储能电池具有能够平滑可再生能源输出,提高电力系统灵活性和应对电力需求峰谷等优势,有助于推动可再生能源发展,从而应对环境污染和能源紧缺的双重压力。目前市场主流的储能电池为锂离子电池,具有高比能特性,同时新型储能电池也在蓬勃发...储能电池具有能够平滑可再生能源输出,提高电力系统灵活性和应对电力需求峰谷等优势,有助于推动可再生能源发展,从而应对环境污染和能源紧缺的双重压力。目前市场主流的储能电池为锂离子电池,具有高比能特性,同时新型储能电池也在蓬勃发展,其中全钒液流电池具有高安全性的优势,液态金属电池具有超长循环寿命,在电力储能领域具有重要应用前景。储能电池的建模和状态估计对提高储能电池系统性能,确保其安全性以及优化维护效率至关重要,因此文中对锂离子电池、全钒液流电池和液态金属电池的建模和状态估计进行综述。首先,介绍了储能电池状态估计的整体框架,对基于实验的方法、基于模型的方法和基于数据驱动的方法进行整体介绍,并对荷电状态(state of charge,SOC)、健康状态(state of health,SOH)和剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)进行概括;然后,从原理出发,分别总结了不同储能电池体系的内部工作过程、模型构建、状态估计与电池管理过程;最后,对不同储能电池体系的主要工作特性进行横向对比和总结,旨在为储能电池选择和发展提供启示。展开更多
首先,将9,9-二(3,5-二甲基-4-羟基苯基)芴(DMBHF)、9,9-双(4-羟苯基)芴(BHF)和4,4’-二氟二苯甲酮(DFB)在高温下缩聚,得到聚芴醚酮(PFEK-x)(x=30、40、50,x为DMBHF含量,以DFB的物质的量计,下同);接着,利用溴代反应将PFEK-x的甲基功能化...首先,将9,9-二(3,5-二甲基-4-羟基苯基)芴(DMBHF)、9,9-双(4-羟苯基)芴(BHF)和4,4’-二氟二苯甲酮(DFB)在高温下缩聚,得到聚芴醚酮(PFEK-x)(x=30、40、50,x为DMBHF含量,以DFB的物质的量计,下同);接着,利用溴代反应将PFEK-x的甲基功能化为溴甲基;然后,通过4-羟基苯磺酸钠的SN2亲核取代制得具有不同离子交换容量的磺化聚芴醚酮(SPFEK-x);最后,通过溶液浇铸法成膜并酸化,制得新型低成本质子交换膜(PEMs)。采用^(1)HNMR、FTIR、TGA对其进行了表征,并对其性能进行了测试。结果表明,SPFEK-40膜具有较高的质子传导率及离子选择性、较低的钒离子渗透率及面电阻,综合性能优异。以SPFEK-40膜组装的全钒液流电池(VRFB)在电流密度为80 m A/cm^(2)时的能量效率为88.2%,高于以Nafion 212膜组装的VRFB的84.8%。此外,以SPFEK-40膜组装的VRFB在30次循环后放电容量保持率为84.3%,远高于以Nafion 212膜组装的VRFB(66.1%)。该合成路线的原料来源广泛,价格低廉,不涉及危险的磺化反应,易于工业放大。制得的SPFEK-x均具有良好的机械性能和氧化稳定性。展开更多
液流电池图形用户界面(graphic user interface,GUI)整合了电池堆内部电流分布、流体阻力、稳态自然对流散热、结构封装压力和螺柱选型。基本满足研发人员独立进行多学科计算的要求,能初步评估一款电池堆的性能。多分堆构型液流电池堆...液流电池图形用户界面(graphic user interface,GUI)整合了电池堆内部电流分布、流体阻力、稳态自然对流散热、结构封装压力和螺柱选型。基本满足研发人员独立进行多学科计算的要求,能初步评估一款电池堆的性能。多分堆构型液流电池堆的等效电路图采用网格法进行简化,并结合基尔霍夫电压定律求解恒流运行时的循环电流,并进一步计算出堆内逐节电池的实际通过电流、板框流道内的旁路电流,以及堆内主通道内汇总的旁路电流。电池堆流体阻力受板框流道设计、外接管路、电极参数和液位落差影响。矩形流道的达西摩擦系数采用经验方程计算,可将湍流阻力计算误差控制到10%,层流阻力计算误差极低,局部阻力系数采用达西3K参数式估算。电极流阻受电解液流经长度、电极渗透率和电解液黏度的影响。由于渗透率公式的计算结果偏离实验测量值较大,所以界面设定为实测值输入。电池堆按照有保温和无保温考虑在集装箱内的自然对流稳态散热,需要的输入参数包括电池堆的几何尺寸、保温层厚度、环境温度和堆内温度。封装力计算所用的单电池结构是板框配合内嵌盖板的形式。力主要用于找平板材翘曲、将密封垫压入密封槽、抵消内部液体压力和材料热膨胀,再以此进行螺柱选型。展开更多
荷电状态(state of charge,SOC)和峰值功率(state of peak power,SOP)的精确估计对保障电池安全稳定运行具有重要意义。为解决传统估计算法误差高、鲁棒性差等问题,本文提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented Kalman f...荷电状态(state of charge,SOC)和峰值功率(state of peak power,SOP)的精确估计对保障电池安全稳定运行具有重要意义。为解决传统估计算法误差高、鲁棒性差等问题,本文提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented Kalman filtering,AUKF)和经济模型预测控制(economic model predictive control,EMPC)的全钒液流电池(all-vanadium redox batteries,VRB)SOC/SOP联合估计方法。首先,为了提高传统模型的建模精度,本文综合考虑了VRB的电化学场和流体力学场的耦合特性,建立了一个能够全面刻画VRB运行过程的综合等效电路模型,并采用人工蜂群算法(artificial bee colony algorithm,ABC)对模型参数进行离线辨识。随后,考虑到传统的UKF算法无法适应系统噪声,收敛性差,且忽略电池参数变化等缺点,本文提出了基于AUKF的在线参数辨识和SOC估计算法,通过自适应调整UKF算法的参数来提高模型的精度。结合SOC的估计结果,采用EMPC算法估计VRB的SOP,并综合考虑了电压、电流、SOC和电解液流速等约束条件。最后,设计了多种实验工况验证了本文提出的SOC/SOP联合估计算法的精度。文章研究内容能够为液流电池不同运行状态下峰值功率预测和储能电站的精准调度提供依据。展开更多
文摘储能电池具有能够平滑可再生能源输出,提高电力系统灵活性和应对电力需求峰谷等优势,有助于推动可再生能源发展,从而应对环境污染和能源紧缺的双重压力。目前市场主流的储能电池为锂离子电池,具有高比能特性,同时新型储能电池也在蓬勃发展,其中全钒液流电池具有高安全性的优势,液态金属电池具有超长循环寿命,在电力储能领域具有重要应用前景。储能电池的建模和状态估计对提高储能电池系统性能,确保其安全性以及优化维护效率至关重要,因此文中对锂离子电池、全钒液流电池和液态金属电池的建模和状态估计进行综述。首先,介绍了储能电池状态估计的整体框架,对基于实验的方法、基于模型的方法和基于数据驱动的方法进行整体介绍,并对荷电状态(state of charge,SOC)、健康状态(state of health,SOH)和剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)进行概括;然后,从原理出发,分别总结了不同储能电池体系的内部工作过程、模型构建、状态估计与电池管理过程;最后,对不同储能电池体系的主要工作特性进行横向对比和总结,旨在为储能电池选择和发展提供启示。
文摘首先,将9,9-二(3,5-二甲基-4-羟基苯基)芴(DMBHF)、9,9-双(4-羟苯基)芴(BHF)和4,4’-二氟二苯甲酮(DFB)在高温下缩聚,得到聚芴醚酮(PFEK-x)(x=30、40、50,x为DMBHF含量,以DFB的物质的量计,下同);接着,利用溴代反应将PFEK-x的甲基功能化为溴甲基;然后,通过4-羟基苯磺酸钠的SN2亲核取代制得具有不同离子交换容量的磺化聚芴醚酮(SPFEK-x);最后,通过溶液浇铸法成膜并酸化,制得新型低成本质子交换膜(PEMs)。采用^(1)HNMR、FTIR、TGA对其进行了表征,并对其性能进行了测试。结果表明,SPFEK-40膜具有较高的质子传导率及离子选择性、较低的钒离子渗透率及面电阻,综合性能优异。以SPFEK-40膜组装的全钒液流电池(VRFB)在电流密度为80 m A/cm^(2)时的能量效率为88.2%,高于以Nafion 212膜组装的VRFB的84.8%。此外,以SPFEK-40膜组装的VRFB在30次循环后放电容量保持率为84.3%,远高于以Nafion 212膜组装的VRFB(66.1%)。该合成路线的原料来源广泛,价格低廉,不涉及危险的磺化反应,易于工业放大。制得的SPFEK-x均具有良好的机械性能和氧化稳定性。
文摘液流电池图形用户界面(graphic user interface,GUI)整合了电池堆内部电流分布、流体阻力、稳态自然对流散热、结构封装压力和螺柱选型。基本满足研发人员独立进行多学科计算的要求,能初步评估一款电池堆的性能。多分堆构型液流电池堆的等效电路图采用网格法进行简化,并结合基尔霍夫电压定律求解恒流运行时的循环电流,并进一步计算出堆内逐节电池的实际通过电流、板框流道内的旁路电流,以及堆内主通道内汇总的旁路电流。电池堆流体阻力受板框流道设计、外接管路、电极参数和液位落差影响。矩形流道的达西摩擦系数采用经验方程计算,可将湍流阻力计算误差控制到10%,层流阻力计算误差极低,局部阻力系数采用达西3K参数式估算。电极流阻受电解液流经长度、电极渗透率和电解液黏度的影响。由于渗透率公式的计算结果偏离实验测量值较大,所以界面设定为实测值输入。电池堆按照有保温和无保温考虑在集装箱内的自然对流稳态散热,需要的输入参数包括电池堆的几何尺寸、保温层厚度、环境温度和堆内温度。封装力计算所用的单电池结构是板框配合内嵌盖板的形式。力主要用于找平板材翘曲、将密封垫压入密封槽、抵消内部液体压力和材料热膨胀,再以此进行螺柱选型。
