钒电池快速充电方法及钒电池光伏储能系统建模研究

来源：论文学术网

时间：2024-08-19 04:17:42

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钒电池快速充电方法及钒电池光伏储能系统建模研究【摘要】：钒电池(VRB，Vanadium Redox Flow Battery)作为一种新型的化学电池，因其具有功率、容量可独立设计

【摘要】：钒电池(VRB，Vanadium Redox Flow Battery)作为一种新型的化学电池，因其具有功率、容量可独立设计、能大电流充放电、可深度放电、循环寿命长等诸多优点，在其关键材料、系统建模和示范工程等方面都得到广泛研究。本文以VRB为对象，重点对其充电方法和钒电池光伏储能系统建模两方面进行研究。以成熟蓄电池充电技术为基础，结合VRB的特点及其电化学机理，在马斯定律的指导下，系统研究充电电流逐级递减和停歇去极化的变电流间歇恒压充电模式。以单片VRB为实验对象，通过大量实验与结果分析，确定了始、末段充电电流密度、变流规律、停歇时间等参数，得到新型充电方法的充电曲线。在不同荷电状态(SOC, State of Charge)和电解液流量下，考察新型充电方法的适用性，并与恒流恒压充电方法对比。结果表明，二者的放电容量相当，采用新型充电方法的充电时间缩短近一半，且多次循环充放电结果表明放电容量未见衰减。实验结果证实新型充电方法达到了快速、高效和少损的充电目的。由于VRB特别适合于大中型储能系统，本文以5.3kW钒电池光伏储能系统为对象，40kWh钒电池为储能设备，搭建了钒电池光伏储能系统模型。储能系统包括光伏发电及附属模块、双向充放电控制器、钒电池等模块。运用Matlab建立储能系统仿真模型，在光照强度和负载变化的条件下，研究了VRB的响应特性和系统的功率平衡性能。仿真结果证实，VRB具备良好的充放电特性，在所设计充放电控制器的作用下，VRB能快速响应并可有效调节系统输出功率满足负载需求，也可为将来的工程放大应用设计提供参考依据。 【关键词】：钒电池 极化效应 快速充电 钒电池光伏储能系统
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM912
【目录】：

摘要7-8
Abstract8-10
1 绪论10-18
1.1 课题背景及意义10-11
1.1.1 快速高效充电的必要性10
1.1.2 独立光伏储能系统概况10-11
1.1.3 课题来源11
1.2 钒电池简介11-15
1.2.1 钒电池特点12
1.2.2 钒电池的研究及应用现状12-15
1.3 钒电池充电方法的研究现状15
1.4 钒电池应用于新能源储能系统的研究现状15-16
1.5 课题的主要研究内容16-18
2 钒电池充电机理分析18-27
2.1 钒电池工作原理及特性18-20
2.1.1 钒电池工作原理18-19
2.1.2 钒电池充放电特性19-20
2.2 极化效应及其对充放电过程的影响20-23
2.2.1 极化产生的原因及分类20-22
2.2.2 极化效应对钒电池充电过程的影响22
2.2.3 去极化的解决办法和原则22-23
2.3 快速高效充电原理23-26
2.3.1 蓄电池最佳可接受充电电流曲线23-24
2.3.2 蓄电池充电电流接受比定律24-26
2.4 小结26-27
3 钒电池快速高效充电方法的研究27-40
3.1 充电方法分类27-29
3.1.1 常规充电方法27-28
3.1.2 快速充电方法28-29
3.1.3 智能充电方法29
3.2 钒电池快速高效充电方法29-36
3.2.1 实验用钒电池充电装置30-32
3.2.2 恒电流与变电流充电实验32-33
3.2.3 钒电池的新型充电方法33
3.2.4 恒流充电最佳电流密度确定实验33-34
3.2.5 变电流间歇充电参数确定实验34-35
3.2.6 浮充充电模式的选择实验35-36
3.3 完整的快速高效充电方法36
3.4 新型快速充电法与阶段充电法对比实验36-38
3.5 荷电状态与电解液流量对 VRB 性能的影响38-39
3.6 小结39-40
4 钒电池建模及其充放电特性40-51
4.1 钒电池模型分类40-45
4.1.1 交流阻抗模型40-41
4.1.2 含支路电流的三阶模型41-42
4.1.3 系统等效损耗模型42-45
4.2 钒电池建模及测试45-49
4.2.1 钒电池 Matlab 建模45-48
4.2.2 钒电池仿真结果与实验结果比较48-49
4.3 小结49-51
5 钒电池光伏储能系统建模51-72
5.1 钒电池光伏储能系统简介与容量设计51-53
5.2 光伏模型与特性53-56
5.2.1 光伏模块数学模型53-55
5.2.2 光伏模块建模及其输出特性55-56
5.2.3 影响光伏模块输出特性的因素56
5.3 光伏模块最大功率跟踪与实现56-62
5.3.1 常用最大功率点跟踪方法57-60
5.3.2 最大功率跟踪与升压转换的实现60-61
5.3.3 最大功率跟踪仿真与结果分析61-62
5.4 钒电池光伏储能系统中双向充放电控制器建模62-67
5.4.1 双向充放电控制器设计62-65
5.4.2 双向充放电控制器仿真与结果分析65-67
5.5 储能系统仿真与结果分析67-71
5.5.1 光照强度变化储能系统仿真68-69
5.5.2 负载变化储能系统仿真69-71
5.6 小结71-72
6 总结与展望72-74
6.1 总结72-73
6.2 未来展望73-74
参考文献74-80
攻读学位期间主要研究成果80-81
致谢81

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