，已成为储能科学领域亟需回答的核心问题。

  2025年06期 v.71;No.334 761-762页 [查看摘要][在线阅读][下载 1241K]
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• 新型储能技术研究格局与发展趋势

  王顺利;程亮玮;周磊;张丽亚;霍宇辰;

  为揭示我国典型新型储能技术的研究格局与发展趋势，以电池储能、熔盐储能、压缩空气储能、飞轮储能和氢储能为研究对象，基于2015—2025年间CNKI与WOS数据库的核心文献开展文献计量学分析。结果表明：国内研究以工程实践和政策导向为特征，国际研究更注重材料机理与理论创新，体现出研究路径的差异化发展特征。其中，电池储能研究热度最高，国内聚焦荷电状态（SOC）估算、安全防控与系统调度，国际侧重固态电解质与后锂体系材料创新；熔盐储能由光热发电耦合向多温区热化学储能拓展，关注导热性能与耐腐蚀机制；压缩空气储能研究集中于地质-热-力多场建模与热回收优化，具备长时调峰潜力；飞轮储能由结构与控制优化转向系统集成与惯量支撑；氢储能则体现风-光-氢多能耦合与制氢效率提升趋势。总体上，我国新型储能研究正由单一技术突破迈向系统协同与智能化发展阶段，短时功率型与长时容量型储能技术的互补格局逐渐形成，未来将向高安全、低成本、长寿命与多能融合方向演进，为新型电力系统的构建提供关键支撑。

  2025年06期 v.71;No.334 763-781页 [查看摘要][在线阅读][下载 2197K]
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电池状态感知与运行优化

• 基于MOSFET热量回收的动力电池低温预热方法

  郑合心;苗晨旭;梁涛;毛路;

  动力电池的性能在低温环境会急剧下降，不仅会降低续航能力，还严重影响电池的寿命。提出一种基于金属-氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）热量回收的动力电池低温预热方法，通过动态调节MOSFET的驱动电压，控制电池组放电实现内部加热，再以空气对流的方式对电池进行外部加热，实现电池组的内外联合低温预热。同时，建立电-热耦合模型，使用减法平均优化器对低温预热策略进行优化，并搭建针对12节锂离子电池的低温预热实验平台进行实验验证。仿真实验结果表明，该方案将电池从-20℃加热至0℃仅需124 s，温升速率9.68℃/min，较未优化方案，时间缩短10.8%，同时能量损耗降低10.3%，实现了加热时间和能量损耗的综合最优。

  2025年06期 v.71;No.334 804-812页 [查看摘要][在线阅读][下载 1465K]
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• 融合LSTM与Informer网络的锂离子电池SOH估计

  胡远志;陈飞;刘西;冯仁华;舒星;

  锂离子电池在长期使用过程中易发生容量衰退，显著影响电动汽车的续航性能和安全。为精准评估电池的健康状态（SOH），建立了一种融合长短期记忆神经网络（LSTM）和Informer网络的锂离子电池SOH估计方法。采用局部离群因子（LOF）算法对实验电池的充电数据进行预处理，提取电池充电电压曲线的最大切线角及其对应时间作为健康特征，并基于Spearman相关系数分析了其与SOH之间的相关性。结合LSTM在局部特征提取方面的优势与Informer捕捉全局依赖关系方面的能力，构建了融合LSTM与Informer的串联网络，并将提取的健康特征作为模型输入，实现了对电池SOH的精确估算。实验结果表明，该方法在估算精度上具有显著优势，最大绝对误差可控制在2.5%以内，均方根误差（RMSE）和平均绝对值误差（MAE）均控制在1%以内。与传统单一网络对比，该方法具有更优的估算性能与泛化能力。

  2025年06期 v.71;No.334 813-820页 [查看摘要][在线阅读][下载 1660K]
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• 基于动态补偿机制的固体氧化物燃料电池输出电压预测控制

  李玮诺;吴肖龙;许元武;李曦;

  为解决固体氧化物燃料电池（SOFC）输出电压的稳定控制问题，提出一种基于动态补偿机制的模型预测控制（MPC）方法。基于SOFC热电机理建立模型，通过稳态和动态性能分析验证模型的合理性。基于模型设计包含动态补偿项的MPC控制器，引入状态预测补偿和控制权重自调节机制，以提升SOFC的动态响应性能。实验结果表明，与线性自抗扰控制（LADRC）方法相比，MPC方法在参考电压跟踪和负载电流扰动两种典型工况下，稳压耗时分别减少76.0%和86.7%，超调量分别减小0.02和0.25 V，表现出更好的动态追踪和抗扰动性能。

  2025年06期 v.71;No.334 821-830页 [查看摘要][在线阅读][下载 1468K]
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• 基于分时电价的电池快速充电优化策略

  王震;陈超;董会珍;乔振家;ATIF Hilal;

  现有的电动汽车快速充电方法主要关注充电速度和充电安全，忽视了充电过程中用户的经济损失。为此，提出一种考虑电池衰减和电网分时电价的快速充电策略。将分时电价作为输入参量，同时将电池衰减和电能损耗全部转化为充电经济损失，采用强化学习算法和电化学-热-老化耦合模型进行优化。实验结果表明，该策略可以根据分时电价，自适应调整充电倍率。在相同充电速度下，该策略的经济损失比恒流恒压充电方法减少20.9%，比多阶段恒流充电方法减少15.3%；在相同的物理约束下，该策略的充电速度比脉冲充电方法提升21.1%，比恒流恒压方法提升9.9%，实现了充电成本和充电速度最优化。

  2025年06期 v.71;No.334 831-840页 [查看摘要][在线阅读][下载 1503K]
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能源装备系统建模与安全评估

• 基于融合聚类和RBF-SVM的固体氧化物燃料电池系统故障识别

  蔡仕云;吴肖龙;李豫;李曦;

  为了准确识别固体氧化物燃料电池（SOFC）系统故障，克服传统方法参数难以确定、结果偶然性大和难以运用复杂数据处理的问题，提出了一种基于融合聚类和径向基核函数支持向量机（RBF-SVM）的故障识别方法。该方法使用基于融合机制的聚类算法对SOFC系统重整器催化剂性能衰退故障数据进行处理，得到不同故障等级下的聚类标签，再使用RBF-SVM算法对划分后的故障数据进行训练，得到故障识别模型。该模型能够将故障特征信息映射到更高维空间以提升故障识别能力，并进一步用于空气和燃料泄露故障识别。实验结果表明，所提融合聚类算法能很好地划分故障，RBF-SVM故障识别模型对重整器催化剂退化故障的识别准确率达到99.3%，对空气泄漏和燃料泄漏故障的识别率分别达到99.9%和99.4%。

  2025年06期 v.71;No.334 841-850页 [查看摘要][在线阅读][下载 1795K]
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• 基于有限元仿真的三芯海底电缆建模及电磁场分析

  蔡志俊;黄琦;彭家伟;朱玉玉;时浩添;曾文慧;黄埔生;

  海底电缆是连接陆地与海洋的关键新能源传输设施，其运行产生的电磁辐射对海洋生态环境影响显著。采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）软件，通过有限元仿真法分析高压交流海底电缆的电磁场分布规律。为提升仿真精度，对模型进行精细网格划分并优化材料参数，同时构建二维轴对称模型简化计算。结果表明：电缆表面电势空间异质性显著，绝缘层内侧电场强度达9.02×10~6 V/m，芯体区域电场最小值接近0 V/m，体现强电场源局部化特征；磁场以电缆芯为中心呈同心圆分布，中心磁通密度显著高于外围，且随距离增加呈梯度衰减；铠装层铁磁特性导致磁场畸变，三相电流相位差异进一步加剧磁场空间分布的非均匀性。

  2025年06期 v.71;No.334 851-860页 [查看摘要][在线阅读][下载 2398K]
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环境科学

• 纳米氧化锌/土霉素共暴露对抗生素抗性基因水平转移的影响

  冯晓海;吕中;

  以抗生素抗性基因（ARGs）水平转移中的接合转移为例，研究了氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）与土霉素（OTC）共暴露对ARGs在属内和属间细菌中接合频率的影响，探讨了共暴露影响ARGs接合转移的机制。研究显示，1 mg/L ZnONPs和20μg/L OTC共暴露分别使属内和属间细菌接合频率提高2.08倍和2.34倍，显著大于单独暴露；共暴露增加胞内活性氧生成、细胞膜通透性和胞外聚合物分泌，同时增加接合相关基因和降低负调控基因的表达。结果表明，纳米材料与抗生素共残留可能加剧环境中细菌耐药性传播的风险。

  2025年06期 v.71;No.334 861-868页 [查看摘要][在线阅读][下载 1430K]
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• 香溪河沿程挥发性有机物污染特征及健康风险

  杜容山;黄利民;王少波;郑津;杨永欣;周安琪;张珊;季玲玲;胥焘;

  为揭示三峡库区典型支流沿程挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）的分布和特征，评价VOCs的环境影响和健康风险，于2021年（3、6、9和12月）在三峡库区支流香溪河沿程布设8个点位，采集大气、水体、土壤（海拔175～190 m）和沉积物（海拔145 m以下）样品，测定59种VOCs污染物，计算·OH消耗速率和臭氧生成势，并评价VOCs危害指数和终生致癌风险。结果显示：香溪河四季水体和沉积物样品均未检出VOCs组分；夏、秋季多数土壤样品未检出VOCs组分，春季所有土壤样品中均检出1,2,3-三氯苯（0.35～0.41μg/kg）和1,2,4-三氯苯（0.39～0.52μg/kg），冬季检出1,2,4-三氯苯（0.34～0.42μg/kg）,1,2,3-三氯苯和1,2,4-三氯苯空间分布由大到小依次均为上游、下游、支流、中游。大气VOCs平均浓度为（14.69±9.1）μg/m~3，组分占比由大到小依次为芳香烃（56.3%）、含氧挥发性有机物（25.2%）、卤代烃（18.5%）；季节分布由大到小依次为春季、秋季、夏季、冬季；空间分布由大到小依次为上游、中游、下游、支流。·OH消耗速率和臭氧生成势在不同点位和四季的贡献排序前7种物质中主要为芳香烃；所有点位危害指数均小于1，终生致癌风险为5.2×10~(-6)～9.6×10~(-6)。研究表明：水体和沉积物未对大气VOCs污染产生贡献，土壤中农药残留1,2,4-三氯苯对大气VOCs污染产生贡献；·OH消耗速率和臭氧生成势的贡献物种均以芳香烃为主；所有点位的危害指数均处于可接受的安全水平，终生致癌风险均为较小可能的第Ⅱ等级。该研究可为管控香溪河沿岸VOCs排放，降低其环境影响和健康风险提供理论参考。

  2025年06期 v.71;No.334 869-880页 [查看摘要][在线阅读][下载 1824K]
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• 生理环境下没食子酸甲酯消除羟基自由基的理论研究

  王佐成;赵宇;闫红彦;殷素岚;赵红迪;吴琳;杨静;

  采用DFT（密度泛函理论）的M06-2X和MN15方法，结合自洽反应场理论的SMD模型，在SMD/MN15/6-311++G(4df,3pd)//SMD/M06-2X/6-311+G(d,p)双水平研究了生理环境（310.15 K、1.013×10~5 Pa的水液相）下没食子酸甲酯（MG）消除羟基自由基（·OH）的反应机制。MG与·OH反应有·OH提取H原子、·OH与不饱和C加成及单电子由MG向·OH转移3个通道。计算结果显示：在提取H原子通道，·OH提羟基H反应最具优势，均为无势垒的显著放热过程；·OH提甲基H是亚优势反应，为能垒在37.8～41.2 kJ/mol之间的放热过程。在加成通道，·OH与不饱和C的加成反应是自由能垒在0.3～47.3 kJ/mol间的放热过程；单电子从MG向·OH转移是自由能垒为42.1 kJ/mol的吸热过程。研究结果表明，MG可通过提取H原子、加成及电子转移3种途径消除·OH自由基，没食子酸甲酯可作为良好的羟基自由基清除剂。

  2025年06期 v.71;No.334 881-891页 [查看摘要][在线阅读][下载 2052K]
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• “双碳”目标与绿色发展·新能源与储能系统

  王顺利;魏中宝;

  <正>能源与储能技术是构建新型电力系统和实现“双碳”目标与绿色发展的关键支柱。面对可再生能源大规模接入、电动交通迅速发展以及多能互补格局的加快形成，电池及相关能源装备在更高效、更安全、更智能的方向上持续演进，由此催生出对新型储能技术格局、电池多物理场建模与能量管理、能源装备系统安全评估等一系列前沿问题的深入研究。本期专辑围绕上述热点组织了综述、评论及多篇研究论文，从不同视角展现新型储能与电池多物理场建模的最新进展与工程实践。

  2025年06期 v.71;No.334 757-758页 [查看摘要][在线阅读][下载 543K]
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• 《武汉大学学报(理学版)》总目次

  <正>~~

  2025年06期 v.71;No.334 897-906页 [查看摘要][在线阅读][下载 1020K]
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