本發(fā)明涉及全釩液流電池建模與電池庫倫效率領(lǐng)域，具體為一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法。

背景技術(shù)：

1、在近年來的能源技術(shù)發(fā)展中，全釩液流電池(vrfb)由于其出色的可擴展性、長壽命以及優(yōu)異的安全性特點，已經(jīng)成為大規(guī)模儲能系統(tǒng)中的一種重要解決方案。為了進一步優(yōu)化這種電池系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟效率，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在不斷探索提高其運行效率的方法。

2、國內(nèi)外研究了全釩液流電池的多場耦合模型，將流體力學(xué)模型、電化學(xué)模型、溫度模型、電路模型相結(jié)合，將vrb中的“三傳一反”同電學(xué)關(guān)系結(jié)合，但是僅限于單堆電池的小罐系統(tǒng)，但多堆大系統(tǒng)的電池的旁路電流是不可忽略的問題，研究未考慮旁路電流模型對電池的影響；上海交大的葉強團隊將旁路電流通道視為歐姆電阻，建立了旁路電流的電路等效模型，并研究了旁路電流對系統(tǒng)庫倫效率和能量效率的影響，但是對電池的電化學(xué)模型、流體力學(xué)模型、溫度模型、等效電路損耗模型并未建模，僅用直流電源代表電池，忽略了電池的復(fù)雜變化與耦合關(guān)系；合肥工業(yè)大學(xué)的李鑫團隊研究揭示了釩電池管道的相關(guān)參數(shù)對單堆全釩液流電池泵送損耗的影響。

3、為了了解在不同設(shè)計條件下vrb的旁路電流損耗，本發(fā)明通過建立包括電化學(xué)模型、流體力學(xué)模型、溫度模型、等效電路損耗模型的精細化釩電池模型來研究其對電池性能影響，通過matlab-simulink聯(lián)合仿真分析和討論電池串建模中，電池管路電解液(可等效為電阻)對旁路電流的影響；最后綜合分析旁路電流、泵送損耗對電池性能的影響。結(jié)果表明，在釩液流電池系統(tǒng)中，采用更長、更粗的管道可以有效減小由于電解液流動阻力引起的能量損失，同時可以降低因電解液流速過高引起的局部旁路電流；同時，系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮到電解液的流動特性、管道的摩擦阻力和系統(tǒng)的能效需求，合理選擇管道的長度和直徑，以確保較高的庫倫效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，通過建立泵送損耗和泵損電流之間關(guān)系、旁路電流模型、多堆串聯(lián)的釩電池等效損耗電路模型，將各模型“化零為整”，闡述了計及動態(tài)響應(yīng)的釩電池的內(nèi)核機理并針對vrb的建模研究中涉及的關(guān)鍵因素，包括泵送損耗、旁路電流，并闡述了這些因素如何綜合影響電池的性能和效率，進而提高效率。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

4、全面性與準(zhǔn)確性：通過構(gòu)建包含旁路電流(s1)、電化學(xué)(s2)、流體力學(xué)(s3)以及溫度(s4)等多個方面的綜合模型，該方法能夠全面反映全釩液流電池的實際工作狀態(tài)。這種多維度、多層次的建模方式大大提高了模型的準(zhǔn)確性和可靠性，有助于更精確地預(yù)測電池性能。

5、等效損耗電路模型的應(yīng)用：建立等效損耗電路模型(s5)并將其與前面建立的模型相結(jié)合，能夠更準(zhǔn)確地模擬電池在實際工作過程中的能量損耗情況。這有助于評估電池的能量轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，為電池的優(yōu)化設(shè)計提供重要依據(jù)。

6、庫倫效率優(yōu)化的科學(xué)依據(jù)：通過建立庫倫效率模型(s6)并改變管路參數(shù)來觀測電池模型的變化結(jié)果，該方法能夠科學(xué)地評估不同管路尺寸對電池庫倫效率的影響。這有助于找到最佳的管路尺寸配置，從而優(yōu)化電池設(shè)計，提高庫倫效率，降低能耗成本。

7、降低研發(fā)成本與時間：相較于傳統(tǒng)的試錯法或經(jīng)驗法，該方法通過科學(xué)的建模和仿真分析來指導(dǎo)電池設(shè)計優(yōu)化，能夠顯著降低研發(fā)成本和時間。這有助于加快全釩液流電池的商業(yè)化進程，推動其在儲能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

8、高效能儲能：全釩液流電池具有高效率和長壽命的特點，在能源儲存領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。通過建模研究，可以優(yōu)化電池設(shè)計和性能，提高能源轉(zhuǎn)換效率。解決了非線性多分量的信號分解成單分量的信號后，信號的解調(diào)和故障初始行波進行波頭識別的問題。

9、可再生能源整合：全釩液流電池可以與可再生能源如太陽能和風(fēng)能相結(jié)合，實現(xiàn)能源的平衡和穩(wěn)定輸出。建模可以幫助優(yōu)化能源系統(tǒng)的整合與管理。

10、環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展：全釩液流電池是一種環(huán)保的能源儲存技術(shù)，不會產(chǎn)生污染物，有助于減少對環(huán)境的影響。建?？梢詭椭u估電池的環(huán)境友好性及可持續(xù)性。

11、創(chuàng)新技術(shù)推動：全釩液流電池作為一種新興技術(shù)，其建模研究可以促進相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，推動整個能源領(lǐng)域的進步。

技術(shù)特征：

1.一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，其特征在于，所述的s5：建立全釩液流電池整體模型的等效損耗電路模型部分：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，其特征在于，所述s6：建立全釩液流電池庫倫效率模型用于對變化結(jié)果進行判斷，以優(yōu)化提高電池庫倫效率：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，其特征在于，s1：建立全釩液流電池整體模型中旁路電流模型部分：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，其特征在于，s2：建立全釩液流電池整體模型的電化學(xué)模型部分：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，其特征在于，s3：建立全釩液流電池整體模型的流體力學(xué)模型部分：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池建模與提高庫倫效率的方法，其特征在于，所述s4：建立全釩液流電池整體模型的溫度模型部分：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種全釩液流電池建模與提高電池庫倫效率的方法，針對VRB的組成及原理，建立了包括電化學(xué)、流體力學(xué)、溫度、旁路電流、釩電池多堆等效損耗電路模型，探究全釩液流電池管道系統(tǒng)中的泵送損耗與旁路電流對釩電池的影響。通過建立泵送損耗和泵損電流之間關(guān)系、旁路電流模型、多堆串聯(lián)的釩電池等效損耗電路模型，將各模型“化零為整”，闡述了計及動態(tài)響應(yīng)的釩電池的內(nèi)核機理并針對VRB的建模研究中涉及的關(guān)鍵因素，包括泵送損耗、旁路電流，并闡述了這些因素如何綜合影響電池的性能和效率，為廠家提供管路設(shè)計和提高電池的能量效率提供思路。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭濤,侯謀,陳薇,李俊偉,李松
受保護的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19