پروژه 24

مقاله مدل مدار معادل دینامیکی دقیق یک باتری Flow Vanadium و تعیین پارامترهای مدار برای عملکرد بهینه آن در کاربردهای انرژی تجدیدپذیر

فرمت : PDF

زبان: لاتین

چکیده

نکات مهم: پارامترهای مدار داخلی دینامیک برای سیستم VRFB تخمین زده می‌شوند. پارامترهای مدل با استفاده از داده‌های تجربی به عنوان ورودی مدل استخراج می‌شوند. مدل تخمین پارامتر درونی دینامیک دقت عملکرد بهتری را نشان می‌دهد. اثرات مقیاس پذیری و تعداد چرخه بر پارامترهای درونی VRFB نشان‌داده شده‌است. دبی جریان برای اولین بار ایجاد شده‌است که پارامترهای داخلی مدار معادل الکتریکی با باتری جریان ردوکس وانادیوم دار (VRFB)تنها با نرخ جریان و جریان پشته و همچنین حالت شارژ (SOC)و شماره چرخه عملیاتی متغیر هستند. پارامترهای مدار داخلی دینامیک با استفاده از مشخصه‌های تخلیه بار یک سیستم عملی ۶ کیلووات ساعت به عنوان ورودی مدل پیشنهادی استخراج می‌شوند. نقش دما بر پارامترهای درونی VRFB نیز مورد بحث قرار گرفته‌است. همچنین نشان داده می‌شود که خطای میانگین در برآورد ولتاژ پشته VRFB با استفاده از پارامترهای دینامیکی به میزان ۲۸ % (شارژ)و ۱۴ % (تخلیه)در مقایسه با استفاده از پارامترهای داخلی استاتیک کاهش می‌یابد. مدل پیشنهادی مقاومت و اعتبار برنامه‌های کاربردی در مقیاس بزرگ را نشان می‌دهد که با استخراج بیشتر پارامترهای داخلی یک سیستم ۱۲۵ کیلووات ساعت ۲ کیلووات مشاهده می‌شود. یکی دیگر از سهم مهم این مقاله بهینه‌سازی نرخ جریان با توجه به هم کاهش اتلاف انرژی درونی و اتلاف توان پمپ به طور همزمان برای رسیدن به عملکرد بهینه سیستم VRFB است. مدل پیشنهادی شامل استخراج پارامتر پویا و بهینه‌سازی تلفات برای طراحی سیستم مدیریت باتری مناسب (BMS)برای اتصال VRFB با منابع انرژی تجدیدپذیر بسیار مفید است.

Highlights•Dynamic internal circuit parameters are estimated for VRFB system.•The model parameters are extracted using the experimental data as input to the model.•The dynamic internal parameter estimation model shows better performance accuracy.•The impacts of scalability and cycle number on VRFB internal parameters are shown.•Flow rate is optimized considering both stack internal loss and pump power loss.AbstractIn this work it is established for the first time that the internal parameters of the electrical equivalent circuit of vanadium redox flow battery (VRFB) are variable not only with flow rate and stack current but also the state of charge (SOC) and operational cycle number. The dynamic internal circuit parameters are extracted by using the charge-discharge characteristics of a practical 1 kW 6 h VRFB system as input to the proposed model. The role of temperature on the VRFB internal parameters is also discussed. It is further demonstrated that the average error in estimation of VRFB stack voltage using dynamic parameters reduces by 28% (charging) and 14% (discharging) compared to that of using static internal parameters. The proposed model exhibits robustness and validity for large scale applications as evidenced by further extracting the internal parameters of a 125 kW 2 h VRFB system. Another significant contribution of this paper is the optimization of flow rate by considering both the stack internal power loss and pump power loss simultaneously to achieve optimal performance of the VRFB system. The proposed model involving dynamic parameter extraction and loss optimization is very useful for designing suitable battery management system (BMS) for interfacing VRFB with renewable energy sources.