电源学报

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基于虚拟同步机运行模式的平滑算法

马铱林,杨欢,何绍民

电源学报. 2018, 16(6): 1-10. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.1

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为降低光伏出力与电网负荷快速波动对储能系统产生的不利影响，提出将平滑算法引入虚拟同步机控制技术中。首先通过建立考虑平滑环节的小信号模型，验证平滑算法对储能系统功率变化率的影响，并推导出储能系统物理约束与平滑算法的关系式；进一步探究系统提供不同无功功率时的输出特性，分析得到平滑算法对系统提供无功功率能力的影响。理论推导与仿真验证表明：平滑算法的加入不仅可以降低储能系统的功率变化率，经过合理设计滤波器还可以平抑系统波动，缩短系统的动态响应时间；然而平滑单元的引入也会提高对储能系统的容量需求，当储能容量一定时，也会引起可输出无功功率范围的缩小。

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基于虚拟稳态同步阻抗的VSG输出阻抗与小信号建模分析

李明,张兴,张行,张海峥,管玮琦,赵为

电源学报. 2018, 16(6): 11-17. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.11

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虚拟同步发电机VSG（virtual synchronous generator）由于能够模拟同步发电机的运行特性而受到日益关注。通常而言，VSG通过下垂控制自动独立调节频率和电压，存在有功功率和无功功率易发生耦合振荡等问题，而虚拟稳态同步阻抗方案是一种能够通过调整逆变器输出阻抗特性从而抑制功率耦合振荡的有效方案。首先，介绍了基于虚拟稳态同步阻抗VSG控制策略的基本原理，分析了该方案下的VSG输出阻抗特性，发现该方案下的输出阻抗可由设定的虚拟稳态同步阻抗决定，与逆变器自身的滤波器和闭环控制器等参数无关；然后，通过建立逆变器小信号模型，得出了虚拟稳态同步阻抗可以增加VSG系统低频域特征根阻尼比，有效抑制功率耦合振荡的结论；最后，结合Matlab/Simulink仿真和实验，进一步验证了基于虚拟稳态同步阻抗的VSG控制策略理论分析的正确性。

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具备电能质量复合控制功能的虚拟同步机

胡文强,吴在军,窦晓波,王建华,李晨阳,胡敏强

电源学报. 2018, 16(6): 18-26. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.18

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单元式虚拟同步机VSG（virtual synchronous generator）的接入环境往往面临电能质量问题，对此，提出具备电能质量复合控制功能的VSG。其拓扑采用三相四桥臂变流器结构。控制策略中，采用VSG功率外环控制与改进型虚拟阻抗控制并生成基波功率电流指令，采用基于滑动Goertzel变换的改进型FBD法检测补偿电流，采用多重准比例谐振控制跟踪基波与补偿电流指令，最终3维空间矢量调制生成四桥臂变流器驱动信号。RT-Lab硬件在环实验证明，VSG在惯性响应电网频率/电压变化的同时，能够补偿负载谐波、无功与不平衡电流，且适用于非理想电网条件。

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基于双有源桥DC/DC变换器回流功率优化的变频移相混合控制策略

任伊昵,高祎韩,韩旭,马皓

电源学报. 2018, 16(6): 27-33. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.27

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分析了双重移相控制的双有源桥DC/DC变换器功率回流现象，并以减小回流功率为目标对双有源桥双重移相控制策略进行优化，推导出近似最优回流功率控制曲线。在此基础上，进一步提出了变频移相混合控制策略，使变换器控制参数在负载变化时保持在最佳工作点。最后，以理论推导为基础搭建了双有源桥实验平台，实验结果验证了所提方法对增加变换器效率的有效性。

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基于非对称耦合电感的交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

杨玉岗,王金海,张书淇,朱恩泽

电源学报. 2018, 16(6): 34-44. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.34

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为了解决传统双向DC/DC变换器的损耗较大和效率较低等实际问题，提出了一种将交错并联磁集成技术与软开关技术相结合的控制方法。首先，以非对称耦合电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器为研究实例，分析了当变换器分别运行在一、二、四相电感时的3种工作状态；然后，在每种状态下，分别讨论了电感反向电流的持续时间和死区时间，从而总结出了变换器运行在每种状态下可以实现零电压开关ZVS（zero-voltage switch）的条件；最后，通过实验验证了理论分析的正确性，证实了该设计方案的实用性。

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适于可再生能源发电储能系统中的双向直流变换器

吴贵洋,王建章,胡雪峰

电源学报. 2018, 16(6): 45-51. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.45

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研究了一种交错式双向直流变换器，该变换器工作在Boost方向时输入端进行交错并联，减小了输入电流纹波，输出端进行交错串联，提高了升压变比；工作在Buck方向时，输入端进行交错串联，输出端进行交错并联，因此该模式下具有较大的降压变比，同时减小了输出电流纹波。另外，在两种工作模式下，功率器件的电压应力都得到了降低。详细地分析了该变换器在两种模式下的工作原理及稳态特性，最后给出了实验结果以验证理论分析的正确性。

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改进型交错并联Buck变换器的通道控制

杨玉岗,关婷婷,赵若冰

电源学报. 2018, 16(6): 52-56. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.52

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交错并联Buck变换器采用通道控制能有效提高变换器的轻载效率，但是减小导通通道数后，总输出电流纹波显著增加，基本丧失了交错并联的优点。针对这一问题，提出一种改进型的交错并联Buck变换器的通道控制方案，随着负载电流的减小，改变导通通道数的同时改变各通道控制脉冲的相位，在提高变换器轻载效率的同时，减小输出电流纹波，使交错并联技术在通道控制中的优点发挥到最佳状态。以4相交错并联Buck变换器为例，通过仿真和实验验证理论分析的正确性。

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全桥型DC/DC变换器的DMC-PID串级控制策略研究

王利波,余明扬,王一军

电源学报. 2018, 16(6): 57-62,70. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.57

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研究了全桥型DC/DC变换器系统的控制方法。针对现有DC/DC变换器动态响应速度慢、抗干扰能力差的现状，提出了基于状态反馈精确线性化的动态矩阵控制-比例积分微分DMC-PID（dynamic matrix control-propor-tional integral differential）串级控制方法。应用状态空间平均法建立全桥型DC/DC变换器系统的非线性模型，通过状态反馈精确线性化后得到线性化系统。为使系统获得优良的控制性能，选取DMC-PID串级控制方法。该控制方法同时具备PID算法的鲁棒性和DMC算法的快速性和稳定性，能有效地解决电源输入电压大范围波动输出电压不能及时稳定的问题。通过仿真分析和实验验证了该方案能在各种扰动工作条件下实现对变换器输出精确、快速的控制。

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基于平均模型的三相四线制逆变器多管开路故障诊断

李战,王伯荣,马皓,白志红

电源学报. 2018, 16(6): 63-70. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.63

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为了在不增加额外硬件电路的情况下，实现三相四线制逆变器多管开路故障快速准确的诊断，提出了一种基于平均模型及误差自适应阈值的方法。该方法通过计算平均桥臂中点电压实际值和期望值的偏差，来进行故障检测和定位。利用平均模型，只需要对系统内已有的信号做简单的计算，避免了增加额外的硬件电路和软件负担。此外，误差自适应诊断阈值用于消除死区、延时、采样误差和电感偏差等因素的影响，保证了高鲁棒性和速度。应用该方法，诊断时间最快只需2个开关周期。最后实验结果验证了该方法的有效性。

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悬浮电容混合级联式多电平逆变器的研究

韩俊,韩金刚,黄河,陈皓菲,陈曦,史静

电源学报. 2018, 16(6): 71-76. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.71

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在传统的级联式多电平变换器的基础上提出了一种混合主从级联式变换器。该变换器由一个传统的非对称三电平H桥和一个对称的H桥级联构成。非对称H桥作为主变流单元由直流电源直接供电；而对称的H桥作为从变流单元由一个悬浮电容提供能量。与传统的级联多电平变流器相比，在输出相同电平的情况下需要较少的器件。文中详细分析了该拓扑的工作原理和悬浮电容电压平衡的方法，并在Matlab/Simulink中进行了仿真分析。最后制作了一台实验装置，并通过现场可编程门阵列FPGA（field programmable gate array）对该实验装置实现了实时控制，通过仿真和实验结果的对比，验证了理论分析的正确性。

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1 kVA高性能单相中频逆变电源的研制

何昕东,汪洋,石健将

电源学报. 2018, 16(6): 77-83. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.77

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针对低压直流输入/中频400 Hz/115 V交流输出的高功率密度航空变流器的应用需求，提出了两级电路拓扑结构，其前级采用并-串型移相全桥结构实现隔离和升压的功能，后级采用全桥电路实现逆变功能。同时，为减小单相逆变器直流侧的二次纹波电流对前级的影响，前级单模块采用加入陷波器的负载电流前馈控制策略。为了进一步提高前级并-串型DC-DC变换器的动态性能，还提出了一种主从控制的均压控制策略；为了提高后级逆变电路的动态性能和负载调整率，提出一种改进的前馈控制策略。仿真和实验均验证了上述两级结构逆变电源控制策略的可行性。

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MMC柔性直流输电系统换流阀开关频率优化方法

荣飞,李文君,饶宏,周保荣,黄守道

电源学报. 2018, 16(6): 84-91. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.84

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柔性直流输电系统一般采用模块化多电平MMC（modular multi-level converter）换流阀，换流阀开关频率的大小与系统损耗及交流侧谐波含量密切相关。推导了MMC开关频率与系统损耗及开关频率与柔性直流输电系统交流侧谐波含量的数学表达式；分析了MMC开关频率对系统损耗及交流侧谐波的影响规律。在此基础上，为了兼顾柔性直流输电系统的损耗和电能质量，采用遗传算法对开关频率进行了优化设计，根据工程经验对不同的优化目标赋予权值，根据国标要求设置了谐波和损耗的约束条件。仿真算例分析表明，采用优化的开关频率进行MMC变流控制时，柔性直流输电系统具有更佳的性能。

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一种应用于电动汽车充电机的谐振变换器设计

邱富君,胡长生,徐德鸿

电源学报. 2018, 16(6): 92-98. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.92

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介绍了一种电动汽车充电模块拓扑，该拓扑包括了前级的PWM整流器和后级的谐振变换器。由于电动汽车车载电池的电压变化范围较宽（200~450 V），为了提高全电压范围的转换效率，谐振变换器根据输出电压的变化，分别工作于3种模式：亚谐振频率调频模式、固定开关频率模式和超谐振频率调频模式。分析了3种工作模式的损耗，设计了谐振变换器的主电路参数，并在10 kW实验样机进行了验证。

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三相线电压级联VIENNA变换器原理及仿真分析

侯丽楠,王聪,张衡,张潇

电源学报. 2018, 16(6): 99-108. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.99

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提出一种能量单向传输的、能在高压下完成单位功率因数整流的三相线电压级联VIENNA变换器拓扑，此新型变换器可作为新一代高频隔离中高压变压变频器的整流级。分析了该拓扑的工作原理及向更高级数拓展的方法，提出了相应的控制策略，并进行了仿真研究。理论分析和仿真结果表明，所提新型变换器拓扑在合适的控制策略下，可以具有很高的功率因数和很低的总谐波畸变THD；可以始终保持各模块直流输出电压均衡一致性。与传统级联变换器相比，可大大减少全控器件个数和耐压值，从而使得控制复杂度和成本均得以降低。

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不对称半桥单相单级式车载充电系统改进控制策略研究

丁紫华,廖勇,卢一夫,林豪

电源学报. 2018, 16(6): 109-116,151. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.109

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对称半桥可以有效吸收单相变换系统直流侧二次纹波、减小系统体积、提高功率密度，但当半桥上下桥臂电容容值不等时，会在直流侧产生一次纹波。针对这一问题，分析研究了不对称半桥单相单级式车载充电系统，提出电感电流加电容偏置补偿的改进控制策略。基于该控制策略，从满足二次纹波功率补偿、电池最低电压及避免过调制三方面研究了半桥电路电感及电容参数设计方法。仿真和实验结果验证了不对称半桥通过采用改进的控制策略不仅能够有效滤除二次纹波，且不产生一次纹波，还可降低电池端电压与电流纹波；仿真验证了参数设计方法的有效性。

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动态无线能量传输系统中的通信网络

牛金涛,蔡涛,段善旭,丰昊,张晓明

电源学报. 2018, 16(6): 117-124. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.117

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为了解决电动汽车发展中的充电不便及续航不足的问题，在无线能量传输WPT（wireless power transfer）技术研究基础之上，动态无线能量传输DWPT（dynamic wireless power transfer）系统的研究得到了越来越多的关注。建立及时、高速、稳定的数据通信网络，对于分段式DWPT系统中进行车-源协调控制、实现电动汽车电池荷电状态信息和车辆位置信息的实时共享、保证源的及时投切以及确保系统能够提供有序高效的供电过程至关重要。对分段式DWPT系统中的通信网络需求、原边布置与通信网络架构的关系进行了阐述，通过采用原边CAN总线通信及原副边基于SPI接口设置的无线通信模块nRF24L01，构建了实例系统中的网络通信架构，并在构建的小功率DWPT演示平台上对所提通信网络进行了实验验证。

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基于ICPT系统的新型旋转式变压器

付兴武,黄伟义,杨玉岗,丁晶晶

电源学报. 2018, 16(6): 125-130. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.125

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旋转式非接触电能传输技术，基于电磁感应耦合定律，利用电力电子变换器和旋转变压器实现电能从静止端到旋转端非接触传输，从而取代导线、电刷和滑环，提高了供电的可靠性和安全性。针对以往罐式松耦合变压器在气隙较大的情况下耦合效果较差，提出了一种基于罐式变压器的改进结构，用串联（S拓扑）补偿系统提高能量传输效率。建立松耦合变压器的仿真模型，对新型松耦合变压器同罐形松耦合变压器进行对比分析。搭建实验平台，对新型松耦合变压器在大气隙条件下耦合效果进行验证。

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四线圈谐振式无线电能传输系统的拓扑结构分析

冯帆,王俊峰,王国东

电源学报. 2018, 16(6): 131-136. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.131

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采用电路理论建立了四线圈无线电能传输系统模型，给出了4种拓扑结构（串串串串、并串串串、串串串并、并串串并）的传输效率、输出功率的详细计算公式，并针对4种拓扑结构进行MATLAB仿真，详细分析了传输距离、频率和负载电阻对系统传输效率及系统输出功率的影响。结果表明：串串串串结构在低频率、小负载、中等距离传输时，传输效率和输出功率有着明显的优势；串串串并结构在低频率、大负载、中长距离传输时，传输效率和输出功率存在着明显的优势。

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寻轨机器人用无线充电系统的研究

孙川,王春芳

电源学报. 2018, 16(6): 137-142. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.137

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传统寻轨机器人的动力电池采用接触式充电方式，充电时容易因机械接触磨损而导致接触不良。为解决该问题，研究了一种单管感应耦合电能传输ICPT（inductively coupled power transfer）无线充电系统。该系统由前后两级电路组成，前级采用单管ICPT系统进行非接触电能传输，后级采用充电管理芯片LTC4020控制的Buck-Boost电路对锂电池进行快速充电。介绍了所研究寻轨机器人无线充电系统结构及原理，对前级主电路进行了四阶段电路等效、工作过程分析、电路建模、补偿网络设计和软开关设计；对后级充电管理电路进行分析和设计。设计了一台样机，对前级电路开关管耐压、流过电流和输出电压进行了仿真和实验，并通过充电实验验证了所研究充电方案的正确性。

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碳化硅MOSFET特征参数随温度变化的比较研究

江芙蓉,杨树,盛况

电源学报. 2018, 16(6): 143-151. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.143

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通过对Cree公司三代SiC MOSFET样品在-160~200℃温度下进行测试，提取出每代器件在不同温度下的阈值电压、导通电阻等特征参数。分析比较了三代产品阈值电压、导通电阻随温度的变化趋势，以及不同温度下导通电阻与栅极电压的关系。运用建立物理模型的方法，对三代产品阈值电压、导通电阻各组成部分与温度的关系进行了比较研究。解释了SiC MOSFET的阈值电压的温度变化率随产品更新而逐代降低的原因，是栅极SiO₂/SiC界面存在的陷阱密度在逐代地下降。通过TCAD仿真拟合转移特性随温度的变化，验证了新产品的界面态密度的降低，同时佐证了SiC MOSFET的技术水平在近几年有显著提升。

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IGBT模块的新型开关模型与损耗分析

徐晓贤,沙广林,庄园,刘瑨琪,王聪

电源学报. 2018, 16(6): 152-158. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.152

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为解决绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）模块开关模型适用性差、拟合度低、开关损耗难以实时连续计算的问题，通过分析IGBT模块开关过程的动、静态特性，着重考虑器件结温和杂散参数等参考量对IGBT开关过程中的瞬时电压、电流波形的影响，基于曲线拟合理论，建立了IGBT模块的开关模型与损耗模型。所建立的开关模型通用性强，适用于相邻开关周期内开关管导通电流不相等的电路；损耗模型精确度高，能够实时累加计算电路的损耗数值。基于Matlab/Simulink环境对开关过程进行仿真并搭建了双重移相DC-DC实验样机进行验证，仿真与实验结果验证了所提出的开关模型及损耗模型的正确性和准确性。

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电流源型驱动在高功率密度IGBT5中的应用研究

秦海洋,郑姿清,赵振波,王天真,李佳旭

电源学报. 2018, 16(6): 159-165. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.159

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绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）的不断发展也推动着驱动技术的发展。为了减小高功率密度IGBT开通损耗以及优化电流变化率di/dt，提升系统的功率密度和能量转换效率，使用一种具有转换速率控制功能的驱动芯片设计电流源型驱动。通过双脉冲实验平台进行测试，将结果与传统的电压源型驱动测试的结果进行对比、分析，从而验证该电流源型驱动在减小开通损耗和优化电流变化率di/dt方面的优势，为驱动电路的研究与设计提供参考。

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电动汽车电池技术发展综述

陈维荣,黄锐森,陈隆,罗一鸣

电源学报. 2018, 16(6): 166-178. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.166

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电池技术是纯电动、混合动力汽车技术的核心，其结果的好坏直接影响着电动汽车的续航能力、加速能力、负载能力、极端环境适应能力以及安全性、稳定性、高效性与使用寿命。重点介绍了一次性电池与蓄电池在电动汽车（含混合动力）产业化过程中关键技术的研究现状。遵循电池技术发展时间顺序，对铅酸电池、镍电池、锂电池技术以及它们在电动汽车上的最新应用进行了总结；额外讨论了氯化镍高能电池、锌空电池等新型电池技术的成果与应用；最后指出各电池技术尚存的问题与其发展方向。

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高性能锂硫电池正极复合材料研究现状

秦海超,燕映霖,杨蓉,李巧乐,王岩,陈利萍

电源学报. 2018, 16(6): 179-185. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.179

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锂硫电池具有理论比容量高（1 675 mA·h/g）、硫资源丰富、环境友好无毒和价格低廉等优点，是下一代二次电池的研究重点。单质硫作为锂硫电池正极材料时，其导电性差、中间产物溶解及放电过程体积膨胀导致的电化学性能衰减，严重制约着锂硫电池的商品化。对单质硫进行复合是目前主要的改性方法和研究热点。综述了吸附型、包覆型和多元复合型等多种硫基正极复合材料的研究现状，分析了复合材料微观结构对其电化学性能的影响，并展望了硫基正极复合材料及锂硫电池的发展前景。

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锂离子电池热失效机理和致爆时间研究综述

任可美,戴作强,郑莉莉,李希超,冷晓伟

电源学报. 2018, 16(6): 186-193. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.6.186

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随着锂离子电池的不断推广，锂离子电池的安全性越来越受到关注。由于工作条件以及工作环境等的原因，锂离子电池可能工作在一些极端条件如高温、低温下；或者未按规定使用电池，使其工作在过充、过放、短路、冲击等极端条件下，这些可能导致电池发生意外如着火或者爆炸等。从导致锂离子电池爆炸的原因着手，分类综述研究了锂离子电池致爆机理和爆炸时间。

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2018年, 第16卷, 第6期　刊出日期：2018-11-30

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