[发明专利]一种光伏储能一体化电源的仿真建模方法

说明书

本发明公开了一种光伏储能一体化电源的仿真建模方法。一体化电源把太阳电池和锂离子电池集成在一起，在光照下太阳电池把光能转化为电能直接给锂离子电池充电，此时太阳电池的输出电压等于锂离子电池的端电压，输出电流根据伏安特性曲线随输出电压变化。根据这一基本原理，在锂离子电池电化学仿真模型的基础上，引入太阳电池的伏安特性曲线作为插值函数，构建一体化电源仿真模型。基于所构建的一体化电源仿真模型，可以模拟一体化电源的充放电特性，预测一体化电源的能量转换‑储存总效率，进而优化一体化电源的匹配特性。

技术领域

本发明涉及储能技术领域和计算机仿真技术领域，更具体地，涉及一种光伏储能一体化电源的仿真建模方法，及基于此模型预测一体化电源能量转换储存总效率，进而优化一体化电源的匹配特性。

背景技术

光伏储能一体化电源是将太阳电池和锂离子电池通过功能匹配和集成设计结合起来，可以同时实现太阳能的转换和储存，可用作柔性、轻质、稳定和可自充电的便携式电源，在可穿戴智能电子设备、便携式电器和电动汽车辅助充电等领域都有非常大的应用前景。

一体化电源的能量转换储存总效率是决定其走向实际应用的最关键因素，总效率由太阳电池的能量转换效率、锂离子电池的能量储存效率以及一体化电源的匹配特性决定。由于太阳电池与锂离子电池之间的电流-电压特性不兼容，可能会限制一体化电源的总效率，因此在设计一体化电源时先要对太阳电池和锂离子电池进行功能匹配。

计算机仿真技术能减小实验成本、缩短研发周期、降低安全风险以及给实际实验提供指导。目前还有没有一体化电源仿真模型的相关报道，但可以分为太阳电池模块和锂离子模块分别搭建，其中锂离子电池的电化学仿真模型技术已经很成熟，可以借助常微分方程或偏微分方程组描述电池各组成部分间所发生的物理化学过程及由此产生的电池性能和状态变化。

发明内容

本发明的目的在于建立一体化电源仿真模型，然后基于此模型预测一体化电源总效率，进而优化一体化电源的匹配特性。

本发明技术方案如下：

A、建立锂离子电池电化学仿真模型，模型根据需求可以是单颗粒、一维、准二维或者三维；

B、通过IV测试系统或者等效电路模型得到需要匹配的太阳能电池的伏安特性曲线；

C、将步骤B中得到的伏安特性曲线作为插值函数导入到步骤A中建立的锂离子电池电化学仿真模型中，将锂离子电池的充电电流设置为此时锂离子电池端电压所对应插值函数上的电流值，构建目标一体化电源仿真模型。

优选的，所述步骤A中，锂离子电池的正极材料可以是钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或者镍钴锰酸锂，负极材料一般用石墨。

优选的，所述步骤A中，参比温度设置为25℃。

优选的，所述步骤B中，太阳电池的开路电压为3.6-5.5V。

优选的，所述步骤C中，最小时间步长设置为1-10s。

优选的，所述步骤C中，初始电压设置为2.5-3.0V，充电截止电压设置为3.6-4.4V。

优选的，所述步骤C中，每次充电或放电完成后静置300-3600s。

本发明的基本思路和技术原理如下：