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。

电解液对全铅单液流电池电极性能的影响

研究Pb(II)和H+离子浓度对全铅单液流电池正、负电极在复合石墨基体上电化学行为的影响.结果表明,PbO2正极和Pb负极的电极过程受电化学和扩散混合控制.Pb(II)氧化沉积成PbO2时出现成核环,铅负极成核过电位小,充放电电压差远小于PbO2正极,电池极化主要来自PbO2正极.增加H+浓度有利于降低PbO2正极和Pb负极的极化,但析氧、析氢副反应和腐蚀加重.增大Pb(II)浓度有利于抑制析氧,但PbO2正极充电电压升高,充放电电压差增大.Pb(II)浓度较低时,充放电过程中PbO2沉积层少许脱落,充电电压进一步降低且更趋平稳.为此,电解液中HBF4浓度以2 mol L-1为宜,Pb(II)浓度应在0.9 mol L-1以上.

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。

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。

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%。

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。

海岛/海上独立光伏发电系统建模与仿真

基于独立光伏发电系统的基本组成,以某海岛光伏发电储能及海水淡化系统构成的新型集成式离网发电系统为研究目标,采用Matlab/Simulink对系统模块进行数值模拟,完善对集成系统中各个组成部分技术特点与合理匹配的要求。通过实例系统验证,完成10 k W光伏发电系统对光伏阵列、蓄电池容量和负载工况的配置选型,系统功率实现日常稳定输出和蓄电池储能备用,同时验证了实例的可行性和稳定性。

液流电池电解质的溶液化学研究最终报告

针对高稳定性、高活性全钒液流电池电解液以及高能量密度单液流电池沉积型电对及固体电极电化学性能与电解质溶液之间构效关系、高稳定性浓电解质溶液化学理论及作用机制等关键科学问题,以具备较大应用潜力的全钒双液流以及锌/镍、全铅单液流电池体系电解质的溶液化学为研究重点,通过电化学测试与材料物性表征相结合,深入研究了电解质溶液对全钒双液流以及碱性沉积型锌负极和电池性能的影响,阐明了电解液流速、锌沉积面容量和电流密度的关联;考察了不同种类的无机、有机添加剂以及添加剂中的官能团对电解液的热稳定性以及电化学活性的影响,深入研究了电解液溶液及添加剂对固体氧化镍正极活性和稳定性的影响,探讨了电解液添加剂与锌负极和氧化镍正极的相容性;研究了全铅单液流电池电解质溶液的物化性质,探明电解液组成对电极性能的影响规律;研究了电解液添加剂对全铅单液流电池电极性能的影响及其作用机制;考察了支持电解质对电解液的热力学稳定性、电化学活性以及循环稳定性等的影响,优化了电解液的组成,提高了电池充放电的能量效率和循环稳定性。重要的创新点包括以下方面:(1)确定了对于全钒液流电池电解液的热稳定性和电化学性能具有积极作用的添加剂结构和支持电解质组成;(2)阐明全铅单液流电池电解液中铅活性离子对电极性能的影响规律,优化了铅离子浓度;(3)提出电解液中添加电解PbO_2,降低沉积型PbO_2电极极化,抑制铅累积和枝晶的新方法,获得了高活性、高沉积均匀性Pb负极和PbO_2正极。

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.

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%。

单液液流电池研究进展

规模储能的巨大需求使液流电池拥有巨大的发展前景,也催生了单液液流电池。本文简述了单液液流电池和液流电池的传承关系,及单液液流电池产生的意义;分别介绍了当前5种单液液流电池的产生历程、工作原理等基本概况,并对单液液流电池的性能及存在的问题进行简要分析;最后展望了单液液流电池的发展前景。

全钒液流电池10kW单元电堆性能研究

详细研究了全钒液流电池10 kW单元电堆的功率输出特性和单体电压一致性及不同充放电电流密度与库仑效率和能量效率的关系。研究了电堆长期运行时,库仑效率、能量效率及电压平台的变化。

酸处理石墨毡催化PbO_2/Pb^(2+)电化学活性

将聚丙烯腈(PAN)基石墨毡分别浸入浓甲基磺酸、H_2O_2(30%)、H_2O_2/H_2SO_4和H_2O_2/CH_3SO_3H介质中化学氧化。用循环伏安法、充放电法,测试PbO_2/Pb^(2+)在不同石墨毡电极上的氧化还原活性、可逆性及充放电性能;用FT-IR、SEM和XRD测试,分析石墨毡表面的特征官能团、形貌和物相组成。浓甲基磺酸处理前后的石墨毡电极,氧化峰电流从34.3 m A增加到41.2 m A;充放电能量效率从68.5%增加到72.5%。归因于化学氧化后的石墨毡电极表面粗糙,引入了羟基官能团,增加了α-Pb O2沉积/溶解活性。

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。

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。

某型集装箱储能电池模块的热设计研究及优化

选择以某型集装箱储能系统电池单元模块为研究对象,基于CFD仿真技术对其热性能特性进行分析,获得了储能电池单元内部的气流组织特性及电池表面的温度分布。在此基础上,研究了导流板的尺寸和布置角度对气体流动和传热特性的影响。研究结果表明:随着导流板宽度的增加,电池散热面的最高温度和平均温度都呈现下降的趋势;随着导流板布置角度的增加,电池散热面的最高温度和平均温度也呈现下降的趋势。通过导流板的合理布置可以使得电池散热面的温度降低到60℃以下,符合一般电池的合理工作环境。该研究结果对集装箱储能系统的广泛应用提供了技术参考。