全釩液流電池電堆建模及換熱效率分析.pdf

1、在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，大型存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)現(xiàn)有微網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的效率和靈活性要求越來(lái)越高。大型電網(wǎng)儲(chǔ)能電池不僅需要滿足循環(huán)效率高、充放電次數(shù)多和投資成本少的要求，而且需要具有輸入或負(fù)載變化時(shí)電池能夠快速響應(yīng)的性能。和傳統(tǒng)電池相比，全釩液流電池因?yàn)槠涮赜械慕Y(jié)構(gòu)，具備良好的電化學(xué)可逆性、效率高、可深度充放電、功率和容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中得到關(guān)注。
　　電堆是全釩液流電池的核心，而現(xiàn)有的模型很少對(duì)釩電池的電堆熱力學(xué)模型進(jìn)行研究，

2、為了更好地了解電堆的特性，本文通過(guò)熱力學(xué)仿真軟件Thermolib實(shí)現(xiàn)電堆模型的搭建，從而實(shí)現(xiàn)電堆的特性分析和換熱效率優(yōu)化，主要的研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，對(duì)釩電池的研究背景、意義、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、經(jīng)典模型及應(yīng)用進(jìn)行了介紹。為了更好地了解釩電池的特性，在不增加樣機(jī)成本和研究時(shí)間的前提下，搭建模型是一種有效的方法，然而目前對(duì)電堆進(jìn)行熱力學(xué)建模的相關(guān)研究還很欠缺。本文通過(guò)對(duì)三維幾何模型、電熱模型、電化學(xué)模型的詳細(xì)分析，為后面的電堆模型搭建

3、奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，用Thermolib軟件實(shí)現(xiàn)全釩液流電池電堆模型的搭建。通過(guò)NASA多項(xiàng)式系數(shù)、液體熱容系數(shù)和安東尼常數(shù)這些主要參數(shù)構(gòu)建電堆模型；然后，對(duì)電流模塊、功率模塊、正負(fù)極模塊、溫度模塊和換熱器模塊進(jìn)行了建模，其中針對(duì)換熱器模塊部分，分別對(duì)順流和逆流兩種情況進(jìn)行了建模。
　　再次，對(duì)電堆的重要特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。首先對(duì)荷電狀態(tài)SOC在一個(gè)充放電周期內(nèi)的變化情況進(jìn)行了仿真，曲線表明由于釩電池充放電特性效率高，呈

4、現(xiàn)線性化的趨勢(shì)。接著分析電堆在不同電流強(qiáng)度的情況下電堆電壓隨時(shí)間的變化情況和恒流時(shí)電堆的流速優(yōu)化控制。最后對(duì)電堆的另一個(gè)重要狀態(tài)參量——表征物質(zhì)系統(tǒng)能量的焓進(jìn)行了闡述。本熱模型可用來(lái)研究電堆特性，從而為全釩液流電池的結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)提供參考。
　　最后，對(duì)降低電堆溫度的換熱器模塊在一定的傳熱系數(shù)下進(jìn)行順流和逆流下的效率分析。電堆在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論外界條件如何，反應(yīng)內(nèi)部的溫度都會(huì)增加，而溫度的變化情況直接影響著化學(xué)反應(yīng)的快慢，對(duì)電池的性