基于MPA-DKF的单液流锌镍电池荷电状态估计

基于单液流锌镍电池二阶RC等效电路模型,采用双卡尔曼滤波算法(DKF)联合估计该电池荷电状态(SOC)及欧姆内阻参数,以降低电池模型参数时变对SOC估计精度的影响。同时,考虑噪声统计特性(过程噪声协方差、量测噪声协方差)及状态误差协方差初值对DKF算法估计性能的影响,提出采用海洋捕食者优化(MPA)算法对其进行寻优以更好地发挥DKF算法的估计性能。仿真结果表明,所提出的MPA-DKF算法相较于扩展卡尔曼滤波(EKF)算法及DKF算法在估算单液流锌镍电池SOC时具有更高的估算精度及更强的鲁棒性,其最大估算误差不超过1%,且在SOC初值错误的情况下仍能快速修正至准确值附近。

改进WOA的单液流锌镍电池充电策略

采用改进的鲸鱼优化算法(WOA)优化充电电流,实现对单液流锌镍电池的充电控制。采用脉冲电流对电池进行充电实验,建立Thevenin等效电路模型并进行参数辨识,运用扩展卡尔曼滤波(EKF)实现荷电状态(SOC)估算。构建的单液流锌镍电池充电时间-能耗模型,以缩短充电时间、降低能量损耗为目标,采用权重系数将时间-能耗的双目标模型转换为单目标模型;将0~95%的SOC分为19个阶段,并设置相对应的充电电流值,使用改进WOA优化19个电流值,求出最优的充电时间与能耗。在单液流锌镍电池充电过程中,用改进的WOA对电流优化后,与0.5 C恒流充电方法相比,能耗减少了1.58%、时间缩短了2.27%。

单液流锌镍电池能量损失与效率初步研究

介绍了一种新型的单液流锌镍电池,研究分析了单液流锌镍电池充放电过程中能量损失的原因,该电池能量损失由电池自身充放电过程中形成的内部能量损失和由循环泵形成的外部能量损失组成。通过对300 Ah单液流锌镍电池不同恒流充放电模式的实验数据和结果的分析,实验结果反映单液流锌镍电池能量效率与系统效率的特性,表明改变恒流充放电电流可减少该电池的能量损失和提高系统效率,该电池系统效率存在进一步优化的空间。

基于ADHDP的单液流锌镍电池充电电流控制

以单液流锌镍电池非线性系统为研究对象,采用执行依赖启发式动态规划(ADHDP)对单液流锌镍电池的充电电流进行控制。先建立单液流锌镍电池的二阶RC等效电路模型和直流(DC)-DC变换器的Buck电路模型;再利用ADHDP算法设计电流控制器;最后,用MATLAB/SIMULINK仿真平台对ADHDP和比例积分(PI)设计的电流控制器进行对比。该ADHDP控制器可提高充电电流的跟踪性能和抗干扰能力,能更好地改善系统的动态性能,充电电流控制效果更好。在充电初期电流从0 A突变到参考值7 A时,ADHDP控制下的充电电流几乎无超调,而PI的超调量为32.86%。

单液流锌镍电池的四阶等效阻抗模型

依靠经验建立等效电路模型来反映电池的电化学阻抗谱(EIS),存在不够精确的问题。以单液流锌镍电池为研究对象,根据EIS的实验测量结果,基于弛豫时间分布(DRT)技术,建立单液流锌镍电池四阶等效阻抗模型。提出一种改进的鲸鱼优化算法(GrWOA),用于辨识阻抗模型参数。该算法能够快速、精确地辨识四阶等效阻抗模型的参数,辨识得到的阻抗实部数据平均相对误差小于1%,虚部数据平均相对误差小于6%。

基于COA-ASRCKF的单液流锌镍电池SOC估计

针对容积卡尔曼滤波(CKF)算法在迭代过程中存在诸多破坏协方差对称性和正定性的敏感操作,进而导致算法终止的现象,提出一种自适应平方根容积卡尔曼滤波(ASRCKF)算法。采用ASRCKF算法在估算单液流锌镍电池荷电状态(SOC)时,过程噪声协方差Q、量测噪声协方差初值R(0)和状态误差协方差初值P_(0)的设定,对估算精度和鲁棒性有重要影响。为此,应用郊狼优化算法(COA)对Q、R(0)和P_(0)进行参数寻优。实验结果表明,提出的COA-ASRCKF算法能较好地应用于单液流锌镍电池SOC估计。与CKF和ASRCKF算法相比,估算精度更高、鲁棒性更强,均方根误差小于1%。

基于无迹卡尔曼滤波单液流锌镍电池SOC估计

针对单液流锌镍电池荷电状态估计(SOC)还未较有为完善的解决方案,提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的单液流锌镍电池SOC估计。对单液流锌镍电池工作原理进行介绍,建立单液流锌镍电池二阶等效电路模型,并对电池内部参数进行辨识,通过利用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)和无轨迹卡尔曼滤波算法(UKF)分别对单液流锌镍电池的SOC估计,经过仿真分析两种算法的误差,进一步说明无迹卡尔曼滤波算法有较高的精确度,估计误差在2%以内,能够满足单液流锌镍电池荷电状态估计要求。

基于AEKF的锌镍单液流电池SOC估计

提出一种基于自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法的锌镍单液流电池荷电状态(SOC)估计方法。建立二阶等效RC电路模型,并提出AEKF算法,对锌镍单液流电池进行参数辨识,再在不同的SOC初值情况下以14 A的电流进行恒流脉冲充放电实验,进一步验证AEKF算法。提出的AEKF算法能准确地估计SOC,估计误差小于2%,能在SOC初始值错误的情况下进行快速修正,具有较强的适应性。

锌镍单液流电池模块化系统管路设计优化

以2 k W锌镍单液流电池模块化系统为对象,基于单边和双边供液管路设计方案,搭建锌镍单液流电池储能单元模块化系统仿真分析模型,用Flowmaster仿真软件分别对不同泵、总管管径和支管管径进行对比优化,以实现流量、流速配平为目标,探讨控制球阀实现流量配平的方法。优选采用循环泵MP-20RX的双边供液系统为最佳方案,以提高泵的工作效率及管网系统的经济性、实用性和可行性。

锌镍单液流电池二维瞬态放电模型

[目的]为研究锌镍单液流电池在运行过程中的内部机理,[方法]以某公司第2代锌镍单液流电池为例,综合考虑动质量传递、电荷守恒以及反应动力学方程建立电池的二维瞬态模型,采用有限元法进行耦合计算并分析电池内部流场、浓度场的分布。通过与实验数据对比验证计算结果的可靠性,并在此基础上研究电解液流量和离子浓度的影响。[结果]结果表明:大流量加快了电化学反应,流量每增大(或减小)0.5倍,氢氧根离子浓度区间减小(或增大)36%~41%,锌离子浓度区间增大(或减小)6.5%~6.6%;增大流量使离子浓度分布趋于均匀,而改变初始离子浓度并不影响浓度分布均匀性;当氢氧根离子初始浓度提高22%时,电池放电电压平均增大27 mV,而较大的锌离子初始浓度则不利于提升电池放电性能。[结论]模型能较为准确地计算电池的放电性能,适用于锌镍单液流电池的机理研究。

锌-镍单液流电池二维瞬态等温模型

综合考虑动质量传递、电荷守恒以及电极反应动力学,建立锌-镍单液流电池二维瞬态等温模型。与试验数据对比验证模型的准确性,在此基础上研究放电过程中电池内部流场和浓度场的分布和变化规律,进一步考察流速和离子浓度对放电性能的影响。研究结果表明:主流区流速较高,由对流控制传质过程,离子浓度分布均匀;多孔介质域和近壁面流速趋于0,由扩散控制传质过程,离子浓度梯度较大;浓度最大值在出口处的负极表面,需要更多地关注负极表面锌离子的浓度极化。提高锌离子浓度不利于提升电池放电性能,但是提高氢氧根离子浓度对提高放电电压效果明显;提高电解液流速或者改变离子初始浓度都不会影响总的放电时间。

电解液流速对锌镍单液流电池性能的影响

通过电化学测试、扫描电子显微镜观察和X射线衍射分析研究了电解液流速、电流密度和锌沉积面容量三者关系及对锌镍单液流电池充放电性能和负极锌沉积形貌的影响.结果表明,锌沉积面容量是影响锌镍单液流电池充放电效率和负极锌沉积形貌的最主要因素,电解液流速不宜过高或过低.随着锌沉积面容量的增大,电池的充放电效率和循环稳定性对电流密度的变化更为敏感,适宜的电解液流速范围变窄.锌沉积面容量在25 mA·h/cm2以上,锌沉积皆呈海绵状.在较低锌沉积面容量下,电解液流速也较低时,海绵锌沉积较为均匀致密.而在高的锌沉积面容量下,海绵状锌沉积的团簇和颗粒变大,不均匀性加重,仅在适中的电解液流速(7.1 L/min)下,锌沉积部分致密规整,电池具有较好的充放电性能.

锌镍单液流电池离子传质极化分析

基于流动传质、电荷守恒以及涉及氢氧根离子、锌离子反应的反应动力学方程,建立锌镍单液流电池二维瞬态模型,研究离子浓度对电池传质极化的影响。与实验数据对比,验证模型的正确性,然后研究电池极化过程,着重考察离子进口浓度以及放电电流密度对电池负极极化过电位的影响。增大离子进口浓度,电极表面和溶液本体浓度趋同,传质极化减小,而高电流密度下,由于较高的传质阻力,传质极化严重,将导致更大的电压损失。

锌镍单液流电池温度特性研究及实验验证

为了深入利用可再生能源,迫切需要发展大容量、低成本、高效和安全的能源存储技术。新提出的锌镍单液流电池具有低成本、长循环寿命、高能效的特性,显示出在规模储能方面的潜在优势,为全面了解锌镍单液流电池的特性,需研究其温度适应性。为此,文章采用恒流限压充放电方式研究了不同温度对锌镍单液流电池充放电性能的影响。结果表明,锌镍单液流电池可在-40℃^+40℃范围内工作,充放电库仑效率随着温度降低而提高,能量效率在+40℃^-20℃区间可达到80%以上,-30℃^-40℃能量效率稍低。研究结果为后续研究和应用奠定了基础。

锌镍单液流电池发展现状

锌镍单液流电池由于安全、稳定、成本低、能量密度高等优点成为电化学储能热点技术之一。介绍了锌镍单液流电池的工作原理。从基础研究角度,重点汇总并分析了该电池存在的主要问题、影响因素及解决方案:锌沉积形貌与电解液体系、工作电流密度、负极基材等多种因素有关,因而可以通过优化上述条件来控制;因副反应消耗电荷的不平衡引起锌的积累,可以通过抑制正极副反应、增强负极副反应以及制备复合正极材料等措施来降低积累问题;极化现象与电流密度有关,可以通过优化电解质流场结构以及利用多孔电极材料两个方面来降低电极极化;另外,开发新型电极材料可以降低电池成本、提高正负电极的面积容量。从应用研究角度,简要剖析了该电池的数学建模情况以及目前主要的工程应用概况:通过构建不同类型的电池模型可以探究不同因素对电池的影响;实际应用中,锌镍单液流电池已经经历了三代规模化产品。最后提出了开发新型电池结构、建立精准物理模型、将电池与仿生结合等将是锌镍单液流电池发展的方向。

基材对锌镍单液流电池锌负极的影响

采用循环伏安、阻抗和恒流充放电等方法,分析锰白铜带、不锈钢带、铜带和镀镍钢带等锌电极基材对锌电极沉积/溶解的影响。各基材沉积电流急剧增高时的电位差别不大,但铜带和镀镍钢带上锌开始沉积的电位高、沉积反应更早发生。镀镍钢带电极的形式电位E 0较小,为-1.422 V,腐蚀反应和析氢反应得到缓解;镀镍钢带和铜带电极在不同电流密度下恒流充放电时,均有更高的库仑效率;镀镍钢带电极的反应电阻只有0.107Ω,更接近锌本身的阻抗。以20 mA/cm 2充电至160 mAh静置24 h,镀镍钢带和铜带为基材的电池的剩余容量较高。镀镍钢带更适合用作基材,可能源于锌沉积的形貌最平整,结合力较大,晶粒之间的间隙也最小。

锌镍电池在储能技术领域中的应用及展望

本文介绍了近几年电力储能在全球储能领域的现况及电力储能在现有储能系统中的应用规模。针对目前较成熟的电化学储能电池进行了分析,着重分析了锌镍电池的特点,首先对锌镍电池的低温放电性能、寿命、大电流充放等性能进行了阐述,模拟储能系统充放电实验的结果表明锌镍电池具有循环寿命长和充放电效率高等特点。其次对单液流锌镍电池的工作原理进行了介绍,就目前单液流锌镍电池的各个型号的中试产品以及50 kW·h储能系统进行了总结和讨论,分析表明锌镍电池作为一种新型的蓄电池,其循环寿命长、安全性能好、制造和维护成本较低,随着近几年新材料的发展,锰正极的锌基电池实验成功,促进了锌空气电池、锌铁电池等系列锌基电池的研发,锌镍电池未来在储能市场将会大放异彩。

锌镍单液流电池正极内部流动与传质过程的格子Boltzmann方法数值模拟

针对锌镍单液流电池多孔正极,基于格子Boltzmann方法从孔隙尺度对多孔正极内的流动传质及化学反应过程进行了模拟,获得了多孔电极孔隙内部电解液渗流速度场、浓度场和电流密度变化。从孔隙内渗流与传质的角度分析了不同充电电流、电解液流速和多孔电极孔隙率对电极电化学反应的影响。

锡酸钾对流动锌酸钾碱液中锌沉积/溶解的影响

研究了在流动的高浓度锌酸钾溶液中锡酸钾添加剂对锌负极沉积/溶解行为的影响.循环伏安测试结果表明,扫描速度为1 m V/s时,随着添加锡酸钾浓度的增加,阴极分支更早出现沉积,溶解峰的峰值逐渐减小;随着扫描速度的增加,这种规律变得不明显.利用SEM观测电沉积500 s的沉积物形貌发现,向基础溶液中添加锡酸钾有利于晶种的产生和晶粒的生长. EDS测试结果表明含锡酸钾的锌酸钾溶液中沉积层含有锌和锡.自放电测试结果表明,基础电解液加入锡酸钾后自放电现象得到了明显的改善,充满电静置12 h后加入0. 1 mol/L锡酸钾的电池放电库仑效率从基础溶液的60. 0%提高到81. 1%.

镓离子对流动锌酸钾溶液中锌沉积/溶解的影响

在流动的高浓度锌酸钾溶液中,研究氢氧化镓作为电解液添加剂对锌负极沉积/溶解行为的影响。利用SEM观察镀层表面的沉积形貌,发现向基础电解液中添加镓离子(Ga3+),可在锌沉积过程中细化晶粒,并增加晶体的生长密度。自放电测试结果表明:电池以10 m A/cm2充电150 m Ah,静置12 h时后,电解中加入0.1 mol/L镓离子的电池,库仑效率从基础溶液的59.9%提高到69.1%。向高浓度锌酸钾溶液中添加镓离子,可改善镀层表面的沉积形貌,并抑制锌镍单液流电池的自放电。