01. 成果简介 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势，是当前燃料电池汽车的首选，然而，针对目前质子交换膜燃料电池系统设计和控制，还存在以下问题： 1. 在考虑零下低温条件下电堆快速暖机的前提下，实现最优增湿效果，是燃料电池系统设计的一个挑战； 2. 由阳极与阴极两侧压差波动造成的燃料电池质子交换膜机械损坏、以及由燃料电池的高电位造成的燃料电池多孔碳纸化学腐蚀，是限制燃料电池寿命的重要因素； 3. 当燃料电池汽车进入隧道或者地下车库等封闭空间时，由于阳极吹扫而被排出的氢气会在该密闭空间上方聚集，产生安全隐患； 本成果提供一种能够实现阳极再循环和阴极排气再循环的燃料电池系统设计，以及相应的气体压力随动控制、气体湿度多模式控制和输出电压钳位控制，可精确控制进入电堆的氢气/空气压力、总流量、温度、湿度和氧含量等参数，具体如下： 1. 燃料电池系统对进气湿度要求较高，只有在最优增湿条件下，才能实现最高输出效率，为了实现对进气湿度的控制，目前主要由外部增湿和自增湿两种系统，前者低湿环境条件下电堆增湿效果较好；后者取消了外部增湿器，加快了零下低温条件下电堆暖机过程。本成果采用阳极+阴极双循环系统，在小负荷工况下，增大阴极循环程度，充分运用阴极生成水对燃料电池进气进行加湿；在中高负荷下降低阴极循环程度，而增高阳极循环程度，避免由于进气流量过大引起的阴极循环泵功率消耗过高的问题。兼顾低湿环境条件下提高电堆增湿效果与零下低温条件下电堆暖机过程，提高电堆效率； 2. 首先，进入燃料电池电堆的气体流量与气体压力存在一定耦合关系，导致阳极与阴极两侧气体压力将随着燃料电池发电系统的输出功率变化而变化，由此引起的阳极与阴极两侧压差波动会对燃料电池内部的质子交换膜产生机械损坏，本成果采用阳极+阴极压力快速随动控制，从而降低由压力波动造成的机械损坏；此外，在怠速或小负荷时，燃料电池的高电位会对燃料电池内部的多孔碳纸造成化学腐蚀，为此，在怠速或小负荷时，本成果通过增大阳极循环程度，降低燃料电池电位，实现对电压的钳位控制，从而降低由高电位引起的化学腐蚀；综上所述，本成果通过阳极+阴极压力快速随动控制和电压钳位控制，延长电堆寿命； 3. 由于氮气和水的浓差扩散作用，燃料电池阳极侧都会出现氮气累积和液态水水淹现象，引起燃料电池性能下降，因此需要定期对阳极侧进行吹扫，将累积的液态水、氮气与未反应的氢气一起排出。本成果在阳极出口处增加了燃料电池小面积单片，用于处理尾排氢气，从而实现燃料电池系统氢气零排放，保障燃料电池系统的运行安全。 燃料电池双循环系统02. 应用前景 本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。03. 知识产权 本成果涉及9项发明专利。04. 团队介绍 项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括欧阳明高、李建秋、杨福源、王贺武、卢兰光、李希浩、徐梁飞、杜玖玉、韩雪冰、冯旭宁等，课题负责人为李建秋，获得国家技术发明二等奖两项，北京市科学技术一等奖一项、中国汽车工业技术发明一等奖一项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程，培育出多家学生创业型高科技企业，为中国新能源汽车跻身世界先进行列作出了重要贡献。05. 合作方式 技术许可。06．联系方式 邮箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn

储能系统在应用领域上可以分为小型无间断备用电源（UPS）和大型储能电站(ESS)。UPS在停电时给计算机/服务器、存储设备、网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统、需要持续运转的工业设备等提供不间断的电力供应。储能电站的目的是“削峰填谷”，可以把用电低谷期低价的富余的电储存起来，在用电高峰电价较贵的时候再拿出来用，可以为用户节约用电成本，也能在用电高峰期缓解电网的用电压力。储能电站还可存储太阳能和风能电站产生的电能，将光能和风能与储能电站完美结合，实现可再生电能的有效储存，突破时间和气候限制，解决了太阳能和风能由于缺乏稳定性而造成的并网难题。 目前市场上的储能系统多是基于传统的铅酸电池，铅酸电池虽然价格低廉，但是它主要有由金属铅构成，对环境危害很大，而且它们寿命很短，通常2年左右就要更换全部电池。在低碳和环保背景下，用新型锂离子电池代替传统铅酸电池是大势所趋。市场上虽然有基于磷酸铁锂电池的储能系统，但是磷酸铁锂电池价格高昂，是铅酸电池的3倍以上，在市场上缺乏竞争力。本项目的目的是设计和制造基于廉价三元锂电池的储能系统，可以用于备用电源也可以用于储能电站，比基于磷酸铁锂的储能系统在成本上能降低30%以上，而且能量密度更高，重量和占地面积都显著降低。崔博士已经和敦煌力波能源科技有限公司合作在敦煌市的国家级光电基地建造了一个0.5MWH的储能电站系统，这个储能电站主要服务于一个光伏电厂，在光照不足时为辅助光伏板以产生稳定的输出功率。

本发明公开了一种锂电池组均衡系统及方法。本发明将锂电池组的均衡问题分为组内均衡和组间均衡两个层次，锂电池分成若干组，分别和双向 DC-DC 转换器并联，其输出端相互串联作为直流母线和发电系统的输出端以及负载并联。每组内电池通过双向开关连接，同时并联旁路开关，可实现电池动态接入。根据各组平均 SOC 分配各组输出电压实现组间均衡。根据组内单体电池 SOC 控制其动态接入可实现各组内均衡。基于本发明对锂电池组 SOC 进

对于空穴传输材料而言，最常见的小分子掺杂是双三氟甲烷磺酰亚胺锂和4-叔丁基吡啶。这两种掺杂的引入虽然可以提升性能，但是双三氟甲烷磺酰亚胺锂对于水较好的亲和力会使得器件的稳定性大幅下降。Solar RRL发表的成果中，许宗祥课题组找到了一种新型p型掺杂有机小分子Zn(C6F5)2来提高P3HT的载流子提取与传输性能，并进一步提升了其器件稳定性。

高比能电池面向国家重大需求，仅锂电池 2017 年市场规模已超过 1 亿 kWh，并且随着电动汽车、规模储能市场的迅速发展，电池需求快速增加，市场规模很快将超过 3000 亿元。 本项目为陈军教授团队十余年的研发成果，主要包含新型锂电池、钠电池、锌电池等新能源电池，可用于电动汽车、可再生能源风光发电储能等领域。 1. 开发了两类新型锂电池正极材料：取代型锰系尖晶石正极材料和掺杂型超高镍含量三元层状材料。这两种材料原料便宜、制备工艺（连续共沉淀与梯度加热）简单，成本优势明显，并且性能优异，产品晶相纯度高、形貌规整、振实密度大、长周期循环稳定性好。 2. 针对传统无机电极材料的不足，研发有机电极材料，它们由高丰度的 C、H、O、N 等元素组成，具有易合成、低成本、绿色环保等突出优点，并且由于可实现多电子反应，容量大、能量密度高，此外有机电极材料柔韧性强，在柔性可折叠等新颖结构电池体系中应用前景巨大。 部分有机电极材料在实验室中已实现公斤级制备，并组装 Ah 级软包全电池，经 18 所等权威机构检测鉴定，能量密度超过 300Wh/kg，通过安全性测试。计划 5 年内完成 1-2 种有机电极材料的中试，并实现部分电池产品的应用示范，具有清洁环保优势。 可合作宏量制备及大容量电池装配，推进中试和产业化，将产生显著经济效益、环境效益和社会效益。

本实用新型提供一种电池箱、电池模组及新能源汽车，所述电池箱包括箱体、盖体和密封圈；所述箱体包括底面及设置于所述底面四周的侧壁，所述底面与侧壁形成一容置电池的容置空间；所述盖体包括顶面及设置于所述顶面四周的侧壁，所述盖体还包括设置在所述顶面的凹槽，所述凹槽用于放置所述密封圈，以使所述箱体与盖体盖合时，所述箱体的开口与所述密封圈接触；所述电池箱还包括密封填充物，在所述箱体与盖体盖合时，所述密封填充物设置盖合位置处的顶面四周的侧壁与所述底面四周的侧壁之间。采用本实用新型提供的电池箱，可以在提

高比能电池面向国家重大需求，仅锂电池 2017 年市场规模已超过 1 亿 kWh，并且随着电动汽车、规模储能市场的迅速发展，电池需求快速增加，市场规模很快将超过 3000 亿元。 本项目为陈军教授团队十余年的研发成果。 1. 开发了两类新型锂电池正极材料：取代型锰系尖晶石正极材料和掺杂型超高镍含量三元层状材料。相对于 LiCoO2，这两种材料原料便宜、制备工艺（连续共沉淀与梯度加热）简单，成本优势明显，并且性能优异，产品晶相纯度高、形貌规整、振实密度大、长周期循环稳定性好。 2. 针对传统无机电极材料的不足，研发有机电极材料，它们由高丰度的 C、H、O、N 等元素组成，具有易合成、低成本、绿色环保等突出优点，并且由于可实现多电子反应，容量大、能量密度高，此外有机电极材料柔韧性强，在柔性可折叠等新颖结构电池体系中应用前景巨大。部分有机电极材料在实验室中已实现公斤级制备，并组装 Ah 级软包全电池，经18所等权威机构检测鉴定，能量密度超过300Wh/kg，通过安全性测试。计划 5 年内完成 1-2 种有机电极材料的中试，并实现部分电池产品的应用示范。 所需条件支持：希望能获得 60-80 万/年经费与 100-200m2实验室支持，用于购置大容量控温控压反应釜、连续式沉淀反应釜、箱式气氛炉、旋转窑炉、电池封装机等设备，进行材料制备的进一步工艺优化、宏量放大制备以及大容量电池装配试验，推进中试和产业化。 

一种公路收费站减速带能量回收发电系统，通过减速带下方的板簧上的垂向连杆与扇形齿轮相连；再由扇形齿轮分别驱动内啮合棘轮机构一、内啮合棘轮机构二，带动发电机一、发电机二分别在减速带下压和恢复过程中发电。该种发电系统结构简单、成本低、使用安全可靠、发电效率高、不污染环境。

一种无刷双馈电机独立发电系统的励磁控制装置，属于无刷双 馈电机发电控制装置，克服现有的标量控制方法动态性能差以及双同 步旋转坐标系矢量控制方法复杂、成本高且效率低的缺陷。本发明包 括 PW 电压幅值控制器、PW 电压频率控制器、CW 电流矢量控制器、 LC 滤波器、转速计算器、CW 电流频率前馈量计算器、PW 电压锁相 环和 PW 电流变换器。本发明以无刷双馈电机的 CW 电流矢量控制器 为内环，以无刷双馈电机的 PW 电压幅值控制器和 PW 电压频率控制 器为外环，实现 PW 电压幅值和频率的独立

本发明提供一种全天候太阳能槽式集热及电加热耦合系统，它包括太阳能槽式集热区、电加热区、高温反应区、系统控制区。通过风机驱动将净化后冷空气抽入到太阳能真空集热管中，在太阳能槽式聚热板的作用下，空气被迅速加热，如加热后的空气温度达到高温反应区所需温度,则直接用于高温反应，如加热后空气温度低于高温反应区所需温度，则需空气加热机补足温差，以此在高温反应区形成一个恒定的中高温温度场。本发明的效果是此中高温热场可用于盐水介观分离和剩余污泥介观干化等应用。本系统在太阳能槽式集热区和电加热区的耦合控制下能全天候提供高温反应区所需温度的100℃-400℃范围的热空气，流量为50m3/h-600m3/h空气热场。