[發明專利]一種基于電熱耦合的全釩液流電池儲能系統等效方法

有效

• 申請號: 201910522665.1
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110276120B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 熊斌宇;楊葉森;劉正奇;李旸;唐金銳;蘇義鑫;謝長君;陳繼忠
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F119/08
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳

1.一種基于電熱耦合的全釩液流電池儲能系統等效方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

步驟1：使用二階阻容網絡對全釩液流電池VRB的電氣特性進行建模，并用式(1)—式(6)表示：

U_ter＝E_ocv-U_con-U_act-U_ohm (1)

U_ohm＝IR_ohm (3)

式(1)表示電池端電壓的組成，U_ter為VRB的端電壓；式(2)中描述了電池的荷電狀態和開路電壓的變化規律，其中，SOC為電池的荷電狀態，即剩余電量；C_n表示電池的容量；i(t)為充放電電流，η為充放電效率；SOC₀為系統初始的荷電狀態；E_ocv為電池電壓源，代表了VRB電堆在不同SOC下的平衡電動勢EMF，由能斯特方程導出；E₀表示標準電極電位；R表示摩爾氣體常數；T表示當前溫度；F表示法拉第常數，k₁、k₂表示為修正SOC不準確而添加的修正系數；式(3)中，U_ohm為歐姆過電勢，代表了雙極板、薄膜、電解質上的等效壓降，R_ohm表示釩電池的等效內阻，代表了雙極板、薄膜、電解質的等效電阻之和，I表示輸入電流；式(4)中，U_act為活化過電勢，在模型中用阻容網絡等效表示，R_act和C_act分別為等效電阻和等效電容，t表示反應進行的時間，用于描述暫態過程；式(5)中，U_con為濃差過電勢，在模型中用阻容網絡等效表示，R_con和C_con分別為等效電阻和等效電容；式(6)中，R_sh//R_diff為自放電損耗電阻與旁路電流損耗電阻，由電解液的導電性與釩電池的流體管道設計決定，σ表示電解液的導電性，l表示電極長度，s表示電極寬度，R_a,c表示管道等效電阻；

步驟2：依據實驗數據，通過粒子群算法，對步驟1中等效電路方程的參數R_ohm、R_act、R_con、C_act和C_con進行辨識；

步驟3：分析在電池運行中等效電阻產熱、化學反應吸/放熱、電堆中由傳質粘度和摩擦造成的產熱三種狀態，并采用式(8)—式(11)所示的方程進行描述：

P_Σ＝P_r+P_entro+P_flow (8)

式(8)表示電池中各個產熱部分的組成，P_∑為電池總產熱量，P_r為各等效電阻產熱，P_entro表示化學反應吸/放熱，P_flow為電堆中由傳質粘度和摩擦造成的產熱；式(9)表示當電流為變量時，各項電阻的產熱，等式右側第一項為自放電和旁路電流的產熱，第二項為等效歐姆電阻、活化電阻和濃差電阻的產熱，并包含了暫態過程，R_shunt、R_diff分別為旁路電流損耗電阻與自放電損耗電阻；式(10)表示化學反應吸/放熱，其符號由充放電狀態決定，E表示反應熵熱；T_s為電堆內部電解液的溫度；z表示反應中電子轉移數，c表示離子濃度；式(11)表示由傳質粘度和摩擦造成的產熱，Q表示管道中傳質的流量；Δp_total表示傳質總的壓力降；α為泵的效率，取決于泵的配置和運行條件；μ表示傳質的粘度；l和S表示電極的長度和截面積；κ為電極的滲透率；

步驟4：基于電熱比擬原理，使用Cauer等效網絡對VRB儲能系統的傳熱路徑進行等效；

步驟5：將步驟2和步驟4中得到的結果進行聯立，得到完整的VRB儲能系統電熱耦合模型的狀態空間方程：

U_ter＝h(x,u) (16)

式(15)中，x表示系統中的各個狀態量，u表示系統的輸入量；A為系統矩陣，B為輸入矩陣；式(16)中，U_ter表示輸出端電壓。