防化研究院军用电源中心独立提出的锌镍单液流电池，以氧化镍电极为正极、沉积/溶解型锌电极为负极、高浓度碱性锌酸盐溶液为电解液，具有循环寿命长、能效高、结构简单，无需昂贵的离子交换膜等优点，在智能电网建设、可再生能源发电及军事等领域具有较好的应用前景。随着国内外学者对该电池体系的开发，目前锌镍单液流电池体系在原理验证，基础技术研究及小规模中试等方面已具有夯实的基础。然而，为适应市场优胜劣汰的机制，真正实现商业化。在进一步优化锌镍单液流电池性能过程中，仍存在一些问题亟需解决，如锌镍单液流电池功率密度提高，状态监测诊断及电解液供给策略优化等。本文采用数值模拟与实验结合的手段，分别从上述三个方面入手，对锌镍单液流电池整体性能的提高进行了相关探索，具体工作内容如下：
　　(1)针对锌镍单液流电池反应与传质特点，构建了适用于锌镍单液流电池的三维瞬态机理模型。在此基础上，耦合完善的极化模型，将电池电压损失分解为活化极化损失、浓差极化损失以及欧姆极化损失，系统考察了锌镍单液流电池内部三种电压损失的空间分布及大小。针对负极电压损失较为严重的现象，提出采用泡沫镍作为负极锌沉积/溶解基体材料的构思，定量分析了在不同应用电流密度和电解液流速下的电压损失，以此筛选出在不同工况下最佳泡沫镍负极基体的厚度及孔隙率参数，并归纳出电流密度和电解液流速对最佳泡沫镍负极基体参数的影响规律。分别以上述不同电解液流速和电流密度工况下筛选出的最优泡沫镍参数为标准，选取相应泡沫镍材料作为负极基体，搭建了Ah级别的实验室锌镍单液流电池测试电堆，并在上述对应工况下进行充放电实验，以对提出的仿真模型进行验证，结果表明实验所得数据与仿真值有较好的吻合性。
　　(2)针对不同需求，对锌镍单液流电池进行串并联，以构成规模化的储能电堆是适应大规模储能调峰应用的有效手段。然而，随着储能电堆规模的增大，出现单电堆不一致性的可能性将会增加，如荷电状态(SOC)不一致，容量不一致等。设计先进的电池管理系统，以实现关键参数的估计及预测能为储能系统安全、稳定及高效的运行提供保障。本文基于二阶等效电路模型，采用FRLS(带遗忘因子的最小二乘法)-UKF(无迹卡尔曼滤波算法)联合算法实现了二阶等效电路模型参数的在线辨识及电池荷电状态和容量的在线监测。并分别设计实验对二阶等效电路参数辨识结果，荷电状态及容量在线监测结果进行验证，验证结果表明上述FRLS-UKF联合算法模型在二阶等效电路模型参数的在线辨识及电池荷电状态和容量的在线监测上具有较好的收敛性、准确性及鲁棒性。在上述模型基础上，考虑设计电流及截止电压限制，采用恒流-恒压混合工作模式实现了对锌镍单液流电池电堆峰值功率的在线跟踪及预测。脉冲实验验证分析表明，模型对峰值功率具有较好的估计及预测性能。
　　(3)电解液供给策略是影响锌镍单液流电池性能的关键参数，如何在保证锌镍单液流电池负载能力的前提下，减少因电解液流动带来的泵功损耗是设计优秀电解液供给策略的关键。本文在等效电路模型的基础上进行扩展，进一步考虑了锌镍单液流电池的自放电损失及电解液流动带来的泵功损失对电池电堆能效的影响，构建了适用于锌镍单液流电池电堆(300Ah)的通用电气仿真模型。模型中等效电路电气元件参数可通过上述联合算法在线辨识得到。采用上述提出的锌镍单液流电池三维瞬态机理模型，通过对比考虑和不考虑自放电反应的两种模型的充放电曲线，得出相应工况下自放电对电池电压及电流的影响。泵功损耗则依据流体力学方程，按照电堆结构构建相应的流场模型进行计算。在对上述考虑了自放电损耗及泵功损耗的通用电气模型验证的过程中，发现该模型的仿真值与实验值吻合较好，误差在工程范围之内。在此模型基础上，分别采用流量因子电解液供给策略策略，和基于遗传算法的时变电解液流量供给策略这两种方法对锌镍单液流电池电堆在不同工况下进行仿真，并以能量效率、电压效率和库伦效率为评估标准对以上两种电解液供给策略进行评估。