[發明專利]一種基于三閉環結構的全釩液流電池充放電控制系統及其控制策略

有效

• 申請號: 201610225720.7
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105790361B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 邱亞;李鑫
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 陸麗莉,何梅生

1.一種基于三閉環結構的全釩液流電池的充放電控制系統，其特征包括：SOC控制器、 電壓控制器、電流控制器、全釩液流電池、預估模塊和直流變換器；

將所設定的荷電狀態SOC_ref與全釩液流電池的實際荷電狀態SOC輸入到所述SOC控制 器中進行計算，從而獲得堆棧電壓的給定值V_s-ref；

將所述全釩液流電池的外部端電壓U_d與實際充放電電流I_d輸入到所述預估模塊中，從而 獲得堆棧電壓的估計值

將堆棧電壓的給定值V_s-ref與堆棧電壓的估計值輸入到所述電壓控制器中進行計算，從 而獲得充放電電流的給定值I_d-ref；

將充放電電流的給定值I_d-ref與實際充放電電流I_d輸入到所述電流控制器中進行計算，從 而獲得控制電壓U_c并輸入到所述直流變換器中；

以所述直流變換器的輸出電壓作為所述全釩液流電池的外部端電壓U_d，并對所述全釩液 流電池進行充放電，從而獲得全釩液流電池的實際充放電電流I_d；

通過所述全釩液流電池的實際充放電電流I_d獲得全釩液流電池的實際荷電狀態SOC；

將所述全釩液流電池的實際荷電狀態SOC反饋至所述SOC控制器的輸入端，從而形成第 一閉環結構；

將所述全釩液流電池的堆棧電壓的估計值反饋到所述電壓控制器的輸入端，從而形成 第二閉環結構；

將所述全釩液流電池的實際充放電電流I_d反饋到所述電流控制器的輸入端，從而形成第 三閉環結構。

2.一種基于三閉環結構的全釩液流電池的充放電控制策略，其特征是按如下步驟進行：

步驟1：檢測全釩液流電池的外部端電壓U_d和實際充放電電流I_d；

步驟2：根據所述全釩液流電池的外部端電壓U_d和實際充放電電流I_d進行計算，獲得全 釩液流電池的實際荷電狀態SOC；

步驟3：將所設定的荷電狀態SOC_ref與所述全釩液流電池的實際荷電狀態SOC進行比例 積分計算，從而獲得全釩液流電池的堆棧電壓的給定值V_s-ref；

步驟4：根據所述全釩液流電池的外部端電壓U_d和實際充放電電流I_d，利用式(1)獲得全 釩液流電池的堆棧電壓的估計值

V^s=(Ud-(Id-Ip)×Zeq)K(s)---(1)]]>

式(1)中，I_p表示全釩液流電池的泵損；Z_eq表示全釩液流電池的等效阻抗，并有：

Zeq=RresRfRres+Rf(s+Rrea+RresRreaRresCe)s+Rrea+Rres+RfRreaCe(Rres+Rf)---(2)]]>

式(2)中，s表示復頻率；R_res表示全釩液流電池的質子傳遞電阻、膜電阻、溶液電阻、電 極電阻和雙極板電阻的總和；R_rea表示全釩液流電池中由反應動力學引起的等效電阻；R_f表 示全釩液流電池的寄生損耗；C_e表示全釩液流電池的電極電容；

式(1)中，K(s)為全釩液流電池的堆棧電壓與端電壓的相關系數，并有：

K(s)=RfRreaCe(Rres+Rf)(s+Rrea+RresRreaRresCe)s2+(2Rres(Rrea+Rres+Rf)+RreaRfRreaRresCe(Rres+Rf))s+(Rrea+Rres)(Rrea+Rres+Rf)Rrea2RresCe2(Rres+Rf)---(3)]]>

步驟5：將全釩液流電池的堆棧電壓的給定值V_s-ref與堆棧電壓的估計值進行比例積分 計算，從而獲得全釩液流電池的充放電電流的給定值I_d-ref；

步驟6：將充放電電流的給定值I_d-ref與充放電電流I_d進行比例積分計算，從而獲得直流 變換器的控制電壓U_c；

步驟7：根據所述控制電壓U_c，利用式(4)獲得所述全釩液流電池的外部端電壓U_d：

Ud=Ks×UcTs+1---(4)]]>

式(4)中，K_s表示直流變換器的放大系數；T表示直流變換器的開關頻率；

步驟8：利用全釩液流電池的外部端電壓U_d對所述全釩液流電池進行充放電，從而獲得 全釩液流電池的實際充放電電流I_d；

步驟9：重復循環步驟1-步驟8執行，直到所述全釩液流電池完成充放電。

3.根據權利要求2所述的充放電控制策略，其特征是：

當所設定的荷電狀態SOC_ref大于所述全釩液流電池的荷電狀態SOC，則表示對所述全釩 液流電池進行充電，反之，表示對所述全釩液流電池進行放電；

當所設定的荷電狀態SOC_ref等于所述全釩液流電池的荷電狀態SOC，則表示完成所述全 釩液流電池的充放電。