釩電池快速充電方法及釩電池光伏儲能系統(tǒng)建模研究

【摘要】：釩電池(VRB，Vanadium Redox Flow Battery)作為一種新型的化學(xué)電池，因其具有功率、容量可獨(dú)立設(shè)計、能大電流充放電、可深度放電、循環(huán)壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，在其關(guān)鍵材料、系統(tǒng)建模和示范工程等方面都得到廣泛研究。本文以VRB為對象，重點(diǎn)對其充電方法和釩電池光伏儲能系統(tǒng)建模兩方面進(jìn)行研究。 以成熟蓄電池充電技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合VRB的特點(diǎn)及其電化學(xué)機(jī)理，在馬斯定律的指導(dǎo)下，系統(tǒng)研究充電電流逐級遞減和停歇去極化的變電流間歇恒壓充電模式。以單片VRB為實(shí)驗對象，通過大量實(shí)驗與結(jié)果分析，確定了始、末段充電電流密度、變流規(guī)律、停歇時間等參數(shù)，得到新型充電方法的充電曲線。在不同荷電狀態(tài)(SOC, State of Charge)和電解液流量下，考察新型充電方法的適用性，并與恒流恒壓充電方法對比。結(jié)果表明，二者的放電容量相當(dāng)，采用新型充電方法的充電時間縮短近一半，且多次循環(huán)充放電結(jié)果表明放電容量未見衰減。實(shí)驗結(jié)果證實(shí)新型充電方法達(dá)到了快速、高效和少損的充電目的。 由于VRB特別適合于大中型儲能系統(tǒng)，本文以5.3kW釩電池光伏儲能系統(tǒng)為對象，40kWh釩電池為儲能設(shè)備，搭建了釩電池光伏儲能系統(tǒng)模型。儲能系統(tǒng)包括光伏發(fā)電及附屬模塊、雙向充放電控制器、釩電池等模塊。運(yùn)用Matlab建立儲能系統(tǒng)仿真模型，在光照強(qiáng)度和負(fù)載變化的條件下，研究了VRB的響應(yīng)特性和系統(tǒng)的功率平衡性能。仿真結(jié)果證實(shí)，VRB具備良好的充放電特性，在所設(shè)計充放電控制器的作用下，VRB能快速響應(yīng)并可有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出功率滿足負(fù)載需求，也可為將來的工程放大應(yīng)用設(shè)計提供參考依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：釩電池 極化效應(yīng) 快速充電 釩電池光伏儲能系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.1.1 快速高效充電的必要性10
• 1.1.2 獨(dú)立光伏儲能系統(tǒng)概況10-11
• 1.1.3 課題來源11
• 1.2 釩電池簡介11-15
• 1.2.1 釩電池特點(diǎn)12
• 1.2.2 釩電池的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀12-15
• 1.3 釩電池充電方法的研究現(xiàn)狀15
• 1.4 釩電池應(yīng)用于新能源儲能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 課題的主要研究內(nèi)容16-18
• 2 釩電池充電機(jī)理分析18-27
• 2.1 釩電池工作原理及特性18-20
• 2.1.1 釩電池工作原理18-19
• 2.1.2 釩電池充放電特性19-20
• 2.2 極化效應(yīng)及其對充放電過程的影響20-23
• 2.2.1 極化產(chǎn)生的原因及分類20-22
• 2.2.2 極化效應(yīng)對釩電池充電過程的影響22
• 2.2.3 去極化的解決辦法和原則22-23
• 2.3 快速高效充電原理23-26
• 2.3.1 蓄電池最佳可接受充電電流曲線23-24
• 2.3.2 蓄電池充電電流接受比定律24-26
• 2.4 小結(jié)26-27
• 3 釩電池快速高效充電方法的研究27-40
• 3.1 充電方法分類27-29
• 3.1.1 常規(guī)充電方法27-28
• 3.1.2 快速充電方法28-29
• 3.1.3 智能充電方法29
• 3.2 釩電池快速高效充電方法29-36
• 3.2.1 實(shí)驗用釩電池充電裝置30-32
• 3.2.2 恒電流與變電流充電實(shí)驗32-33
• 3.2.3 釩電池的新型充電方法33
• 3.2.4 恒流充電最佳電流密度確定實(shí)驗33-34
• 3.2.5 變電流間歇充電參數(shù)確定實(shí)驗34-35
• 3.2.6 浮充充電模式的選擇實(shí)驗35-36
• 3.3 完整的快速高效充電方法36
• 3.4 新型快速充電法與階段充電法對比實(shí)驗36-38
• 3.5 荷電狀態(tài)與電解液流量對 VRB 性能的影響38-39
• 3.6 小結(jié)39-40
• 4 釩電池建模及其充放電特性40-51
• 4.1 釩電池模型分類40-45
• 4.1.1 交流阻抗模型40-41
• 4.1.2 含支路電流的三階模型41-42
• 4.1.3 系統(tǒng)等效損耗模型42-45
• 4.2 釩電池建模及測試45-49
• 4.2.1 釩電池 Matlab 建模45-48
• 4.2.2 釩電池仿真結(jié)果與實(shí)驗結(jié)果比較48-49
• 4.3 小結(jié)49-51
• 5 釩電池光伏儲能系統(tǒng)建模51-72
• 5.1 釩電池光伏儲能系統(tǒng)簡介與容量設(shè)計51-53
• 5.2 光伏模型與特性53-56
• 5.2.1 光伏模塊數(shù)學(xué)模型53-55
• 5.2.2 光伏模塊建模及其輸出特性55-56
• 5.2.3 影響光伏模塊輸出特性的因素56
• 5.3 光伏模塊最大功率跟蹤與實(shí)現(xiàn)56-62
• 5.3.1 常用最大功率點(diǎn)跟蹤方法57-60
• 5.3.2 最大功率跟蹤與升壓轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)60-61
• 5.3.3 最大功率跟蹤仿真與結(jié)果分析61-62
• 5.4 釩電池光伏儲能系統(tǒng)中雙向充放電控制器建模62-67
• 5.4.1 雙向充放電控制器設(shè)計62-65
• 5.4.2 雙向充放電控制器仿真與結(jié)果分析65-67
• 5.5 儲能系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析67-71
• 5.5.1 光照強(qiáng)度變化儲能系統(tǒng)仿真68-69
• 5.5.2 負(fù)載變化儲能系統(tǒng)仿真69-71
• 5.6 小結(jié)71-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 總結(jié)72-73
• 6.2 未來展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 攻讀學(xué)位期間主要研究成果80-81
• 致謝81

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