【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于液流電池堆設計，尤其涉及一種液流電池堆結構封裝設計方法。
技術介紹
1、液流電池技術在過去的幾十年中取得了長足的發展。由于液流電池的電解液沒有交叉污染、循環壽命長，受到更多人的青睞。如今液流電池正逐步投入商業化，液流電池堆是液流電池的核心部件，電池的效率及循環穩定性與電堆密切相關，如何保證其穩定、高效運行是行業關注的重點。
2、液流電池堆在裝配過程中，最終的夾緊力是影響其工作效率和系統穩定性的重要因素。當夾緊力過小時，會使部件界面接觸電阻增大、電解液發生內外互混，導致容量發生衰減。當夾緊力過大時，會使零件發生塑性變形甚至破壞，造成電池的石墨板、板框的機械損壞。更有甚者，夾緊力過大會使得多孔電極穿破離子交換膜，使得電池短路，影響液流電池的正常使用。
3、現有技術中，盡管使用有限元分析法可以對夾緊力進行計算，為了減少計算時間，人們往往會簡化電堆內部細節，例如忽略流場形狀，將各零件全部簡化為簡單的平板狀，而且會加大網格尺寸以減少網格和節點數量，從而減少計算時間，這使得計算結果與真實的電堆所需的夾緊力有一定的誤差。在工程實踐中，人們往往依靠經驗或反復實驗來設計封裝結構和調整夾緊力大小，且難以有效保證電堆穩定性，每一次裝配和調整要耗費大量的時間，裝配和調整效率較低。
4、因此，亟需一種可以保證液流電池堆性能的前提下，能夠簡便、高效且較為準確地確定最優夾緊力的方法。
5、在
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部分中公開的以上信息只是用來加強對本文所描述技術的
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的理解，因此，
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中可能包含某些信息，
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于至少克服上述現有技術的不足之一，提供了一種液流電池堆結構封裝設計方法，能夠簡便、高效且較為準確地確定液流電池堆的最優夾緊力，利于提高液流電池堆的設計效率。
2、本專利技術的技術方案是：一種液流電池堆結構封裝設計方法，包括以下步驟：
3、分區設定步驟：獲取液流電池堆模型，且所述液流電池堆模型包含至少兩個極板、位于相鄰兩個極板之間的膜和穿過各極板的螺桿，將液流電池堆模型分為電堆核心區和位于電堆核心區外圍的電堆密封區，液流電池堆模型中的極板對應分為極板核心區和極板密封區，液流電池堆模型中位于兩個極板之間的膜對應分為膜核心區和膜密封區；
4、等效剛度計算步驟：采用分別計算電堆核心區的等效剛度k電堆核心區和電堆密封區的等效剛度k電堆密封區，液流電池堆模型的整體等效剛度k電堆＝k電堆核心區+k電堆密封區，e表示部件材料的彈性模量，a表示部件垂直于夾緊力方向上的截面積，l表示部件在夾緊力方向上的厚度；
5、夾緊力計算步驟：計算電堆核心區承受的夾緊力f電堆核心區和電堆密封區承受的夾緊力f電堆密封區，
6、
7、其中，c為螺桿數量，δ為螺桿的伸長量；
8、模型修正步驟：根據液流電池電堆密封性或/和電化學性能,調整夾緊力或/和調整液流電池堆模型的參數。
9、具體地，液流電池堆模型還包含位于膜與極板之間的墊片，所述模型修正步驟中，包括第一校正步驟：基于液流電池堆密封性校正夾緊力范圍；所述第一校正步驟包括：根據夾緊力計算平均接觸壓力p密封，并計算防止泄露的最小壓力和墊片材料不會失效的最大平均接觸壓力計算公式為：
10、
11、校驗平均接觸壓力p密封是否滿足：其中，p電解液是電堆中電解液的壓力，b是墊片的厚度，ξ是墊片材料從彈性變形到塑性變形的瞬態系數，σ墊片是墊片的屈服應力。
12、具體地，所述夾緊力計算步驟包括螺栓擰緊力矩計算步驟，通過螺紋連接于螺桿的螺母向所述液流電池堆模型的端板施加夾緊力后，極板中的電堆核心區與電堆密封區具有相同的壓縮位移，且螺栓擰緊力矩與夾緊力的關系：
13、
14、其中t是單顆螺母的擰緊力矩，d是螺桿的公稱直徑。
15、具體地，所述液流電池堆模型還包括電極，所述模型修正步驟中還包括第二校正步驟，所述第二校正步驟：基于電池堆電化學性能確定夾緊力范圍，所述第二校正步驟包括：計算電極與極板的接觸電阻r接觸，電極與極板的接觸電阻r接觸隨壓力的變化關系公式為：
16、
17、其中，p接觸為電極與雙極板的接觸壓強。
18、具體地，所述模型修正步驟還包括第三校正步驟：基于電極實際滲透率確定夾緊力范圍所述第三校正步驟包括：計算電極的實際滲透率，電極的實際滲透率的計算公式為：
19、
20、其中，θ為電極實際的孔隙率，θ0為電極的初始孔隙率，εv為電極的應變率，γ為電極的實際滲透率，df為電極中碳纖維的直徑，γck為carman–kozeny常數。
21、具體地，所述極板核心區劃分為流道肋部分和極板基礎部分，極板核心區等效剛度為各流道肋等效剛度并聯后再與極板基礎部分的等效剛度疊加而成。
22、具體地，所述液流電池堆模型，包括兩個位于液流電池堆模型兩端的端板，且一端的端板設置為固定，另一端的端板設置為用于承受壓力并產生位移；螺桿作為等效彈簧模型，螺桿的一端與固定的端板相連，螺桿的另一端與可位移的端板之間存在間隙，且間隙大小等同螺桿的形變量δ。
23、具體地，密封區等效剛度k電堆密封區為極板密封區、墊片、膜密封區的等效剛度疊加而成。
24、具體地，ξ取值范圍為2至4。
25、具體地，調整液流電池堆模型的參數包括調整材料的彈性模量、調整部件垂直于夾緊力方向上的截面積、調整部件在夾緊力方向上的厚度中的至少一種；
26、在模型修正步驟之后，對電池堆模型進行實際驗證步驟。
27、本專利技術所提供的一種液流電池堆結構封裝設計方法，通過構建等效剛度模型，可以將液流電池堆的整體等效剛度視為各組成部件等效剛度的組合，在夾緊力的作用下，電堆結構整體主要沿著螺桿的方向發生壓縮變形，利用了力學理論將在夾緊力作用力下的液流電池堆簡化為等效剛度力學模型，推導出零件變形量與作用在表面上的夾緊力的對應關系，然后按照具體設計要求確定最佳的液流電池堆封裝參數，針對液流電池堆封裝前電極與密封墊片厚度不同的情況進行了修正，能夠更為有效地計算夾緊力，隨后依據電堆密封性以及電堆電化學性能確定夾緊力的范圍，可以準確、快速地得到電堆在夾緊力作用下的力學響應，從而完成最佳夾緊力范圍的確定，節省了大量時間和計算成本，利于大幅提高設計效率。
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1.一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，液流電池堆模型還包含位于所述膜與所述極板之間的墊片，所述模型修正步驟包括:
3.如權利要求1所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述夾緊力計算步驟包括：
4.如權利要求2所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述液流電池堆模型還包括電極，所述模型修正步驟，還包括：
5.如權利要求4所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述模型修正步驟還包括：
6.如權利要求1至5中任一項所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述極板核心區劃分為流道肋部分和極板基礎部分，極板核心區等效剛度為各流道肋等效剛度并聯后再與極板基礎部分的等效剛度疊加而成。
7.如權利要求1至5中任一項所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述液流電池堆模型還包括兩個位于液流電池堆模型兩端的端板，且一端的端板設置為固定，另一端的端板設置為用于承受壓力并產生位移；螺
8.如權利要求1至5中任一項所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，密封區等效剛度k電堆密封區為極板密封區、墊片、膜密封區的等效剛度串聯而成。
9.如權利要求2所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，ξ取值范圍為2至4。
10.如權利要求1所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，調整液流電池堆模型的參數包括調整材料的彈性模量、調整部件垂直于夾緊力方向上的截面積、調整部件在夾緊力方向上的厚度中的至少一種；
...【技術特征摘要】
1.一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，液流電池堆模型還包含位于所述膜與所述極板之間的墊片，所述模型修正步驟包括:
3.如權利要求1所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述夾緊力計算步驟包括：
4.如權利要求2所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述液流電池堆模型還包括電極，所述模型修正步驟，還包括：
5.如權利要求4所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述模型修正步驟還包括：
6.如權利要求1至5中任一項所述的一種液流電池堆結構封裝設計方法，其特征在于，所述極板核心區劃分為流道肋部分和極板基礎部分，極板核心區等效剛度為各流道肋等效剛度并聯后再與極板基礎部分的等效剛度疊加而成。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：魏磊，齊鴻昊，趙天壽，陳留平，姚圣鑫，季超，潘律名，劉斌，宋滿榮，饒浩耀，曾林，韓美勝，
申請(專利權)人：南方科技大學，
類型：發明
國別省市：
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