本技術(shù)涉及液流電池，特別是涉及一種液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的分析方法、設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、液流電池是一種通過(guò)循環(huán)泵使電解液在電堆中完成氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能設(shè)備。具有本征安全、使用壽命長(zhǎng)、適合做大容量及長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能等優(yōu)點(diǎn)。液流電池工作過(guò)程中需要充足的活性物質(zhì)參與反應(yīng)，降低濃差極化帶來(lái)的電壓損失。然而在大功率電堆的充放電末期或者高電流密度工況中，濃差極化是主要的電壓損失形式。

2、現(xiàn)有針對(duì)于液流電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法主要以經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)為主，或者參考燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。液流電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面往往是關(guān)注產(chǎn)品密封為主，沒有考慮如何提升液流電池性能，以及如何降低液流電池的濃差極化。

3、如何優(yōu)化液流電池的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，以降低液流電池的濃差極化，仍然是亟待考慮的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種能夠優(yōu)化液流電池的結(jié)構(gòu)，以降低液流電池的濃差極化的液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的分析方法、設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的分析方法，所述方法包括：

3、針對(duì)液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)中的主流區(qū)結(jié)構(gòu)，根據(jù)主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的第一設(shè)計(jì)參數(shù)、旁路電流損失與流阻損失之間的第一關(guān)系、預(yù)設(shè)的旁路電流損失和預(yù)設(shè)的第一流阻損失，確定主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的目標(biāo)第一設(shè)計(jì)參數(shù)；其中，所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)包括主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道長(zhǎng)度、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道寬度或主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道深度中的至少一種；

4、針對(duì)液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)中的分配區(qū)結(jié)構(gòu)，根據(jù)分配區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的第二設(shè)計(jì)參數(shù)、流道的流量偏差和流阻損失之間的第二關(guān)系、預(yù)設(shè)的流量偏差和預(yù)設(shè)的第二流阻損失，確定分配區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的目標(biāo)第二設(shè)計(jì)參數(shù)；其中，所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)包括分配區(qū)結(jié)構(gòu)的流道長(zhǎng)度、分配區(qū)結(jié)構(gòu)的流道寬度、分配區(qū)結(jié)構(gòu)的相鄰流道之間的間距或分配區(qū)結(jié)構(gòu)的流道數(shù)量中的至少一種；

5、針對(duì)液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)中的反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)，根據(jù)反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)的第三設(shè)計(jì)參數(shù)、反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體的最低濃度偏差和濃差極化之間的第三關(guān)系、預(yù)設(shè)的濃度偏差和預(yù)設(shè)的濃差極化，確定反應(yīng)區(qū)的目標(biāo)第三設(shè)計(jì)參數(shù)；其中，所述第三設(shè)計(jì)參數(shù)包括反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)中的流道形狀、流道數(shù)量、流道寬度、流道長(zhǎng)度、均液緩沖口的長(zhǎng)度、均液緩沖口的寬度、分配流道進(jìn)液口長(zhǎng)度或補(bǔ)償流道口寬度中的至少一種；其中，所述導(dǎo)體為導(dǎo)電液體。

6、其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一關(guān)系包括所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)和旁路電流損失之間的關(guān)系，還包括所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)和流阻損失之間的關(guān)系；所述方法還包括：

7、基于所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)，建立主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的等效電路模型和第一流阻計(jì)算模型；

8、針對(duì)主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道，將假定的所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用于所述等效電路模型，并模擬主流區(qū)結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程，得到模擬的旁路電流損失；根據(jù)假定的所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)和模擬的旁路電流損失，獲取所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)與旁路電流損失之間的關(guān)系；

9、針對(duì)主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道，將假定的所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用于所述第一流阻計(jì)算模型，并模擬主流區(qū)結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程，得到模擬的流阻損失；根據(jù)假定的所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)和模擬的流阻損失，獲取所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)與流阻損失之間的關(guān)系。

10、其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)包括主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道長(zhǎng)度和主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道寬度，所述基于所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)建立主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的等效電路模型，包括：

11、針對(duì)主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道，根據(jù)流道中導(dǎo)體長(zhǎng)度、導(dǎo)體截面積和導(dǎo)體電阻率，建立流道的電阻模型；

12、根據(jù)流道的電阻模型、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道長(zhǎng)度、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道寬度和液流電池中電堆層數(shù)，建立流道的等效電路模型。

13、其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)包括主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道長(zhǎng)度、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道寬度和主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道深度，基于所述第一設(shè)計(jì)參數(shù)建立主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的第一流阻計(jì)算模型，包括：

14、針對(duì)主流區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道，根據(jù)主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道寬度、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道深度、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道長(zhǎng)度、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道中導(dǎo)體電阻率、主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道內(nèi)導(dǎo)體的平均流速和沿程阻力系數(shù)，建立主流區(qū)結(jié)構(gòu)的流道的第一流阻計(jì)算模型。

15、其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二關(guān)系包括所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)和流量偏差之間的關(guān)系、以及所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)和流阻損失之間的關(guān)系；所述方法還包括：

16、基于所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)建立分配區(qū)結(jié)構(gòu)的第一等效結(jié)構(gòu)模型，基于所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)建立分配區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道的第二流阻計(jì)算模型；

17、將假定的多個(gè)不同的所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用于所述第一等效結(jié)構(gòu)模型，并模擬分配區(qū)結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程，得到針對(duì)分配區(qū)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體的多個(gè)模擬流量偏差；根據(jù)多個(gè)不同的所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)和多個(gè)模擬流量偏差，確定所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)和流量偏差之間的關(guān)系；

18、針對(duì)分配區(qū)結(jié)構(gòu)中每一流道，將假定的所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用于所述第二流阻計(jì)算模型，并模擬分配區(qū)結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程，得到模擬的流阻損失；根據(jù)假定的所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)和模擬的流阻損失，確定所述第二設(shè)計(jì)參數(shù)和流阻損失之間的關(guān)系。

19、其中一個(gè)實(shí)施例中，所述模擬分配區(qū)結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程，得到針對(duì)分配區(qū)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體的多個(gè)模擬流量偏差，包括：

20、模擬分配區(qū)結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程，得到分配區(qū)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體的模擬最大流量和模擬最小流量；

21、根據(jù)模擬最大流量和模擬最小流量，獲取模擬流量偏差。

22、其中一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：

23、根據(jù)所述第三設(shè)計(jì)參數(shù)建立反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)的第二等效結(jié)構(gòu)模型，并將假定的多個(gè)所述第三設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用于所述第二等效結(jié)構(gòu)模型；

24、針對(duì)假定的每一所述第三設(shè)計(jì)參數(shù)，模擬得到反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體的濃度分布數(shù)據(jù)；

25、針對(duì)每一濃度分布數(shù)據(jù)，根據(jù)所述濃度分布數(shù)據(jù)，確定反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體的模擬最低濃度和導(dǎo)體在出口處的模擬濃度；根據(jù)所述模擬最低濃度和導(dǎo)體在出口處的模擬濃度，確定反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體的模擬最低濃度偏差；基于模擬最低濃度偏差，確定模擬濃差極化；

26、根據(jù)假定的多個(gè)所述第三設(shè)計(jì)參數(shù)、與假定的每個(gè)所述第三設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬最低濃度偏差、以及與假定的每個(gè)所述第三設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬濃差極化，確定所述第三關(guān)系。

27、第二方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的方法的步驟。

28、第三方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的方法的步驟。

29、第四方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的方法的步驟。

30、上述液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的分析方法、設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)將設(shè)計(jì)參數(shù)與設(shè)計(jì)需求相結(jié)合，使液流電池流道結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)達(dá)到設(shè)計(jì)需求與目標(biāo)。設(shè)計(jì)需求例如預(yù)設(shè)的旁路損失、預(yù)設(shè)的第一流阻損失、預(yù)設(shè)的第二流阻損失、預(yù)設(shè)的流量偏差、預(yù)設(shè)的濃度偏差和預(yù)設(shè)的濃差極化等。通過(guò)本實(shí)施例提供的方法設(shè)計(jì)液流電池流道及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，可以提高流動(dòng)區(qū)域流速均勻性，解決反應(yīng)區(qū)流動(dòng)死區(qū)，提高參與反應(yīng)物質(zhì)的濃度，降低濃差極化。除此之外，還可以提高電池的電壓效率和能量效率。特別是液流電池的發(fā)展趨勢(shì)為隨著液流電池整性能（電解液、電級(jí)材料）快速提升，高電流密度運(yùn)行會(huì)成為主流趨勢(shì)，必然需要精細(xì)化優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)以提升液流電池性能，因此本實(shí)施例提供的方法適用于液流電池的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)用性高。