CN117543049A - 电极框分支流道电阻计算方法、装置和电子设备 - Google Patents

电极框分支流道电阻计算方法、装置和电子设备 Download PDF

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CN117543049A CN202311233378.1A CN202311233378A CN117543049A CN 117543049 A CN117543049 A CN 117543049A CN 202311233378 A CN202311233378 A CN 202311233378A CN 117543049 A CN117543049 A CN 117543049A
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姚鹤
徐陆澎
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Abstract

本发明提供了一种电极框分支流道电阻计算方法、装置和电子设备，其中计算方法包括：获取分支流道的几何信息和流经分支流道的电解液的电阻率；根据几何信息和电阻率，构建分支流道的静电学仿真模型；设置静电学仿真模型的参数及条件，包括确定分支流道的第一流液口和第二流液口、设置分支流道的计算域和边界以及设置计算域的控制方程；求解静电学仿真模型，得到分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经分支流道电流值下所具有的电势差；根据静电学仿真模型的求解结果计算分支流道的电阻值。本发明对分支流道的电阻计算用时少更高效、准确度更高、流程更简化且能适应各种形状的分支流道。

Description

电极框分支流道电阻计算方法、装置和电子设备
技术领域
本发明主要涉及液流电池技术领域，尤其涉及一种电极框分支流道电阻计算方法、装置和电子设备。
背景技术
液流电池是一种可以实现化学能与电能相互转换的能量转换装置，因其具有安全性、长寿命、可深度放电(100％)、设计模块化、功率和能量可分开管理等优点，被认为是最有可能实现大规模商业化的电化学储能技术之一，在风力发电、光伏发电、分布电站和电网调频调峰等领域均具备应用前景。
提高液流电池效率的一个方向是优化其结构设计，降低漏电电流的影响。漏电电流是液流电池中只能减少而无法彻底消除的固有损耗类型，它来源于电堆与系统当中的闭合回路。液流电池往往采取将一系列单电池堆垛的形式以提高整体功率输出，这种多个单电池堆垛在一起的结构称为电堆；系统是指电堆、泵、管道、储罐和电池管理系统等功能部件按照特定的方案排布连接，从而协同发挥能量转换作用的一个整体。
具体来说，液流电池电堆的内部具有公共的电解液通道，电解液经由总管和支管进入各个单电池，这样使不同的单电池之间具有离子通道，而各单电池在电路上是串联的，它们之间具有电子通道，在工作状态下，电子通道和离子通道构成闭合回路，兼之不同位置上电势差异的存在，离子通道中的电解液作为导体，便会有电流通过，此电流不经过负载，无法被利用，于是被称为“漏电电流”。漏电电流对电堆容量和库伦效率乃至能量效率均具有不可忽视的负面影响，尤其是在大型储能系统中，随着电压的增长，漏电电流也会随之增加，最终会对电池寿命和效率产生非常不利的影响。因此在电堆乃至电池系统的结构设计开发中，必须考虑漏电电流的影响。
现有技术中，常将相应的电池、离子通道、电子通道所构成的闭合回路等效为由电阻和电源构成的电路，再根据基尔霍夫电流及电压定律求解出各个支路上的电流大小，从而估算整体的效率损失。其中，如何准确地测量或计算电堆电极框的分支流道电阻值非常重要，但目前的计算方式较为复杂且准确度不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电极框分支流道电阻计算方法、装置和电子设备，用时少更高效、准确度更高、流程更简化且能适应各种形状的分支流道。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种电极框分支流道电阻计算方法，包括：获取所述分支流道的几何信息和流经所述分支流道的电解液的电阻率；根据所述几何信息和所述电阻率，构建所述分支流道的静电学仿真模型；设置所述静电学仿真模型的参数及条件，包括确定所述分支流道的第一流液口和第二流液口、设置所述分支流道的计算域和边界以及设置所述计算域的控制方程，其中所述第一流液口为进液口，所述第二流液口为出液口，或所述第一流液口为出液口，所述第二流液口为进液口；求解所述静电学仿真模型，得到所述分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经所述分支流道电流值下所具有的电势差；根据所述静电学仿真模型的求解结果计算所述分支流道的电阻值。
可选地，获取流经所述分支流道的电解液的电阻率包括：若已知所述电解液的电导率，则根据所述电阻率与所述电导率互为倒数的关系，求得所述电阻率。
可选地，所述分支流道的几何信息包括所述分支流道的平面投影形状和所述分支流道的槽深。
可选地，构建所述分支流道的静电学仿真模型包括：将所述几何信息和所述电阻率代入初始静电学仿真模型，构建所述分支流道的静电学仿真模型；其中所述初始静电学仿真模型为预先设置的静电学仿真模型架构。
可选地，设置所述静电学仿真模型的参数及条件包括：若所述分支流道为几何软件编辑的图形，则导入所述分支流道的几何文件，得到所述静电学仿真模型的参数及条件；其中所述几何文件为通过所述几何软件存储所述分支流道几何信息的文件。
可选地，求解所述静电学仿真模型还包括：设定所述分支流道的第一流液口的电势为第一电势，所述第二流液口的电势为第二电势，求解得到所述分支流道在设定电势差下的电流值；
可选地，求解所述静电学仿真模型还包括：设定所述分支流道的第一流液口的电势为第一电势，流经所述分支流道的电流值恒定且不为零，求解得到所述分支流道的第二流液口的第二电势。
可选地，求解所述静电学仿真模型包括：对所述静电学仿真模型进行网格划分；根据划分的网格离散化所述控制方程，得到多项式矩阵方程；求解所述多项式矩阵方程。
可选地，离散化所述控制方程包括：采用伽辽金方法离散化所述控制方程。
可选地，求解所述多项式矩阵方程包括：采用全耦合的稳态求解器求解所述多项式矩阵方程。
第二方面，本发明提供了一种电极框分支流道电阻计算装置，包括：获取模块，用于获取所述分支流道的几何信息和流经所述分支流道的电解液的电阻率；构建模块，用于根据所述几何信息和所述电阻率，构建所述分支流道的静电学仿真模型；设置模块，用于设置所述静电学仿真模型的参数及条件，包括确定所述分支流道的第一流液口和第二流液口、设置所述分支流道的计算域和边界以及设置所述计算域的控制方程，其中所述第一流液口为进液口，所述第二流液口为出液口，或所述第一流液口为出液口，所述第二流液口为进液口；求解模块，用于求解所述静电学仿真模型，得到所述分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经所述分支流道电流值下所具有的电势差；计算模块，用于根据所述静电学仿真模型的求解结果计算所述分支流道的电阻值。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的电极框分支流道电阻计算方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的电极框分支流道电阻计算方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：首先获取分支流道的几何信息和流经分支流道的电解液的电阻率；再根据几何信息和电阻率，构建分支流道的静电学仿真模型；又设置静电学仿真模型的参数及条件，包括确定分支流道的第一流液口和第二流液口、设置分支流道的计算域和边界以及设置计算域的控制方程；又求解静电学仿真模型，得到分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的电流值下所具有的电势差；最后根据静电学仿真模型的求解结果计算分支流道的电阻值，进而对分支流道的电阻计算用时少更高效、准确度更高、流程更简化且能适应各种形状的分支流道，大幅提升计算效率，具有较高的实用价值。
附图说明
包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：
图1是一个典型的液流电池电极框结构示意图；
图2是图1所示电极框的平面示意图；
图3是图2所示电极框中分支流道的结构示意图；
图4是图3所示分支流道的电阻划分示意图；
图5是图3所述分支流道的等效电阻串并联方式示意图；
图6是本发明一实施例电极框分支流道电阻计算方法的流程示意图；
图7是本发明一实施例中设置定义域及边界示意图；
图8是本发明一实施例中设置边界条件示意图一；
图9是本发明一实施例中设置边界条件示意图二；
图10是本发明一实施例中设置边界条件示意图三；
图11是本发明一实施例中网格划分示意图；
图12是本发明一实施例电极框分支流道电阻计算装置的结构示意图；
图13是根据本发明一实施例示出的电子设备示意图。
图中各标识分别表示为：
101-公共流道口；
102-分支流道；其内部充满电解液；
1021-第一流液口、1022-第二流液口；
1023-第二边界；即分支流道区域除第一流液口与第二流液口以外的所有边界，对应的，分支流道第一流液口和第二流液口所示边界为第一边界；
103-非流道区域；即电极框的实心非流道区域；
104-空腔；即电极框内部用于容纳电极的空腔。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
目前，液流电池漏电电流的测算方式主要有模拟仿真与实验测量，由于漏电电流极其微弱，且易受外界影响，准确测量漏电电流的难度非常大，实际应用中还是以模拟仿真为主。模拟仿真方式是将相应的电池、离子通道、电子通道所构成的闭合回路等效为由电阻和电源构成的电路，再根据基尔霍夫电流及电压定律求解出各个支路上的电流大小，从而估算整体的效率损失。虽然此种方法操作简单、实用性强，但对相应等效电阻的估算偏差较大，影响到最终计算结果的准确度。
例如，在估算电极框分支流道的等效电阻时，常用方法如下：首先将分支流道分解为多条简单流道(子流道)串并联的形式；再根据以下方程估算每条流道的电阻：其中R是电阻值，ρ是电解液的电阻率，数值上等于其电导率σ的倒数，L是流道的长度，S是流道的截面积；最后再根据各条简单流道的串并联关系，计算分支流道的总电阻。
以上述计算方式计算如图1所示的电极框的分支流道的等效电阻，图1中电极框上具有进出两个完全对称的分支流道，详述如下：
图2示出了电极框的具体尺寸(包括分支流道的尺寸)，其中分支流道的槽深为1.7mm。参考图4所示，分支流道划分成一系列简单流道对应等效电阻以串并联方式组成的电路结构，各电阻数字下标的第一位指代流道级别(级别-1、级别-2与级别-3)，第二位指代同级别流道中的次序，例如，R21指代级别为2的流道中的第一个电阻。根据电流的流向，划分出从主干道(R1)到二级流道(如R21、R22、R23)及三级流道(如R31、R32、R33)等13个简单流道，分支流道的等效电阻结构如图5所示，每一个子流道对应一个等效电阻，则可以根据方程R＝ρL/S估算如下：
其中，0.033Ω·m为电解液的电阻率ρ，其余各项均为几何信息，除1.7mm为本实施例中额外提供的槽深信息外，均已在图2中提供。得到这些子流道的等效电阻后，便可以按照它们之间的串并联关系计算整体的等效电阻(总电阻)如下：
经实践，采用此种方式计算分支流道的等效电阻一般耗时约20min，当然，基于计算人员的计算速度及其所选择的分支流道分解方案，不同的操作者、不同的分解方案可能会有一些差异。上述计算方式较为繁琐，尤其是在分支流道结构复杂的情况下，对各子流道的划分以及对总电阻的计算难度将成倍增加；另一方面，由于该计算方式是将分支流道人为地划分为各个子流道并等效为电阻的串并联，未充分考虑分支流道的整体性，因此，计算结果的准确度有所降低。
综上，即使是对于形状相对规则、构成相对简单的分支流道，上述方式的计算过程也相当繁琐，且存在一定的误差，更别说应用于更复杂的分支流道电阻计算。而且随着工程师们对电堆结构不断优化，形状规则的分支流道越来越少，取而代之的是更加顺应流体流动和分配的不规则的流线型分支流道，显然，仍然采用传统的分支流道电阻计算方式已不能很好地满足新的计算需求。
实施例一
本实施例提供了一种电极框分支流道电阻计算方法，计算过程更加高效，计算结果更为准确，不再需要繁琐地将分支流道分解，也不用再近似估算分解后的每条子流道的电阻值，在确定了分支流道的几何信息和电解液电阻率数据后，仅需构建一个简单的静电学仿真模型，便可直接准确地计算得到分支流道的等效电阻值。
图6是本发明一实施例电极框分支流道电阻计算方法的流程示意图，参考图6所示，方法600包括：
S610、获取所述分支流道的几何信息和流经所述分支流道的电解液的电阻率。
在一示例中，若已知电解液的电导率，则根据电阻率与电导率互为倒数的关系，求得电阻率。
在一示例中，分支流道的几何信息包括分支流道的平面投影形状和分支流道的槽深。为了不断优化电堆结构以提升液流电池的运行效率，分支流道的形状一般是较为复杂的，每个方向的截面形状都不相同。但有时为了设计、制作和安装上的方便，分支流道可以有一些简化结构，如分支流道具有确定的平面形状，再根据平面形状延伸至立体形状，即可得到分支流道的几何信息，而这延伸的深度即为槽深。这种形状的分支流道，一方面具有制作和安装等优势，另一方面，在计算其等效电阻时，计算过程可以大为简化，可以仅考虑其平面形状，进而求得分支流道的等效电阻值。
S620、根据所述几何信息和所述电阻率，构建所述分支流道的静电学仿真模型。
在一示例中，构建分支流道的静电学仿真模型可以是：将几何信息和电阻率代入初始静电学仿真模型，构建分支流道的静电学仿真模型，其中初始静电学仿真模型为预先设置的静电学仿真模型架构。
在本实施例中，可以根据分支流道的几何信息和电阻率(或电导率)等信息构建一个静电学仿真模型，这种方式需要构建一个全新的静电学仿真模型。在实际应用中，也可以根据一些已有的通用型静电学仿真模型做相应的改进和匹配，进而得到所需要的静电学仿真模型。这种通用型静电学仿真模型(或模型架构)可称为初始静电学仿真模型。随着相关技术的发展，目前一些工具提供了各种类型的静电学仿真模型，如一些商业软件会自带预先设置好的静电学仿真模型，本实施例可以利用这些通用模型，结合具体的分支流道情况对通用模型进行改进，得到适合本分支流道的静电学仿真模型。由于充分利用了现有的通用模型或模型架构，使本实施例静电学仿真模型构建过程更加简化，可提升分支流道电阻的计算效率。
S630、设置所述静电学仿真模型的参数及条件，包括确定所述分支流道的第一流液口和第二流液口、设置所述分支流道的计算域和边界以及设置所述计算域的控制方程；其中所述第一流液口为进液口，所述第二流液口为出液口，或所述第一流液口为出液口，所述第二流液口为进液口。
示例性的，设置整个分支流道102为计算域，记为ω，其进液口(第一流液口1021)及出液口(第二流液口1022)分别记为Γin和Γout，当然，进液口和出液口位置完全可以互换，不影响分支流道电阻的计算结果，其余边界统一记为Γwall(第二边界1023)。需要注意的是，分支流道具有多个进液口时，所有的进液口作为一个整体考虑，同样，分支流道具有多个出液口时，所有的出液口也作为一个整体考虑。
设置计算域ω的控制方程。在整个计算域ω中，电荷的流动符合电荷守恒定律，即在此区域内电荷量的变化等于流入此区域的电荷量减去流出此区域的电荷量，此定律的数学方程形式如下：其中，/>为此计算域ω内任意一点的电荷通量，即该空间位置单位时间内、单位面积上通过的电荷量，该物理量带方向，量纲上与电流密度相同，为A·m-2。根据欧姆定律(微分形式)，/>与其所在位置(空间点)的电势梯度/>存在以下线性关系：其中，E为计算域ω内的电势场，量纲为V。
设置边界条件。对于其余边界Γwall，由于在物理上是绝缘的，给定绝缘条件：其中/>为边界单位法向量(无量纲)。对于Γin，设置为第一电势，一种较优的方式是第一电势为零电势：/>对于Γout，设置为任意恒定电势，即第二电势，例如当然，Γout也可以是其他电势，如2V、3V等，不影响分支流道电阻最终计算结果，在此不再赘述。
在一示例中，设置静电学仿真模型的参数及条件可以包括：若分支流道为几何软件编辑的图形，则导入分支流道的几何文件，得到静电学仿真模型的参数及条件，其中几何文件为通过几何软件存储分支流道几何信息的文件。目前，采用软件编辑或设计分支流道的具体形状已是一种常用方式，这些软件存储有分支流道的具体信息，包括几何信息，因此在一些实现方式中，可以在直接导入分支流道的几何文件(如DXF文件)得到计算域。导入计算域后，自动识别其边界，不仅效率高，而且准确度也更高，也可以避免人为失误而产生的计算误差或错误。
S640、求解所述静电学仿真模型，得到所述分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经所述分支流道电流值下所具有的电势差。
本实施例求取分支流道电阻的原理是采用欧姆定律，在知道电势差和电流值的情况下，计算得到电阻，因此前提是需要求得分支流道的电势差和电流值。
在一示例中，求解静电学仿真模型还可以包括：设定分支流道的第一流液口的电势为第一电势，第二流液口的电势为第二电势，求解得到分支流道在设定电势差下的电流值。
前已述，本实施例计算分支流道电阻的方式是通过欧姆定律计算，因此需要知道此段分支流道的电流值与电势差(电压)，当需要求解静电学仿真模型得到电流值时，那仿真时就需要确定分支流道的电势差。一种较优的方式是设定分支流道的第一流液口的电势为零电势，第二流液口的电势为恒定电势，则设定的恒定电势大小即是电势差大小，便于计算。
在一示例中，求解静电学仿真模型可以还包括：设定分支流道的第一流液口的电势为第一电势，流经分支流道的电流值恒定且不为零，求解得到分支流道的第二流液口的第二电势。
与前述通过定电势差得电流不同的是，本实现方式是定电流得电势差，一种较优的方式是设定分支流道的第一流液口的电势为零电势，分支流道的电流值恒定且不为零，则求解静电学仿真模型而得到的第二流液口的电势即是分支流道的电势差大小，便于计算。
在一示例中，求解静电学仿真模型可以包括：首先对静电学仿真模型进行网格划分，再根据划分的网格离散化控制方程，得到多项式矩阵方程，最后求解多项式矩阵方程。较优地，可以采用伽辽金方法离散化控制方程。可以采用全耦合的稳态求解器求解多项式矩阵方程。
示例性的，由于物理过程、计算域结构均较为简单，可以使用一些商业软件预设的网格划分，例如自由三角形网格。此外，因为即使是较密的网格，计算量也较小，可以使用稍密的网格，以提升网格质量。
S650、根据所述静电学仿真模型的求解结果计算所述分支流道的电阻值。
示例性，如步骤S640所示，在Γin和Γout处各自给定恒定的电势值时，对多项式矩阵方程进行求解，计算出在所设置的电势差下经过Γin与Γout的电流值I，则此分支流道的等效电阻为：也可以是给定一个电势值以及一个电流值或者电流密度值，如在Γin给定电势/>Γout给定电流值/>则最终输出是Γout处的电势值/>进而可以计算出分支流道的等效电阻为：/>
本实施例提供的电极框分支流道电阻计算方法，首先获取分支流道的几何信息和流经分支流道的电解液的电阻率；再根据几何信息和电阻率，构建分支流道的静电学仿真模型；又设置静电学仿真模型的参数及条件，包括确定分支流道的第一流液口和第二流液口、设置分支流道的计算域和边界以及设置计算域的控制方程；又求解静电学仿真模型，得到分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的电流值下所具有的电势差；最后根据静电学仿真模型的求解结果计算分支流道的电阻值，进而使分支流道电阻计算用时少更高效、准确度更高、流程更简化且能适应各种形状的分支流道，大幅提升计算效率，具有较高的实用价值。
实施例二
本实施例采用定电势差得电流值的方式计算分支流道的电阻值，构建静电学仿真模型是在已有通用模型的基础上进行改进，计算过程具体如下：
1、根据已知的输入信息，设置相关的参数。
输入信息包括分支流道的几何信息和流经分支流道的电解液的电阻率或电导率。在本实施例中，输入信息可如表1所示。
表1输入信息
名称 表达式 值 描述
H 1.7[mm] 0.0017m 槽深
σ 30[S/m] 30S/m 电解液电导率
2、设置定义域及边界。
在本实施例中，可以在软件中导入分支流道的DXF文件，得到计算域如图7所示，导入计算域后，自动识别分支流道的边界信息。
3、在计算域内设定控制方程。
设定了控制方程，表明在此计算域内的所有相关物理量的变化均受该控制方程控制。
4、设定边界条件。
在如图8所示的加粗实线所示的边界处，设置为零电势，E1＝0V。在如图9所示的加粗实线所示的边界处，设置为任意恒定电势，如E2＝1V。如图10所示的其余边界(图中加粗实线所示的边界)上给定绝缘条件：
5、网格划分。
由于物理过程、计算域结构均非常简单，可以使用商业软件预设的网格划分，可较好满足需求，图11所示为一种划分好的网格。
6、控制方程的离散化，使用线性单元即可。
7、静电学仿真模型的求解。
因本实施例静电学仿真模型无任何时间变量，且过程简单、计算量较小，可以使用全耦合的稳态求解器。其中线性求解器可以使用直接方法，而非线性求解可以使用牛顿法，阻尼系数可设置为0.75，阻尼系数可根据具体求解情况在0～1之间调整。
8、求解的结果与处理。
经上述步骤，可以求解得到流经计算域的电流为4.2498mA，则此分支流道的等效电阻为：
实施例三
本实施例采用定电流值得电势差的方式计算分支流道的电阻值，构建静电学仿真模型是在已有通用模型的基础上进行改进，计算过程具体如下：
1、根据已知的输入信息，设置相关的参数。
输入信息包括分支流道的几何信息和流经分支流道的电解液的电阻率或电导率。在本实施例中，输入信息可如表1所示。
2、设置定义域及边界。
在本实施例中，可以在软件中导入分支流道的DXF文件，得到计算域如图7所示，导入计算域后，自动识别分支流道的边界信息。
3、在计算域内设定控制方程。
设定了控制方程，表明在此计算域内的所有相关物理量的变化均受该控制方程控制。
4、设定边界条件。
在如图8所示加粗实线所示的边界处，设置为零电势，E1＝0V。在如图9加粗实线所示的边界处，设置流经的总电流为任意常数，例如I＝1A。在其余边界(如图10所示加粗实线所示的边界)上给定绝缘条件：
5、网格划分。
由于物理过程、计算域结构均非常简单，可以使用商业软件预设的网格划分，可较好满足需求，同样可参考图11，图11所示为一种划分好的网格。
6、控制方程的离散化，使用线性单元即可。
7、静电学仿真模型的求解。
因本实施例静电学仿真模型无任何时间变量，且过程简单、计算量较小，可以使用全耦合的稳态求解器。其中线性求解器可以使用直接方法，而非线性求解可以使用牛顿法，阻尼系数可设置为0.75，阻尼系数可根据具体求解情况在0～1之间调整。
8、求解的结果与处理。
经上述步骤，可以求解得到此计算域的电势差为235.67V，则此分支流道的等效电阻为：
将得到的分支流道等效电阻分别代入到整个电堆及系统(4个堆，2台泵，堆与堆之间电路串联、液路并联)的漏电电流计算当中，并保持其他部分的计算完全一致。为了更确切地对比传统方式与本发明方式(包括实施例二和实施例三)的准确度，将计算得到的盘管电流与其实际测量值进行对比，三次重复测试的结果如表2所示。其中，漏电模拟所采用工作条件：工作电压160V，工作电流为80A，电解液电导率采用SOC为50％的实测数据；实测时力保系统与模拟条件相近，电解液控制在SOC＝50％的状态。
表2测试结果对比
由此可见，采用本发明实施例方法具有以下四个显著优点：
1)更高效。计算时间从约20min降低至10min，降幅接近50％，且本发明实施例方法具有边际效应，设置好仿真模型后，仅需修改少数设置，效率会进一步降低，而传统方法并不具备此特征。
2)效率不受分支流道的几何复杂程度影响。相比之下，对于更复杂的分支流道，传统方法所需时间将会明显增加。
3)更准确。从计算值和实测值的对比可以看出，使用本发明实施例方法后，漏电计算误差从5％降低到2％，准确度大幅提升。
4)人为主观操作大幅减少，更容易达成计算流程的标准化。
图12是本发明一实施例电极框分支流道电阻计算装置的结构示意图，参考图12所示，装置1200主要包括：
获取模块1201，用于获取所述分支流道的几何信息和流经所述分支流道的电解液的电阻率；构建模块1202，用于根据所述几何信息和所述电阻率，构建所述分支流道的静电学仿真模型；设置模块1203，用于设置所述静电学仿真模型的参数及条件，包括确定所述分支流道的第一流液口和第二流液口、设置所述分支流道的计算域和边界以及设置所述计算域的控制方程，其中所述第一流液口为进液口，所述第二流液口为出液口，或所述第一流液口为出液口，所述第二流液口为进液口；求解模块1204，用于求解所述静电学仿真模型，得到所述分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经所述分支流道电流值下所具有的电势差；计算模块1205，用于根据所述静电学仿真模型的求解结果计算所述分支流道的电阻值。
在一示例中，获取流经分支流道的电解液的电阻率包括：若已知电解液的电导率，则根据电阻率与电导率互为倒数的关系，求得电阻率。
在一示例中，分支流道的几何信息包括分支流道的平面投影形状和分支流道的槽深。
在一示例中，构建分支流道的静电学仿真模型包括：将几何信息和电阻率代入初始静电学仿真模型，构建分支流道的静电学仿真模型；其中初始静电学仿真模型为预先设置的静电学仿真模型架构。
在一示例中，设置静电学仿真模型的参数及条件包括：若分支流道为几何软件编辑的图形，则导入分支流道的几何文件，得到静电学仿真模型的参数及条件；其中几何文件为通过几何软件存储分支流道几何信息的文件。
在一示例中，求解静电学仿真模型包括：设定分支流道的第一流液口的电势为第一电势，第二流液口的电势为第二电势，求解得到分支流道在设定电势差下的电流值。
在一示例中，求解静电学仿真模型包括：设定分支流道的第一流液口的电势为第一电势，流经分支流道的电流值恒定且不为零，求解得到分支流道的第二流液口的第二电势。
在一示例中，求解静电学仿真模型包括：对静电学仿真模型进行网格划分；根据划分的网格离散化控制方程，得到多项式矩阵方程；求解多项式矩阵方程。
在一示例中，离散化控制方程包括：采用伽辽金方法离散化控制方程。
在一示例中，求解多项式矩阵方程包括：采用全耦合的稳态求解器求解多项式矩阵方程。
本实施例中各模块执行的其他操作的细节可以参考前述实施例，在此不再展开。
本实施例提供的电极框分支流道电阻计算装置，首先获取分支流道的几何信息和流经分支流道的电解液的电阻率；再根据几何信息和电阻率，构建分支流道的静电学仿真模型；又设置静电学仿真模型的参数及条件，包括确定分支流道的第一流液口和第二流液口、设置分支流道的计算域和边界以及设置计算域的控制方程；又求解静电学仿真模型，得到分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经分支流道电流值下所具有的电势差；最后根据静电学仿真模型的求解结果计算分支流道的电阻值，进而使分支流道电阻计算用时少更高效、准确度更高、流程更简化且能适应各种形状的分支流道，大幅提升计算效率，具有较高的实用价值。
本申请实施例中的一种电极框分支流道电阻计算装置可以是装置，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。本申请实施例中的一种电极框分支流道电阻计算装置可以为具有操作系统的装置。该操作系统可以为安卓操作系统，可以为iOS操作系统，还可以为其他可能的操作系统，本申请实施例不作具体限定。
本申请还提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的程序或指令；以及处理器，用于执行上述程序或指令以实现上述电极框分支流道电阻计算方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
图13是根据本发明一实施例示出的电子设备示意图。电子设备1300可包括内部通信总线1301、处理器(Processor)1302、只读存储器(ROM)1303、随机存取存储器(RAM)1304、以及通信端口1305。当应用在个人计算机上时，电子设备1300还可以包括硬盘1306。内部通信总线1301可以实现电子设备1300组件之间的数据通信。处理器1302可以进行判断和发出提示。在一些实施方式中，处理器1302可以由一个或多个处理器组成。通信端口1305可以实现电子设备1300与外部的数据通信。在一些实施方式中，电子设备1300可以通过通信端口1305从网络发送和接收信息及数据。电子设备1300还可以包括不同形式的程序储存单元以及数据储存单元，例如硬盘1306，只读存储器(ROM)1303和随机存取存储器(RAM)1304，能够存储计算机处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器1302所执行的可能的程序或指令。处理器1302处理的结果通过通信端口1305传给用户设备，在用户界面上显示。
上述的电极框分支流道电阻计算方法可以实施为计算机程序，保存在硬盘1306中，并可记载到处理器1302中执行，以实施本申请中的任一种电极框分支流道电阻计算方法。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述电极框分支流道电阻计算方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
其中，处理器为上述实施例中电子设备中的处理器。可读存储介质包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。
对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (13)

1.一种电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，包括：
获取所述分支流道的几何信息和流经所述分支流道的电解液的电阻率；
根据所述几何信息和所述电阻率，构建所述分支流道的静电学仿真模型；
设置所述静电学仿真模型的参数及条件，包括确定所述分支流道的第一流液口和第二流液口、设置所述分支流道的计算域和边界以及设置所述计算域的控制方程；其中所述第一流液口为进液口，所述第二流液口为出液口，或所述第一流液口为出液口，所述第二流液口为进液口；
求解所述静电学仿真模型，得到所述分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经所述分支流道电流值下所具有的电势差；
根据所述静电学仿真模型的求解结果计算所述分支流道的电阻值。
2.如权利要求1所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，获取流经所述分支流道的电解液的电阻率包括：
若已知所述电解液的电导率，则根据所述电阻率与所述电导率互为倒数的关系，求得所述电阻率。
3.如权利要求1所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，所述分支流道的几何信息包括所述分支流道的平面投影形状和所述分支流道的槽深。
4.如权利要求1所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，构建所述分支流道的静电学仿真模型包括：
将所述几何信息和所述电阻率代入初始静电学仿真模型，构建所述分支流道的静电学仿真模型；其中所述初始静电学仿真模型为预先设置的静电学仿真模型架构。
5.如权利要求1所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，设置所述静电学仿真模型的参数及条件包括：
若所述分支流道为几何软件编辑的图形，则导入所述分支流道的几何文件，得到所述静电学仿真模型的参数及条件；其中所述几何文件为通过所述几何软件存储所述分支流道几何信息的文件。
6.如权利要求1所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，求解所述静电学仿真模型还包括：
设定所述分支流道的第一流液口的电势为第一电势，所述第二流液口的电势为第二电势，求解得到所述分支流道在设定电势差下的电流值。
7.如权利要求1所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，求解所述静电学仿真模型还包括：
设定所述分支流道的第一流液口的电势为第一电势，流经所述分支流道的电流值恒定且不为零，求解得到所述分支流道的第二流液口的第二电势。
8.如权利要求1所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，求解所述静电学仿真模型包括：
对所述静电学仿真模型进行网格划分；根据划分的网格离散化所述控制方程，得到多项式矩阵方程；求解所述多项式矩阵方程。
9.如权利要求8所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，离散化所述控制方程包括：采用伽辽金方法离散化所述控制方程。
10.如权利要求8所述的电极框分支流道电阻计算方法，其特征在于，求解所述多项式矩阵方程包括：采用全耦合的稳态求解器求解所述多项式矩阵方程。
11.一种电极框分支流道电阻计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述分支流道的几何信息和流经所述分支流道的电解液的电阻率；
构建模块，用于根据所述几何信息和所述电阻率，构建所述分支流道的静电学仿真模型；
设置模块，用于设置所述静电学仿真模型的参数及条件，包括确定所述分支流道的第一流液口和第二流液口、设置所述分支流道的计算域和边界以及设置所述计算域的控制方程；其中所述第一流液口为进液口，所述第二流液口为出液口，或所述第一流液口为出液口，所述第二流液口为进液口；
求解模块，用于求解所述静电学仿真模型，得到所述分支流道在设定电势差下的电流值或在设定的流经所述分支流道电流值下所具有的电势差；
计算模块，用于根据所述静电学仿真模型的求解结果计算所述分支流道的电阻值。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-10任一项所述的电极框分支流道电阻计算方法的步骤。
13.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-10任一项所述的电极框分支流道电阻计算方法的步骤。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109325299A (zh) * 2018-09-29 2019-02-12 大连理工大学 一种全钒液流电池的复合建模仿真方法
CN111180767A (zh) * 2020-01-07 2020-05-19 天津大学 具有流体不均匀分配效应的燃料电池堆建模方法
CN112613248A (zh) * 2020-12-25 2021-04-06 北京大学 一种改进嵌入式微流体结构设计的方法和系统
CN114065567A (zh) * 2021-09-30 2022-02-18 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池电堆公共歧管结构优化方法和装置
CN114914495A (zh) * 2022-01-28 2022-08-16 上海神力科技有限公司 一种简化计算难度的氢燃料电池堆流体分配仿真方法
KR20220117035A (ko) * 2021-02-16 2022-08-23 연세대학교 산학협력단 유동 채널과 다공성 전극을 갖는 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법
CN115411305A (zh) * 2022-09-19 2022-11-29 中国汽车工程研究院股份有限公司 一种燃料电池启动过程的等效电路模型
WO2023028860A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 西门子股份公司 流体网络系统的优化方法及装置
CN116341297A (zh) * 2023-05-31 2023-06-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池仿真方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109325299A (zh) * 2018-09-29 2019-02-12 大连理工大学 一种全钒液流电池的复合建模仿真方法
CN111180767A (zh) * 2020-01-07 2020-05-19 天津大学 具有流体不均匀分配效应的燃料电池堆建模方法
CN112613248A (zh) * 2020-12-25 2021-04-06 北京大学 一种改进嵌入式微流体结构设计的方法和系统
KR20220117035A (ko) * 2021-02-16 2022-08-23 연세대학교 산학협력단 유동 채널과 다공성 전극을 갖는 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법
WO2023028860A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 西门子股份公司 流体网络系统的优化方法及装置
CN114065567A (zh) * 2021-09-30 2022-02-18 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池电堆公共歧管结构优化方法和装置
CN114914495A (zh) * 2022-01-28 2022-08-16 上海神力科技有限公司 一种简化计算难度的氢燃料电池堆流体分配仿真方法
CN115411305A (zh) * 2022-09-19 2022-11-29 中国汽车工程研究院股份有限公司 一种燃料电池启动过程的等效电路模型
CN116341297A (zh) * 2023-05-31 2023-06-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池仿真方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质

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