KR102549478B1 - Simulation Apparatus and Method for Flow Battery having Porous Electrode with Flow Channel - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흐름 전지 내에서 다공성 전극과 다공성 전극의 일 면상에 기지정된 패턴으로 구현되어 인가된 전해질을 다공성 전극으로 공급하는 유동 채널에 의해 형성되어 전해질이 전달되는 유동 경로의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 다공성 전극과 유동 채널 각각을 기지정된 거리 간격을 갖는 다수의 노드를 기준으로 구분하며, 구분된 다수의 노드 중 인접한 노드들이 전해질 유동을 방해하는 저항으로 연결되는 구조의 네트워크 모델을 생성하는 네트워크 모델 생성부, 및 네트워크 모델의 다수의 노드 각각에서 유입 및 유출되는 유량이 질량 보존 법칙을 만족하고, 다수의 노드 중 서로 인접한 노드를 연결하는 저항으로 이루어지는 폐루프에서의 압력 강하가 에너지 보존 법칙을 만족하도록, 네트워크 모델의 각 노드 사이의 유량 및 압력 강하를 계산하는 네트워크 해석부를 포함하여, 흐름 전지의 스택 내의 유동 상태를 낮은 계산 비용으로 빠르게 해석할 수 있는 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공할 수 있다.The present invention is formed by a porous electrode in a flow battery and a flow channel for supplying the applied electrolyte to the porous electrode implemented in a predetermined pattern on one surface of the porous electrode to confirm the flow path structure of the flow path through which the electrolyte is delivered, According to the identified flow path structure, each of the porous electrode and the flow channel is divided based on a plurality of nodes having a predetermined distance interval, and a network model of a structure in which adjacent nodes among the plurality of divided nodes are connected by resistance that hinders electrolyte flow. The pressure drop in a closed loop consisting of a network model generation unit that generates a network model, and a flow rate flowing in and out of each of a plurality of nodes of the network model satisfies the law of conservation of mass, and a resistance connecting adjacent nodes among the plurality of nodes Apparatus and method for simulating a flow cell capable of rapidly analyzing a flow state in a stack of flow cells at low computational cost, including a network analyzer that calculates the flow rate and pressure drop between each node of the network model to satisfy the law of conservation of energy can provide.

Description

유동 채널과 다공성 전극을 갖는 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법{Simulation Apparatus and Method for Flow Battery having Porous Electrode with Flow Channel}Simulation Apparatus and Method for Flow Battery having Porous Electrode with Flow Channel

본 발명은 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 유동 채널과 다공성 전극을 갖는 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for simulating a flow battery, and more particularly to an apparatus and method for simulating a flow battery having a flow channel and a porous electrode.

신재생 에너지의 수요 증가에 따라 이를 효율적으로 저장 및 관리할 수 있는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System: 이하 ESS)에 대한 관심도 높아지고 있다. 기존의 ESS는 리튬이온 전지가 주로 이용되었으나, 인체 유해성이나 화재 위험성 등의 문제로 최근에는 바나듐 레독스 흐름 전지(Vanadium Redox Flow Battery: VRFB)나 연료 전지와 같은 흐름 전지로 대체하고자 하는 연구가 활발하게 수행되고 있다.As the demand for renewable energy increases, interest in an energy storage system (ESS) that can efficiently store and manage it is also increasing. Existing ESS mainly used lithium-ion batteries, but due to problems such as harm to the human body and fire hazard, research on replacing them with flow batteries such as Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) or fuel cells is active. is being carried out

리튬이온 전지와 달리, 바나듐 레독스 흐름 전지(Vanadium Redox Flow Battery: VRFB)나 연료 전지와 같은 흐름 전지는 전해질 저장소(Electrolyte reservoir)로 기능하는 탱크와 전극을 포함하는 스택으로 구분된 구조를 갖고, 탱크에 저장된 유체 또는 기체의 전해질(또는 활물질(Active material)이라 함)이 스택을 구성하는 적어도 하나의 전지 셀을 통해 순환하면서, 전지 셀 내부의 다공성 전극의 계면에서 화학 반응을 일으키는 방식으로 전력을 발생하게 된다. 이때 기존에는 전해질이 다공성 전극 전체를 통과하면서 반응을 일으키도록 전지 셀이 구성되었으나, 최근에는 다공성 전극 일측면에 형성된 유동 채널(Flow Channel)을 통해 흐르면서 다공성 전극으로 유입되는 전해질이 반응을 일으키도록 스택이 구성된다.Unlike lithium ion batteries, flow batteries such as vanadium redox flow batteries (VRFB) or fuel cells have a structure divided into stacks including electrodes and tanks functioning as electrolyte reservoirs, While a fluid or gaseous electrolyte (also referred to as an active material) stored in a tank circulates through at least one battery cell constituting the stack, a chemical reaction is generated at the interface of the porous electrode inside the battery cell to generate power. It happens. At this time, conventionally, the battery cell was configured so that the electrolyte passes through the entire porous electrode to cause a reaction, but recently, a stack is formed so that the electrolyte flowing into the porous electrode causes a reaction while flowing through a flow channel formed on one side of the porous electrode. this is composed

이와 같이 유동 채널이 형성된 스택을 갖는 흐름 전지에서는 유동 채널을 따라 흐르는 유체 또는 기체 전해질의 상태를 확인하는 것이 요구된다. 즉 유동 채널과 다공성 전극을 갖는 흐름 전지에서 전해질의 유동 상태 해석이 매우 중요하다. 다만 활물질의 밀도나 점도 등과 같은 유체 특성이 매우 다양하고, 전지 셀의 크기와 내부 구조도 매우 다양하므로, 이용하고자 하는 흐름 전지에 적합한 유동 상태 해석을 수행해야 한다. 기존에는 유동 해석을 위해 상용 툴 기반의 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics: 이하 CFD) 시뮬레이션을 주로 이용하였다. 그러나 CFD 시뮬레이션은 유한 차분법(Finite Difference Method: 이하 FDM) 또는 유한요소법(Finite Elements Method: 이하 FEM)을 기반으로 유동 채널과 다공성 전극에서 나비아 스톡스 방정식(Navier-Sokes equation)을 계산하는 방식으로 유동 해석을 수행하므로, 계산 비용이 매우 높아 고성능의 연산 장치와 긴 연산 시간을 소요하는 문제가 있다. 이에 낮은 계산 비용으로 통상의 연산 장치에서 빠르게 흐름 전지의 유동 특성을 해석할 수 있는 새로운 기법이 요구되고 있다.In a flow battery having a stack in which a flow channel is formed as described above, it is required to check the state of a fluid or gaseous electrolyte flowing along the flow channel. That is, analysis of the flow state of the electrolyte is very important in a flow battery having a flow channel and a porous electrode. However, fluid properties such as density and viscosity of active materials vary greatly, and the size and internal structure of battery cells vary greatly, so a flow state analysis suitable for a flow battery to be used must be performed. In the past, commercial tool-based computational fluid dynamics (CFD) simulations were mainly used for flow analysis. However, CFD simulation is performed by calculating the Navier-Sokes equation in the flow channel and porous electrode based on the Finite Difference Method (FDM) or the Finite Elements Method (FEM). Since the analysis is performed, the computation cost is very high, and there is a problem in that a high-performance computation device and a long computation time are required. Accordingly, there is a need for a new technique capable of quickly analyzing the flow characteristics of a flow battery in a conventional computing device at low computational cost.

한국 등록 특허 제10-2144745호(2020.08.10 등록)Korean Registered Patent No. 10-2144745 (registered on August 10, 2020)

본 발명의 목적은 유동 채널과 다공성 전극을 포함하는 흐름 전지의 전해질 유동 특성을 낮은 계산 비용으로 빠르게 계산할 수 있는 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a flow cell simulation device and method capable of quickly calculating electrolyte flow characteristics of a flow cell including a flow channel and a porous electrode at low cost.

본 발명의 다른 목적은 연산 성능이 높지 않은 통상의 배터리 관리 시스템에서 실행할 수 있도록 낮은 계산 비용을 갖는 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for simulating a flow battery with low computational cost so that it can be executed in a general battery management system with low computational performance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 장치는 흐름 전지 내에서 다공성 전극과 상기 다공성 전극의 일 면상에 기지정된 패턴으로 구현되어 인가된 전해질을 상기 다공성 전극으로 공급하는 유동 채널에 의해 형성되어 전해질이 전달되는 유동 경로의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 상기 다공성 전극과 상기 유동 채널 각각을 기지정된 거리 간격을 갖는 다수의 노드를 기준으로 구분하며, 구분된 다수의 노드 중 인접한 노드들이 전해질 유동을 방해하는 저항으로 연결되는 구조의 네트워크 모델을 생성하는 네트워크 모델 생성부; 및 상기 네트워크 모델의 다수의 노드 각각에서 유입 및 유출되는 유량이 질량 보존 법칙을 만족하고, 상기 다수의 노드 중 서로 인접한 노드를 연결하는 저항으로 이루어지는 폐루프에서의 압력 강하가 에너지 보존 법칙을 만족하도록, 상기 네트워크 모델의 각 노드 사이의 유량 및 압력 강하를 계산하는 네트워크 해석부를 포함한다.A flow battery simulation device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is implemented in a porous electrode and a predetermined pattern on one surface of the porous electrode in a flow battery to supply an applied electrolyte to the porous electrode. The flow path structure of the flow path formed by the channel is confirmed, and according to the identified flow path structure, the porous electrode and the flow channel are divided based on a plurality of nodes having predetermined distance intervals, and the divided A network model generating unit for generating a network model of a structure in which adjacent nodes among a plurality of nodes are connected with resistance that hinders electrolyte flow; and a flow rate flowing in and out of each of a plurality of nodes of the network model satisfies the law of conservation of mass, and a pressure drop in a closed loop composed of resistors connecting adjacent nodes among the plurality of nodes satisfies the law of conservation of energy. , and a network analyzer for calculating the flow rate and pressure drop between each node of the network model.

상기 네트워크 모델 생성부는 유동 경로를 구성하는 다공성 전극과 유동 채널의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 상기 유동 채널을 밴딩 또는 분기 위치를 기준으로 다수의 구간으로 분해하고, 구분된 구간 중 서로 평행하게 배치되는 다수의 구간을 다시 기지정된 채널 길이 단위로 구분하며, 상기 채널 길이와 서로 평행하게 배치된 다수의 구간 사이의 간격에 대응하여 설정되는 전극 길이에 따라 상기 다공성 전극의 영역을 구분하는 유동 경로 분해부; 및 상기 유동 경로 분해부에 의해 구분되는 위치 각각을 노드로 설정하고, 설정된 노드 중 인접한 노드 구간을 저항으로 모델링하여 상기 네트워크 모델을 획득하는 네트워크 모델 획득부를 포함할 수 있다.The network model generation unit checks the porous electrode constituting the flow path and the flow channel structure, and according to the identified flow channel structure, decomposes the flow channel into a plurality of sections based on bending or branching positions, and among the divided sections A plurality of sections disposed parallel to each other are again divided into predetermined channel length units, and the region of the porous electrode is divided according to an electrode length set corresponding to the channel length and a distance between a plurality of sections disposed parallel to each other. a flow path decomposition unit; and a network model acquiring unit configured to set each position divided by the flow path decomposition unit as a node and acquire the network model by modeling a section of an adjacent node among the set nodes as a resistance.

상기 네트워크 모델 획득부는 상기 유동 채널에서 설정된 노드들은 상기 유동 채널이 형성된 패턴에 따라 저항으로 연결될 수 있다.Nodes set in the flow channel of the network model acquisition unit may be connected by resistance according to a pattern in which the flow channel is formed.

상기 네트워크 모델 획득부는 상기 유동 채널에서 설정된 노드들은 상기 다공성 전극에서 설정된 노드들 중 인접한 노드들과 저항으로 연결될 수 있다.Nodes set in the network model acquisition unit may be connected to adjacent nodes among nodes set in the porous electrode through resistance.

상기 네트워크 해석부는 다수의 폐루프 각각에서 상기 질량 보존 법칙과 상기 에너지 보존 법칙이 만족되도록 상기 네트워크 모델에서 폐루프의 유량 변화를 수학식 The network analyzer calculates the flow rate change of the closed loop in the network model so that the mass conservation law and the energy conservation law are satisfied in each of the plurality of closed loops.

Figure 112021018765587-pat00001
Figure 112021018765587-pat00001

(여기서 j는 폐루프 식별자, i는 폐루프에서 저항 식별자, Q는 유량, ΔQ는 폐루프의 저항에 의한 유량 변화, θ는 유동 방향(시계 방향은 1, 반시계 방향은 -1), ΔP는 폐루프의 저항에 의한 압력 강하, n은 반복 계산 횟수를 나타낸다.)에 따라 반복 계산 할 수 있다.(where j is the closed loop identifier, i is the resistance identifier in the closed loop, Q is the flow rate, ΔQ is the change in flow rate due to the resistance of the closed loop, θ is the flow direction (clockwise is 1, counterclockwise is -1), ΔP is the pressure drop due to the resistance of the closed loop, and n represents the number of iterations).

상기 네트워크 해석부는 상기 유동 채널에서의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 채널 압력 강하(ΔPch)와 상기 다공성 전극에서의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 전극 압력 강하(ΔPp) 및 상기 유동 채널의 노드와 대응하는 다공성 전극의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 내부 압력 강하(ΔPinter)를 구분하여 계산할 수 있다.The network analysis unit channel pressure drop due to resistance connected between nodes in the flow channel (ΔP ch ) and electrode pressure drop due to resistance connected between nodes in the porous electrode (ΔP p ) and nodes of the flow channel The internal pressure drop (ΔP inter ) due to the resistance connected between the nodes of the corresponding porous electrode can be separately calculated.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 방법은 흐름 전지 내에서 다공성 전극과 상기 다공성 전극의 일 면상에 기지정된 패턴으로 구현되어 인가된 전해질을 상기 다공성 전극으로 공급하는 유동 채널에 의해 형성되어 전해질이 전달되는 유동 경로의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 상기 다공성 전극과 상기 유동 채널 각각을 기지정된 거리 간격을 갖는 다수의 노드를 기준으로 구분하며, 구분된 다수의 노드 중 인접한 노드들이 전해질 유동을 방해하는 저항으로 연결되는 구조의 네트워크 모델을 생성하는 단계; 및 상기 네트워크 모델의 다수의 노드 각각에서 유입 및 유출되는 유량이 질량 보존 법칙을 만족하고, 상기 다수의 노드 중 서로 인접한 노드를 연결하는 저항으로 이루어지는 폐루프에서의 압력 강하가 에너지 보존 법칙을 만족하도록, 상기 네트워크 모델의 각 노드 사이의 유량 및 압력 강하를 계산하여 상기 네트워크 모델을 해석하는 단계를 포함한다.A flow battery simulation method according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is implemented as a porous electrode in a flow battery and a predetermined pattern on one surface of the porous electrode to supply an applied electrolyte to the porous electrode. The flow path structure of the flow path formed by the channel is confirmed, and according to the identified flow path structure, the porous electrode and the flow channel are divided based on a plurality of nodes having predetermined distance intervals, and the divided Generating a network model of a structure in which adjacent nodes among a plurality of nodes are connected with resistance that hinders electrolyte flow; and a flow rate flowing in and out of each of a plurality of nodes of the network model satisfies the law of conservation of mass, and a pressure drop in a closed loop composed of resistors connecting adjacent nodes among the plurality of nodes satisfies the law of conservation of energy. , calculating the flow rate and pressure drop between each node of the network model and analyzing the network model.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 장치 및 방법은 흐름 전지에서 액체 또는 기체의 전해질이 흐르는 유동 경로 상의 각 구성을 유동에 대한 저항 요소로 모델링하여 간단한 구조의 유체동역학 네트워크 모델을 생성하고, 생성된 유체동역학 네트워크 모델을 기반으로 유동 상태를 낮은 계산 비용으로 빠르게 해석할 수 있다. 그러므로 고성능의 연산 장치가 요구되지 않아 기존의 일반적인 배터리 관리 시스템에서 저비용으로 실행할 수 있다.Therefore, the flow cell simulation apparatus and method according to an embodiment of the present invention creates a fluid dynamics network model with a simple structure by modeling each configuration on the flow path through which liquid or gaseous electrolyte flows in the flow cell as a flow resistance element, , the flow state can be quickly analyzed at low computational cost based on the generated fluid dynamics network model. Therefore, since a high-performance computing device is not required, it can be implemented at low cost in an existing general battery management system.

도 1은 흐름 전지 구성의 일 예를 나타낸다.
도 2는 유동이 다공성 전극으로 유입되는 방식에 따라 구분되는 전지 셀 구조의 예를 나타낸다.
도 3은 흐름 전지의 유동 채널 구조의 일 예를 나타낸다.
도 4는 도 3의 유동 채널 구조에 따른 유동 전송 경로를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 흐름 전지 시뮬레이션 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 다층 유체동역학 네트워크 모델을 생성하는 방식을 나타낸다.
도 7은 도 6의 다층 유체동역학 네트워크 모델의 유동 해석을 위해 설정되는 노드 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 생성된 다층 유체 동역학 네트워크 모델의 일 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 장치의 개략적 구성을 나타낸다.
도 10 내지 도 12는 본 발명예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 장치의 해석 성능을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 방법을 나타낸다.
1 shows an example of a flow battery configuration.
Figure 2 shows an example of a battery cell structure classified according to the way the flow flows into the porous electrode.
3 shows an example of a flow channel structure of a flow battery.
FIG. 4 shows a flow transmission path according to the flow channel structure of FIG. 3 .
5 is a diagram for explaining the flow battery simulation concept of the present invention.
6 shows a method of generating a multi-layer fluid dynamics network model according to the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining node positions set for flow analysis of the multilayer fluid dynamics network model of FIG. 6 .
8 shows an example of the generated multilayer fluid dynamics network model.
9 shows a schematic configuration of a flow battery simulation device according to an embodiment of the present invention.
10 to 12 show the analysis performance of the flow battery simulation device according to the present invention.
13 shows a flow battery simulation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention and its operational advantages and objectives achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the described embodiments. And, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. And it can be implemented as a combination of software.

도 1은 흐름 전지 구성의 일 예를 나타내고, 도 2는 유동이 다공성 전극으로 유입되는 방식에 따라 구분되는 전지 셀 구조의 예를 나타낸다.1 shows an example of a flow battery configuration, and FIG. 2 shows an example of a battery cell structure classified according to a method in which flow flows into a porous electrode.

도 1은 흐름 전지의 일 예로 바나듐 레독스 흐름 전지의 개략적 구조를 도시하였다. 도 1을 참조하면, 흐름 전지는 액체 상태의 양극 전해질인 양극액(Analyte)과 음극 전해질인 음극액(Catholyte)이 각각 저장되는 2개의 탱크(111, 112)와 2개의 탱크로부터 양극액과 음극액이 유입되어 화학 반응을 발생시켜 전력을 획득하는 스택(120), 충전 또는 방전 시에 2개의 탱크(111, 112) 중 대응하는 탱크에 저장된 양극액과 음극액을 스택(120)을 통해 순환시키는 2개의 펌프(113, 114) 및 방전 시에 스택(120)에서 발생된 전력을 사용하거나 충전시에 스택(120)으로 전력을 공급하여 충전시키는 부하/전원부(130)를 포함할 수 있다.1 shows a schematic structure of a vanadium redox flow battery as an example of a flow battery. Referring to FIG. 1, the flow battery includes two tanks 111 and 112 in which anolyte, which is a positive electrolyte, and catholyte, which is a negative electrolyte, are respectively stored, and the anolyte and negative electrode from the two tanks, respectively. A stack 120 in which liquid flows in and generates a chemical reaction to obtain power, and anolyte and catholyte stored in the corresponding tank among the two tanks 111 and 112 are circulated through the stack 120 during charging or discharging. It may include two pumps 113 and 114 and a load/power unit 130 that uses power generated in the stack 120 during discharging or supplies power to the stack 120 during charging to charge it.

스택(120)은 선택적 투과성을 갖는 이온 교환막(Ion Exchange membrane 또는 이온 선택막(ion selective membrane))(121)과 이온 교환막(121)을 사이에 두고 양측에 위치하는 2개의 다공성 전극(122, 123) 및 스택(120) 내에서 발생된 전하를 수집하여 부하/전원부(130)로 공급하는 제1 및 제2 전극(124, 125)를 포함할 수 있다. 여기서 2개의 다공성 전극(122, 123)은 양극액 및 음극액과 산화/환원 반응을 일으키는 반응 전극으로, 전극의 계면에서 산화/환원 반응이 발생되므로, 반응 면적을 높이기 위해 다공성 전극(Porous Electrode)으로 구현된다. 여기서 양극액 및 음극액은 펌프(113, 114)에 의해 스택(120)과 2개의 탱크(111, 112)를 사이를 순환하면서 다공성 전극(122, 123)과 반응하게 된다. 즉 양극액과 음극액은 스택(120)의 일단으로 유입되어 타단으로 방출된다.The stack 120 includes an ion exchange membrane (or ion selective membrane) 121 having selective permeability and two porous electrodes 122 and 123 positioned on both sides with the ion exchange membrane 121 interposed therebetween. ) and first and second electrodes 124 and 125 for collecting electric charges generated in the stack 120 and supplying them to the load/power supply unit 130 . Here, the two porous electrodes 122 and 123 are reaction electrodes that cause oxidation/reduction reactions with the anolyte and catholyte. Since oxidation/reduction reactions occur at the interface of the electrodes, a porous electrode is used to increase the reaction area. is implemented as Here, the anolyte and catholyte react with the porous electrodes 122 and 123 while circulating between the stack 120 and the two tanks 111 and 112 by pumps 113 and 114 . That is, the anolyte and catholyte are introduced into one end of the stack 120 and discharged through the other end.

여기서는 일 예로 하나의 전지 셀로 구현된 스택(120)을 도시하였으나, 스택(120)은 다수의 전지 셀을 포함하도록 구성될 수 있다.Here, although the stack 120 implemented with one battery cell is shown as an example, the stack 120 may be configured to include a plurality of battery cells.

도 2를 참조하면, (a)는 양극액과 음극액이 다공성 전극 전체를 통과하여 순환되는 기존의 전지 셀 구조를 나타내고, (b)는 유동 채널이 형성된 전지 셀 구조를 나타낸다.Referring to FIG. 2 , (a) shows a conventional battery cell structure in which positive and negative electrolytes are circulated through the entire porous electrode, and (b) shows a battery cell structure in which a flow channel is formed.

(a)에 도시된 기존의 전지 셀 구조에서는 전해질이 다공성 전극 전체를 통과해야만 순환 가능한 구조이므로, 순환 방향에 따라 다공성 전극(122, 123)의 위치별 전해질의 공급이 불균일하고, 압력 강하가 너무 크게 발생하는 문제가 있다. 또한 다공성 전극(122, 123)의 두께가 두꺼워야만 하므로 옴저항이 증가되는 문제가 있다.In the conventional battery cell structure shown in (a), since the electrolyte can be circulated only through the entire porous electrode, the supply of electrolyte for each position of the porous electrodes 122 and 123 is non-uniform according to the circulation direction, and the pressure drop is too There is a big problem that arises. In addition, since the thickness of the porous electrodes 122 and 123 must be thick, there is a problem in that ohmic resistance increases.

그에 반해 (b)의 전지 셀에서는 다공성 전극(122, 123)의 일측면을 따라 전해질이 용이하게 흐를 수 있는 유동 채널(126, 127)이 형성된다. (b)와 같은 전지 셀 구조에서는 활물질이 다공성 전극(122, 123)의 일측면을 따라 흐르면서 다공성 전극(122, 123)으로 유입되어 반응을 일으키게 된다. 따라서 전해질이 다공성 전극(122, 123)에 균일하게 공급될 수 있을 뿐만 아니라 압력 강하가 크게 발생되지 않는다. 여기서 유동 채널(126, 127)은 다공성 전극의 일측면과 제1 및 제2 전극(124, 125) 사이에 위치하는 바이폴라 플레이트(bipolar plate)(230)에 기지정된 패턴에 따라 식각된 형태로 형성될 수 있다.In contrast, in the battery cell of (b), flow channels 126 and 127 through which electrolyte can easily flow are formed along one side of the porous electrodes 122 and 123 . In the battery cell structure shown in (b), the active material flows along one side of the porous electrodes 122 and 123 and flows into the porous electrodes 122 and 123 to cause a reaction. Accordingly, the electrolyte can be uniformly supplied to the porous electrodes 122 and 123 and a large pressure drop is not generated. Here, the flow channels 126 and 127 are formed by being etched according to a predetermined pattern on a bipolar plate 230 positioned between one side of the porous electrode and the first and second electrodes 124 and 125. It can be.

도 3은 흐름 전지의 유동 채널 구조의 일 예를 나타내고, 도 4는 도 3의 유동 채널 구조에 따른 유동 전송 경로를 나타낸다.3 shows an example of a flow channel structure of a flow battery, and FIG. 4 shows a flow transmission path according to the flow channel structure of FIG. 3 .

도 3에서 (a)는 사형 유동 채널(Serpentine flow channel)(210)이 형성된 경우를 나타내고, (b)는 깍지형 유동 채널(Interdigitated flow channel)(221, 222)이 형성된 경우를 나타낸다. 그리고 도 4의 (a)는 사형 유동 채널(210)의 주입구(inlet)로 인가된 유동이 배출구(outlet)로 배출되는 동안 다공성 전극(122)을 통해 흐르는 경로를 나타내고, (b)는 유동 채널(221, 222)의 제1 유동 채널(221)의 주입구(inlet)로 인가된 유동이 제2 유동 채널(222)의 배출구(outlet)로 배출되는 동안 다공성 전극(122)을 통해 흐르는 경로를 나타낸다. 여기서는 설명의 편의를 위하여 이온 교환막(121)의 일 측에 위치하는 다공성 전극(122)과 유동 채널(210, 221, 222)만을 도시하였으나, 타 측에 위치하는 다공성 전극(123) 상에도 동일하게 유동 채널(210, 221, 222)이 형성된다.In FIG. 3, (a) shows a case where a serpentine flow channel 210 is formed, and (b) shows a case where interdigitated flow channels 221 and 222 are formed. And Figure 4 (a) shows the path through which the flow applied to the inlet of the serpentine flow channel 210 flows through the porous electrode 122 while being discharged to the outlet, (b) is the flow channel 221 and 222 show the path through which the flow applied to the inlet of the first flow channel 221 flows through the porous electrode 122 while being discharged to the outlet of the second flow channel 222. . Here, for convenience of description, only the porous electrode 122 and the flow channels 210, 221, and 222 located on one side of the ion exchange membrane 121 are shown, but the same applies to the porous electrode 123 located on the other side. Flow channels 210, 221 and 222 are formed.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 사형 유동 채널(210)은 다공성 전극(122)의 일면상에 단일 채널이 반복적으로 벤딩된 지그재그 패턴으로 형성되며, 따라서 채널에서 일정 영역들이 서로 평행하게 위치한다. 그리고 다공성 전극(122)의 일면상에 형성되는 사형 유동 채널(210)의 주입구(inlet)로 인가된 유동이 형성된 채널 패턴을 따라 배출구(outlet)까지 흘러 배출되게 된다. 이때, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 사형 유동 채널(210)로 유입된 유동은 채널 패턴을 따라 흐를 뿐만 아니라, 서로 인접하여 위치하는 채널 영역 사이의 립(Rib) 구간에서 다공성 전극을 통해 흐르게 되어 유동 채널 상의 다른 영역으로도 전달될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3, the serpentine flow channel 210 is formed in a zigzag pattern in which a single channel is repeatedly bent on one surface of the porous electrode 122, and therefore, certain regions of the channel are positioned parallel to each other. do. Then, the flow applied to the inlet of the serpentine flow channel 210 formed on one surface of the porous electrode 122 flows to the outlet along the formed channel pattern and is discharged. At this time, as shown in (a) of FIG. 4, the flow introduced into the serpentine flow channel 210 not only flows along the channel pattern, but also the porous electrode in the rib section between channel regions located adjacent to each other. It flows through and can be delivered to other areas on the flow channel.

그리고 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 깍지형 유동 채널은 빗(comb) 형상의 패턴을 갖는 2개의 유동 채널(221, 222)이 서로 맞물리는 패턴으로 형성되어, 2개의 유동 채널(221, 222)의 빗 형상에서 빗살이 서로 교대하여 위치하는 패턴으로 구성된다. 여기서 제1 유동 채널(221)에는 주입구(inlet)가 형성되어 유동이 유입되고, 제2 유동 채널(222)에는 배출구(outlet)가 형성된다. 따라서 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 유동 채널(221)로 공급된 유동은 다공성 전극(122)을 통해 제2 유동 채널(222)로 공급되어 다시 배출된다.And as shown in (b) of FIG. 3, the interdigitated flow channel is formed in a pattern in which two flow channels 221 and 222 having a comb-shaped pattern are interdigitated with each other, so that the two flow channels ( 221, 222) is composed of a pattern in which comb teeth are positioned alternately with each other in the comb shape. Here, an inlet is formed in the first flow channel 221 to allow flow to flow in, and an outlet is formed in the second flow channel 222 . Therefore, as shown in (b) of FIG. 4 , the flow supplied to the first flow channel 221 is supplied to the second flow channel 222 through the porous electrode 122 and discharged again.

따라서 사형 유동 채널(210)에서는 유동이 유동 채널(210)의 주입구로부터 배출구로 채널을 따라 흐르는 동안 다공성 전극(122)으로 유입되므로 일부 유동이 다공성 전극(122)으로 유입되는 반면, 깍지형 유동 채널(221, 222)에서는 주입구가 형성된 제1 유동 채널(221)과 배출구가 형성된 제2 유동 채널(222)이 분리된 구조를 가지고 있으므로, 유동은 다공성 전극(122)을 통해서 제1 유동 채널(221)로부터 제2 유동 채널(222)로 전달되는 구조를 갖는다.Therefore, in the serpentine flow channel 210, while the flow flows from the inlet to the outlet of the flow channel 210 along the channel, it flows into the porous electrode 122, so some of the flow flows into the porous electrode 122, whereas the interdigitated flow channel In (221, 222), since the first flow channel 221 with the inlet and the second flow channel 222 with the outlet have a separate structure, the flow passes through the porous electrode 122 to the first flow channel 221. ) to the second flow channel 222 has a structure.

도 5는 본 발명의 흐름 전지 시뮬레이션 개념을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining the flow battery simulation concept of the present invention.

도 5는 도 3의 (a)에 도시된 다공성 전극(122) 상에 사형 유동 채널(210)이 형성된 경우의 유동 해석을 위한 시뮬레이션 기법을 나타낸다. 그리고 도 5에서 (a)와 (b)는 기존의 CFD 시뮬레이션 기법에서의 유동 해석 방식의 일 예을 나타내고, (c) 및 (d)는 본 실시예에 따른 시뮬레이션 기법에서의 유동 해석 방식의 일 예을 나타낸다.FIG. 5 shows a simulation technique for flow analysis in the case where a serpentine flow channel 210 is formed on the porous electrode 122 shown in FIG. 3 (a). In FIG. 5, (a) and (b) show an example of a flow analysis method in the existing CFD simulation technique, and (c) and (d) show an example of a flow analysis method in the simulation technique according to the present embodiment. indicate

(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 기존의 CFD 시뮬레이션 기법에서는 유동 채널(210)의 구조와 다공성 전극(122)의 구조에 따라 유동의 경로에 각 영역에 수많은 개수(예를 들면 10만개 이상)의 격자를 설정하고, 설정된 격자 각각에서의 유동 상태를 계산하는 방식으로 수행되므로 계산 비용이 매우 높다. As shown in (a) and (b), in the conventional CFD simulation technique, according to the structure of the flow channel 210 and the porous electrode 122, a number of numbers (for example, 10 10,000 or more) grids are set and the flow state is calculated in each of the set grids, so the calculation cost is very high.

그에 반해 본 실시예에서는 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 유동 경로 상의 구조물인 유동 채널(210)과 다공성 전극(122) 각각을 유동의 장애 요소인 저항으로 모델링하여 다층 유체동역학 네트워크 모델을 생성하여 해석한다. 즉 물리적으로 서로 다른 유동 특성이 나타나는 유동 채널(210)과 다공성 전극(122)을 서로 다른 층으로 구분하고, 구분된 각 층을 노드(nd)로 지정된 위치에 따라 다수의 영역으로 분리한 후, 분리된 각 영역을 인접한 노드(nd)들 사이에 연결된 저항으로 모델링하여 유동 상태 해석을 수행한다. 따라서 본 실시예에 따른 시뮬레이션 기법에서는 (a) 및 (b)에 도시된 기존의 시뮬레이션 기법의 격자수에 비해 노드 수가 1/1000 수준으로 줄어들게 되어 계산량을 크게 줄일 수 있도록 한다.In contrast, in this embodiment, as shown in (c) and (d), each of the flow channel 210 and the porous electrode 122, which are structures on the flow path, are modeled as resistance, which is an obstacle to flow, to obtain a multilayer fluid dynamics network. Create and analyze models. That is, the flow channel 210 and the porous electrode 122, which have physically different flow characteristics, are divided into different layers, and each layer is divided into a plurality of regions according to locations designated as nodes (nd), Flow state analysis is performed by modeling each separated region as a resistance connected between adjacent nodes (nd). Therefore, in the simulation technique according to the present embodiment, the number of nodes is reduced to 1/1000 level compared to the number of grids of the existing simulation technique shown in (a) and (b), so that the amount of calculation can be greatly reduced.

도 6은 본 실시예에 따른 다층 유체동역학 네트워크 모델을 생성하는 방식을 나타내고, 도 7은 도 6의 다층 유체동역학 네트워크 모델의 유동 해석을 위해 설정되는 노드 위치를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 shows a method of generating a multilayer fluid dynamics network model according to the present embodiment, and FIG. 7 is a diagram for explaining node locations set for flow analysis of the multilayer fluid dynamics network model of FIG. 6 .

도 6의 (a)와 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 다층 유체동역학 네트워크 모델을 생성하기 위해서는 우선 유동 채널(210)이 위치하는 채널층과 다공성 전극(122)이 위치하는 전극층을 구분한다. 이는 유동 채널(210)과 다공성 전극(122)에서의 유동 특성이 서로 매우 상이하게 나타나기 때문이다. 구분된 채널층과 전극층은 채널층의 중심과 전극층의 중심을 기준으로 내부 길이(Linter)만큼 이격된 것으로 볼 수 있다. 즉 내부 길이(Linter)는 채널층의 중심과 전극층의 중심 사이의 간격을 나타낸다.Referring to (a) and (b) of FIG. 6 , in order to generate a multilayer fluid dynamics network model according to the present embodiment, first, a channel layer in which the flow channel 210 is located and an electrode layer in which the porous electrode 122 is located distinguish This is because flow characteristics in the flow channel 210 and the porous electrode 122 are very different from each other. The separated channel layer and the electrode layer can be seen as being spaced apart by an internal length (L inter ) based on the center of the channel layer and the center of the electrode layer. That is, the inner length (L inter ) represents the distance between the center of the channel layer and the center of the electrode layer.

그리고 채널층에서는 유동 채널을 형성된 패턴에 따라 다수의 영역으로 구분한다. 이때 채널층에서는 기지정된 패턴으로 형성된 유동 채널(210)의 벤딩(bending) 위치 또는 분기 위치를 기준으로 구분할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 기지정된 패턴으로 형성되는 유동 채널(210, 221, 222)은 "ㄷ"자형 또는 "ㄱ"자형으로 벤딩되거나 "ㅜ"자형으로 분기될 수 있으며, 이로 인해, 유동 채널(210, 221, 222)의 일부 구간이 서로 인접하여 평행하게 배치될 수 있다. 즉 유동 채널(210, 221, 222)은 다수의 벤딩 위치 또는 분기 위치를 중심으로 다수의 상대적으로 긴 길이의 구간과 짧은 길이 구간으로 구분될 수 있다.In the channel layer, the flow channel is divided into a plurality of regions according to the pattern formed thereon. In this case, the channel layer may be classified based on a bending position or branching position of the flow channel 210 formed in a predetermined pattern. As shown in FIGS. 3 and 4, the flow channels 210, 221, and 222 formed in a predetermined pattern may be bent in a “c” shape or a “c” shape or branched in a “TT” shape. Due to this, some sections of the flow channels 210, 221, and 222 may be disposed adjacent to each other and parallel to each other. That is, the flow channels 210, 221, and 222 may be divided into a plurality of relatively long-length sections and short-length sections centered on a plurality of bending positions or branching positions.

그리고 유동 채널(210, 221, 222)의 구분된 긴 구간을 기지정된 단위 길이로 구분할 수 있다. 여기서 긴 구간을 구분하는 단위 길이를 채널 길이(Lch)라 하며, 채널 길이(Lch)는 사용자에 의해 미리 지정될 수 있다.Further, the divided long sections of the flow channels 210, 221, and 222 may be divided into predetermined unit lengths. Here, the unit length dividing the long interval is referred to as a channel length (L ch ), and the channel length (L ch ) may be pre-specified by a user.

한편, 전극층은 채널 길이(Lch)와 함께 벤딩된 패턴의 유동 채널(210, 221, 222)에 의해 평행하게 배치되는 채널 영역에서 서로 인접한 채널 영역의 중심 사이의 간격을 기반으로 미리 설정되는 전극 길이(Lp)에 따라 영역이 구분될 수 있다. 일 예로 도 3의 (a)와 같이 사형 유동 채널(210)에서는 인접한 채널 영역이 동일한 유동 채널의 구성이므로, 전극 길이(Lp)는 벤딩된 유동 채널의 짧은 구간에 대응할 수 있다. 반면, 2개의 유동 채널(221, 222)이 서로 맞물리는 구조의 깍지형 유동 채널(221, 222)에서는 인접한 채널 영역이 상대 유동 채널의 영역이므로 전극 길이(Lp)는 서로 다른 유동 채널(221, 222)에서 인접한 채널 영역 사이의 간격에 대응할 수 있다.On the other hand, the electrode layer is preset based on the channel length (L ch ) and the distance between the centers of the channel regions adjacent to each other in the channel region disposed in parallel by the bent pattern flow channels 210, 221, and 222. Areas may be divided according to the length (L p ). For example, as shown in (a) of FIG. 3 , since the adjacent channel regions of the serpentine flow channel 210 constitute the same flow channel, the electrode length L p may correspond to a short section of the bent flow channel. On the other hand, in the interdigitated flow channels 221 and 222 in which the two flow channels 221 and 222 are interdigitated, the electrode length L p is different from each other because the adjacent channel area is the area of the relative flow channel. , 222) may correspond to the spacing between adjacent channel regions.

이때 이후 계산의 용의성을 위하여 유동 채널(210, 221, 222)의 긴 구간이 채널 길이(Lch)의 정수배가 되도록 채널 길이(Lch)가 설정되는 것이 바람직하며, 유사하게 인접한 채널 영역 사이의 간격이 전극 길이(Lp)의 정수배가 되도록 전극 길이(Lp)가 설정되는 것이 바람하지만 이에 한정되지 않는다.At this time, for ease of calculation later, it is preferable to set the channel length (L ch ) such that the long section of the flow channels (210, 221, 222) is an integer multiple of the channel length (L ch ), similarly between adjacent channel regions It is desirable that the electrode length (L p ) be set so that the interval of the electrode length (L p ) is an integer multiple, but is not limited thereto.

도 6에서는 일 예로 인접한 채널 영역 사이의 간격이 전극 길이(Lp)의 2배, 즉 전극 길이(Lp)가 인접한 채널 영역 사이의 간격의 1/2가 되도록 설정된 경우를 도시하였다.FIG. 6 illustrates, for example, a case in which the distance between adjacent channel regions is set to be twice the length of the electrode (L p ), that is, the distance between the electrode lengths (L p ) is 1/2 of the distance between the adjacent channel regions.

상기한 바와 같이, 채널층과 전극층의 각 영역이 구분되면 채널층의 중심과 전극층의 중심에서 채널 길이(Lch)와 전극 길이(Lp)로 구분되는 위치 각각을 노드(nd)로 설정하고, 각 노드(nd) 사이의 영역을 흐름을 방해하는 저항 성분으로 모델링할 수 있다. 그리고 본 발명에서는 기존의 격자를 대체하여 노드(nd)를 설정하고, 설정된 노드(nd)를 기준으로 유동 상태를 계산한다.As described above, when each area of the channel layer and the electrode layer is divided, each position divided by the channel length (L ch ) and the electrode length (L p ) from the center of the channel layer and the center of the electrode layer is set as a node (nd), , the region between each node nd can be modeled as a resistance component that obstructs the flow. In the present invention, a node (nd) is set by replacing the existing grid, and a flow state is calculated based on the set node (nd).

도 6 및 도 7에서 Qch 와 Qp 및 Qinter 은 노드로 구분되어 모델링된 각 구역의 유량을 나타내고, tf 와 tp 는 각각 채널층인 유동 채널(210, 211, 212)과 전극층인 다공성 전극(122, 123)의 두께를 나타내며, Wch 와 Wr 은 각각 유동 채널(210, 211, 212)의 폭과 인접한 채널 영역 사이의 립 간격을 나타낸다. 여기서 전극 길이(Lp)는 인접한 채널 영역의 중심을 기준으로 분할 설정된 거리를 나타내는 반면, Wr 은 인접한 채널 영역에서 서로 인접한 측면 사이의 거리를 나타낸다. 다만 유동 채널(210, 211, 212)의 폭이 Wch 이므로, 유동 채널의 중심에 위치하는 노드(nd)로부터 채널의 측면까지의 거리는 Wch/2가 되어야 하지만, 본 발명에서는 유동 특성을 고려하여 유동 채널의 물리적 폭(Wch)에 무관하게 노드(nd)로부터 유동 채널의 측면까지의 거리가 Wch/4 인 것으로 정의한다.In FIGS. 6 and 7, Q ch , Q p, and Q inter represent the flow rates of each modeled zone divided into nodes, and t f and t p are flow channels 210, 211, and 212, which are channel layers, and electrode layers, respectively. Denotes the thickness of the porous electrodes 122 and 123, W ch and W r denote the width of the flow channels 210, 211 and 212 and the rib spacing between adjacent channel regions, respectively. Here, the electrode length (L p ) represents a distance divided and set based on the center of the adjacent channel region, while W r represents the distance between adjacent sides of the adjacent channel region. However, since the width of the flow channels 210, 211, and 212 is W ch , the distance from the node nd located at the center of the flow channel to the side of the channel should be W ch /2, but in the present invention, considering the flow characteristics Therefore, the distance from the node nd to the side of the flow channel is defined as W ch /4 regardless of the physical width (W ch ) of the flow channel.

도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 기존의 시뮬레이션 기법에서는 유동의 해석을 위해 유동 상태 변화에 비례하는 밀도로 매우 많은 격자를 설정하고, 각 격자에서의 유동 상태를 해석하였다. 그러나 실질적으로 유동 상태 해석은 흐름 전지 운용을 위해 전해질의 순환량을 조절하기 위해 이용되므로, 유동 채널(210, 211, 212)과 다공성 전극(122, 123)의 모든 위치에서의 유동 상태를 분석하는 것은 매우 비효율적이다. 이에 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 위치별로 서로 다른 상태를 갖는 유동을 유동의 전달 경로를 고려하여 기지정된 간격 단위로 설정되는 노드(nd)를 중심으로 유동의 입출력과 유동의 흐름을 방해하는 저항으로 구성된 유체 동역학 네트워크 모델로 모델링하여 각 노드(nd)에서의 유량과 압력 강하를 해석하도록 함으로써 유동 해석의 계산을 간략화한다.As shown in (a) and (b) of FIG. 5 , in the existing simulation technique, a lot of grids are set with a density proportional to the flow state change for flow analysis, and the flow state in each grid is analyzed. However, since the flow state analysis is actually used to control the circulation amount of the electrolyte for the operation of the flow battery, analyzing the flow state at all positions of the flow channels 210, 211, and 212 and the porous electrodes 122 and 123 is Very inefficient. Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 7, the input and output of the flow and the flow of the flow are interrupted around the node (nd) set at predetermined intervals in consideration of the flow transfer path for the flow having different states for each location. The calculation of the flow analysis is simplified by modeling the fluid dynamics network model composed of the resistance to analyze the flow rate and pressure drop at each node (nd).

이때, 전해질의 유동은 이상적으로 노드 사이로만 이동한다고 가정하며, 또한 층류(laminar flow), 비압축(incompressible flow) 및 정상 상태(steady state) 유동인 것으로 가정하여 해석한다.At this time, it is assumed that the flow of electrolyte ideally moves only between nodes, and it is analyzed by assuming that it is laminar flow, incompressible flow, and steady state flow.

도 8은 생성된 다층 유체 동역학 네트워크 모델의 일 예를 나타낸다.8 shows an example of the generated multilayer fluid dynamics network model.

도 8에서 (a)는 전극층에 대한 네트워크 모델을 나타내고, (b)는 채널 영역의 네트워크 모델을 나타내며, (c)는 다층 유체 동역학 네트워크 모델의 특정 노드(nd)에서의 유동 해석을 설명하기 위한 도면이다.In FIG. 8, (a) shows a network model for the electrode layer, (b) shows a network model for the channel region, and (c) is for explaining the flow analysis at a specific node (nd) of the multilayer fluid dynamics network model. it is a drawing

도 6 내지 도 8을 참조하면, 우선 내부 길이(Linter)와 전극 길이(Lp)는 각각 수학식 1 및 2에 따라 계산될 수 있다.Referring to FIGS. 6 to 8 , first, the internal length (L inter ) and the electrode length (L p ) may be calculated according to Equations 1 and 2, respectively.

Figure 112021018765587-pat00002
Figure 112021018765587-pat00002

Figure 112021018765587-pat00003
Figure 112021018765587-pat00003

여기서 인접한 채널 영역 사이의 간격의 1/2가 되도록 설정된 전극 길이(Lp)가 (Wch + Wr)/2 가 아니라 수학식 2와 같이 계산되는 것은 상기한 바와 같이, 노드(nd)로부터 채널의 측면까지의 거리가 Wch/4 인 것으로 정의하였기 때문이다.Here, the electrode length (L p ) set to be 1/2 of the interval between adjacent channel regions is calculated as in Equation 2 instead of (W ch + W r )/2, as described above, from the node (nd) This is because the distance to the side of the channel is defined as W ch /4.

그리고 채널 길이(Lch)는 기지정된 단위 채널 길이로 사용자에 의해 미리 지정된다.And, the channel length (L ch ) is pre-specified by the user as a predetermined unit channel length.

유동 채널(210, 211, 212)에서 발생하는 유동의 채널 압력 강하(ΔPch)는 마찰에 의해 발생하는 마찰 손실(frictional loss)(ΔPf)과 유동 채널(210, 211, 212)의 벤딩 등의 구조에 의한 부손실(minor loss)(ΔPminor) 요인에 의해 결정되므로 수학식 3으로 계산될 수 있다.The channel pressure drop (ΔP ch ) of the flow occurring in the flow channels (210, 211, 212) is the frictional loss (ΔP f ) caused by friction and the bending of the flow channels (210, 211, 212), etc. Since it is determined by the minor loss (ΔP minor ) factor due to the structure of Equation 3, it can be calculated.

Figure 112021018765587-pat00004
Figure 112021018765587-pat00004

여기서 ΔPf 는 마찰 손실에 의한 압력 강하를 나타내고, ΔPminor 는 부손실에 의한 압력 강하를 나타낸다.Here, ΔP f represents the pressure drop due to friction loss, and ΔP minor represents the pressure drop due to negative loss.

수학식 3에서 마찰 손실에 의한 압력 강하(ΔPf)는 달시-바이스바하(Darcy-Weisbach) 식에 따라 수학식 4로 계산될 수 있다.In Equation 3, the pressure drop due to friction loss (ΔP f ) can be calculated by Equation 4 according to the Darcy-Weisbach equation.

Figure 112021018765587-pat00005
Figure 112021018765587-pat00005

여기서 ρ 는 전해질 밀도, f 는 패닝 마찰 계수(Fanning friction factor)를 의미하며, Qf 는 채널영역에서의 유량, Lch, Ach 및 Dh,ch 는 각각 단위 채널 길이, 채널 단면적 그리고 유동 채널의 유압 직경(hydraulic diameter of the flow channel)을 의미한다.where ρ is the electrolyte density, f is the Fanning friction factor, Q f is the flow rate in the channel area, L ch , A ch and D h,ch are the unit channel length, channel cross-section area and flow channel, respectively. means the hydraulic diameter of the flow channel.

그리고 유압 직경(Dh,ch)은 수학식 5에 따라 계산되고, 패닝 마찰 계수(f)는 수학식 6에 따라 계산된다.And the hydraulic diameter (D h,ch ) is calculated according to Equation 5, and the panning friction coefficient (f) is calculated according to Equation 6.

Figure 112021018765587-pat00006
Figure 112021018765587-pat00006

Figure 112021018765587-pat00007
Figure 112021018765587-pat00007

여기서 a는 채널 폭과 깊이의 종횡비(aspect ratio)이고, Re는 레이놀즈 수(Reynolds number)이다.Here, a is the aspect ratio of the channel width and depth, and Re is the Reynolds number.

한편 부손실에 의한 압력 강하는 유동 채널의 벤딩 구조에 따라 수학식 7로 계산된다.Meanwhile, the pressure drop due to negative loss is calculated by Equation 7 according to the bending structure of the flow channel.

Figure 112021018765587-pat00008
Figure 112021018765587-pat00008

여기서 Kb는 벤딩 손실(bend loss)로서 레이놀즈 수(Re)에 의해 수학식 8과 같이 결정될 수 있다.Here, K b is a bend loss and may be determined as shown in Equation 8 by the Reynolds number (Re).

Figure 112021018765587-pat00009
Figure 112021018765587-pat00009

여기서 Ls는 스페이서 길이(spacer length)를 나타낸다.Here, L s represents the spacer length.

한편 전극층에서의 다공성 전극에 의한 전극 압력 강하(ΔPp)는 폴히하이머에 의해 수정된 달시의 법칙(correct Darcy's law by Forchheimer)에 의해 수학식 9로 계산된다.Meanwhile, the electrode pressure drop due to the porous electrode in the electrode layer (ΔP p ) is calculated by Equation 9 according to Darcy's law corrected by Forchheimer.

Figure 112021018765587-pat00010
Figure 112021018765587-pat00010

여기서 μ는 전해질의 점도, κ는 다공성 전극의 투과성(permeability), Qp 및 Ap 는 각각 다공성 전극에서의 유량과 단면적을 나타내고, β 폴히하이머 계수를 나타낸다.where μ is the viscosity of the electrolyte, κ is the permeability of the porous electrode, Q p and A p represent the flow rate and cross-sectional area in the porous electrode, respectively, and β represents the Polchheimer coefficient.

수학식 9의 폴히하이머 계수(β)는 수학식 10에 따라 획득될 수 있다.The Folchheimer coefficient (β) of Equation 9 can be obtained according to Equation 10.

Figure 112021018765587-pat00011
Figure 112021018765587-pat00011

여기서 ε는 다공성 전극의 공극률(porosity)을 나타낸다.Here, ε represents the porosity of the porous electrode.

또한 채널층과 전극층 사이의 영역에서 발생하는 내부 압력 강하(ΔPinter)는 유동이 유동 채널과 다공성 전극을 모두 흐르기 때문에 해당 길이에 대한 주손실(major loss)로 수학식 11로 계산된다.In addition, the internal pressure drop (ΔP inter ) occurring in the region between the channel layer and the electrode layer is calculated by Equation 11 as a major loss for the corresponding length because the flow flows through both the flow channel and the porous electrode.

Figure 112021018765587-pat00012
Figure 112021018765587-pat00012

그리고 도 8의 (c)를 참조하면, 생성된 네트워크 모델에서 각 노드(nd)에서는 유입되는 유량(Q'p, Q"p)과 유출되는 유량(Qinter, Qp, Q"'p)이 수학식 12에 따른 질량 보존 방정식을 만족해야 한다.And referring to (c) of FIG. 8, in the generated network model, each node (nd) has an inflow flow rate (Q' p , Q" p ) and an outflow flow rate (Q inter , Q p , Q"' p ) The mass conservation equation according to Equation 12 must be satisfied.

Figure 112021018765587-pat00013
Figure 112021018765587-pat00013

도 8의 (c)에서는 전극층에 위치하는 노드를 도시하였으나, 채널층에 위치하는 노드 또한 동일하게 질량 보존 방정식을 만족해야 한다.In (c) of FIG. 8, nodes located in the electrode layer are shown, but nodes located in the channel layer must also satisfy the mass conservation equation.

한편 도 8의 (a)와 (b)에 나타난 바와 같이, 생성된 네트워크 모델에서 4개의 노드가 연결되어 구성되는 폐루프 각각은 수학식 14의 에너지 보존 방정식을 만족해야 한다.Meanwhile, as shown in (a) and (b) of FIG. 8 , each closed loop formed by connecting four nodes in the generated network model must satisfy the energy conservation equation of Equation 14.

Figure 112021018765587-pat00014
Figure 112021018765587-pat00014

여기서 θ는 유동 방향(시계 방향은 1, 반시계 방향은 -1), j는 폐루프 식별자이고, i는 폐루프에서 저항 식별자를 나타낸다.Here, θ is the flow direction (clockwise is 1, counterclockwise is -1), j is the closed loop identifier, and i represents the resistance identifier in the closed loop.

생성된 다층 유체 동역학 네트워크 모델은 다수의 노드로 구성되는 다수의 폐루프의 집합이므로, 네트워크 모델 내의 모든 노드와 모든 폐루프는 수학식 13의 질량 보존 방정식과 수학식 14의 에너지 보존 방정식을 만족해야 한다. 이에 각 노드와 각 폐루프에서 질량 보존 방정식과 에너지 보존 방정식을 만족하도록 하디 크로스(Hardy-Cross) 기법을 이용하여 수학식 15와 같이 반복 계산한다.Since the generated multilayer fluid dynamics network model is a set of a plurality of closed loops composed of a plurality of nodes, all nodes and all closed loops in the network model must satisfy the conservation of mass equation of Equation 13 and the conservation of energy equation of Equation 14. do. Therefore, iterative calculation is performed as shown in Equation 15 using the Hardy-Cross technique to satisfy the conservation of mass equation and the conservation of energy equation at each node and each closed loop.

Figure 112021018765587-pat00015
Figure 112021018765587-pat00015

여기서 ΔQj 는 j번째 루프에서의 유량 변화를 나타내고, n은 반복 계산 횟수를 나타낸다.Here, ΔQ j represents the flow rate change in the j-th loop, and n represents the number of iterations.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 장치의 개략적 구성을 나타낸다.9 shows a schematic configuration of a flow battery simulation device according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 장치는 네트워크 모델 생성부(310)와 네트워크 해석부(320)를 포함할 수 있다. 네트워크 모델 생성부(310)는 흐름 전지에서 전해질이 전달되는 유동 경로에 따른 유로 구조로부터 다층 유체 동역학 네트워크 모델을 기지정된 방식에 따라 생성한다. 네트워크 모델 생성부(310)는 유로 구조 획득부(311), 유동 경로 분해부(312) 및 네트워크 모델 획득부(313)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the flow battery simulation device according to the present embodiment may include a network model generation unit 310 and a network analysis unit 320. The network model generation unit 310 generates a multi-layer fluid dynamics network model according to a predetermined method from a flow path structure along a flow path through which electrolyte is delivered in a flow battery. The network model generator 310 may include a flow path structure acquisition unit 311 , a flow path decomposition unit 312 and a network model acquisition unit 313 .

유로 구조 획득부(311)는 해석되어야 하는 흐름 전지에서 전해질(또는 활물질)이 전달되는 유동 경로에 따른 유로 구조를 획득한다. 여기서 유로 구조에는 다공성 전극(122, 123)의 크기와 유동 채널(210, 212, 222)의 종류 및 형성 패턴 등이 포함된다.The flow path structure acquisition unit 311 acquires a flow path structure along a flow path through which an electrolyte (or active material) is delivered in a flow battery to be analyzed. Here, the flow path structure includes the size of the porous electrodes 122 and 123 and the types and formation patterns of the flow channels 210, 212 and 222.

유로 구조 획득부(311)에서 유로 구조가 확인되면, 유동 경로 분해부(312)는 확인된 유로 구조로부터 다공성 전극(122, 123)과 유동 채널(210, 212, 222)의 구조를 확인하고 기지정된 방식으로 분해한다. 특히 유동 채널(210, 212, 222)이 형성된 패턴에 따라 유동 채널(210, 212, 222)과 다공성 전극(122, 123)을 다수의 영역으로 분해할 수 있다.When the flow path structure is confirmed by the flow path structure acquisition unit 311, the flow path decomposition unit 312 confirms the structures of the porous electrodes 122 and 123 and the flow channels 210, 212 and 222 from the identified flow path structure, and Disassemble in the specified way. In particular, the flow channels 210, 212, and 222 and the porous electrodes 122 and 123 may be divided into a plurality of regions according to the patterns in which the flow channels 210, 212, and 222 are formed.

여기서는 도 3에 도시된 바와 같이, 스택의 전지 셀이 다공성 전극(122, 123)의 일면 상에 유동 채널(210, 212, 222)이 밀착되어 형성되어 전해질이 유동 채널(210, 212, 222)과 다공성 전극(122, 123)을 경유하는 것으로 가정한다. 따라서 유동 경로 분해부(312)는 전지 셀에서 유동 채널(210, 212, 222)과 다공성 전극(122, 123)을 분해한다. 유동 경로 분해부(312)는 우선 유동 채널(210, 212, 222)을 형성된 패턴의 벤딩 위치를 기준으로 분해하고, 분해된 패턴에서 긴 구간을 미리 지정된 채널 길이(Lch)에 따라 다시 구분한다. 그리고 다공성 전극(122, 123)을 채널 길이(Lch)와 함께 유동 채널(210, 212, 222)의 분해된 패턴에서 짧은 구간의 길이를 기반으로 지정되는 전극 길이(Lp)에 따라 다수의 사각형 영역으로 구분한다. 여기서 전극 길이(Lp)는 실제 유동 채널(210, 212, 222)의 단면적 구조에 무관하게 수학식 2와 같이 획득될 수 있다.Here, as shown in FIG. 3, the flow channels 210, 212, and 222 are formed by closely contacting one surface of the porous electrodes 122 and 123 in the battery cell of the stack, so that the electrolyte flows through the flow channels 210, 212, and 222. It is assumed to pass through the porous electrodes 122 and 123. Accordingly, the flow path disassembly unit 312 disassembles the flow channels 210, 212, and 222 and the porous electrodes 122 and 123 in the battery cell. The flow path decomposition unit 312 first decomposes the flow channels 210, 212, and 222 based on the bending position of the formed pattern, and divides a long section in the decomposed pattern according to a predetermined channel length (L ch ). . And the porous electrodes (122, 123) along with the channel length (L ch ) in the decomposed pattern of the flow channel (210, 212, 222) a number of according to the electrode length (L p ) specified based on the length of the short section divided into rectangular areas. Here, the electrode length (L p ) can be obtained as in Equation 2 regardless of the cross-sectional structure of the actual flow channels 210, 212, and 222.

유동 경로 분해부(312)에 의해 유동 경로의 유동 채널(210, 212, 222)과 다공성 전극(122, 123)이 분해되면, 유동 채널(210, 212, 222)과 다공성 전극(122, 123) 각각에서 분해되는 위치 각각 노드(nd)로 설정하고, 설정된 다수의 노드(nd)는 대응하는 영역에서 유동을 방해하는 저항으로 연결되도록 설정하여 네트워크 모델을 생성한다. 이때, 유동 채널(210, 212, 222)에서 설정된 노드들은 도 5의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 유동 채널이 형성된 패턴에 따라 저항으로 연결되고, 다공성 전극(122, 123)에서 설정된 노드들은 인접한 노드들에 저항으로 연결된다.When the flow channels 210, 212, and 222 and the porous electrodes 122 and 123 of the flow path are disassembled by the flow path decomposition unit 312, the flow channels 210, 212, and 222 and the porous electrodes 122 and 123 Each decomposed position is set as a node (nd), and a plurality of set nodes (nd) are set to be connected by resistance that hinders the flow in the corresponding area to create a network model. At this time, the nodes set in the flow channels 210, 212, and 222 are connected with resistance according to the pattern in which the flow channels are formed, as shown in (c) and (d) of FIG. 5, and the porous electrodes 122 and 123 Nodes set in are connected to adjacent nodes by resistance.

또한 유동 채널(210, 212, 222)에서 설정되는 다수의 노드(nd)와 다공성 전극(122, 123)에서 설정되는 대응하는 노드(nd) 사이의 영역 또한 내부 저항으로 연결되도록 설정된다.In addition, regions between a plurality of nodes nd set in the flow channels 210, 212, and 222 and corresponding nodes nd set in the porous electrodes 122 and 123 are also set to be connected by internal resistance.

여기서 네트워크 모델은 스택 내의 유동 경로에 대한 유체 동역학을 해석하기 위한 유체 동역학 네트워크 모델로 볼 수 있으며, 서로 다른 유동 특성을 갖는 유동 채널(210, 212, 222)과 다공성 전극(122, 123)이 서로 다른 층으로 구분되도록 생성되므로 다층 유체 동역학 네트워크 모델이라 할 수 있다.Here, the network model can be viewed as a fluid dynamics network model for analyzing the fluid dynamics of the flow path in the stack. Since it is created to be divided into different layers, it can be called a multi-layer fluid dynamics network model.

네트워크 해석부(320)는 네트워크 모델 생성부(310)에서 획득된 다층 유체 동역학 네트워크 모델을 기반으로 다수의 노드 각각 각각이 유량에 기초한 질량 보존 법칙을 만족하고, 다수의 폐루프 각각이 압력 강하에 기초한 에너지 보존 법칙을 만족하도록 반복 계산함으로써, 유동 경로 상에서 구분된 영역별로 전해질의 유량과 압력을 해석한다.Based on the multilayer fluid dynamics network model obtained by the network model generation unit 310, the network analyzer 320 satisfies the mass conservation law based on the flow rate of each of the plurality of nodes, and each of the plurality of closed loops is dependent on the pressure drop. The flow rate and pressure of the electrolyte are analyzed for each region divided on the flow path by iteratively calculating to satisfy the energy conservation law.

즉 네트워크 해석부(320)는 획득된 다층 유체 동역학 네트워크 모델에서 각 노드에 유입되는 유량과 유출되는 유량이 수학식 13과 같이 질량 보존 방정식을 만족해야 하고, 인접한 4개의 노드 사이를 잇는 저항으로 형성되는 다수의 폐루프 각각에서는 압력 강하가 수학식 14와 같이 에너지 보존 방정식을 만족해야 하는 점에 기초하여, 각 노드와 폐루프의 유량과 압력 강하를 수학식 15의 하디크로스 기법을 이용하여 반복 계산한다.That is, the network analyzer 320 requires that the flow rate flowing into and out of each node in the obtained multilayer fluid dynamics network model satisfy the mass conservation equation as shown in Equation 13, and is formed as a resistance connecting between four adjacent nodes. Based on the fact that the pressure drop must satisfy the energy conservation equation as shown in Equation 14 in each of the plurality of closed loops that are do.

여기서 반복 계산은 획득된 다층 유체 동역학 네트워크 모델의 모든 노드가 질량 보존 방정식을 만족하고, 모든 폐루프는 에너지 보존 방정식을 만족할 때까지 이전 계산된 폐루프의 유량과 압력을 인접한 폐루프의 유량과 압력과 계산에 반영하는 업데이트하는 방식으로 수행될 수 있다.Here, the iterative calculation is performed by converting the flow rate and pressure of the previously calculated closed loop to the flow rate and pressure of the adjacent closed loop until all nodes of the obtained multilayer fluid dynamics network model satisfy the conservation equation of mass and all closed loops satisfy the conservation equation of energy. And it can be performed in a way of updating to reflect in the calculation.

도 10 내지 도 12는 본 발명예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 장치의 해석 성능을 나타낸다.10 to 12 show the analysis performance of the flow battery simulation device according to the present invention.

도 10 및 도 11은 각각 사형 유동 채널과 깍지형 유동 채널이 형성된 경우의 내부 압력과 내부 유속에 대한 해석 결과를 나타내며, 도 10 및 도 11에서 (a)는 위치별 내부 압력 강하를 분석한 결과를 나타내고, (b)는 위치별 유속을 분석한 결과를 나타낸다. 또한 도 10 및 도 11의 (a) 및 (b)에서 왼쪽은 기존의 격자 기반 시뮬레이션 기법(여기서는 일 예로 COMSOL)에 따라 획득된 분석 결과를 나타내고, 오른쪽은 본 실시예에 따른 노드 기반 시뮬레이션 기법에 따라 획득된 분석 결과를 나타낸다. 그리고 도 12는 사형 유동 채널과 깍지형 유동 채널이 형성된 경우, 입력 유속에 따른 압력 강하를 계산한 결과를 나타낸다.10 and 11 show analysis results for the internal pressure and internal flow velocity in the case where a serpentine flow channel and an interdigitated flow channel are formed, respectively. , and (b) shows the result of analyzing the flow rate for each location. In addition, in (a) and (b) of FIGS. 10 and 11, the left side shows the analysis result obtained according to the existing grid-based simulation technique (here, COMSOL as an example), and the right side shows the node-based simulation technique according to this embodiment. The analysis results obtained according to the following are shown. And FIG. 12 shows the result of calculating the pressure drop according to the input flow rate when the serpentine flow channel and the interdigitated flow channel are formed.

한편 표 1은 기존의 격자 기반 시뮬레이션 기법(COMSOL)과 본 실시예에 따른 노드 기반 시뮬레이션 기법에 따라 유동 경로 내부를 따라 전송되는 전해질의 평균 유속을 계산한 결과를 나타낸다.Meanwhile, Table 1 shows the result of calculating the average flow velocity of the electrolyte transported along the inside of the flow path according to the conventional grid-based simulation technique (COMSOL) and the node-based simulation technique according to the present embodiment.

Figure 112021018765587-pat00016
Figure 112021018765587-pat00016

도 10 내지 도 12 및 표 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 시뮬레이션 장치는 무수히 많은 개수(일반적으로 10만개 단위)의 격자를 이용하여 높은 계산 비용으로 계산해야 하는 기존의 시뮬레이션 기법에 비해, 매우 적은 개수(100개 단위)의 노드를 이용함에 따라 낮은 계산 비용으로 계산을 수행함에도 낮은 계산 오차(대략 10%)를 갖는 것을 알 수 있다. 이러한 오차 또한 실질적으로 본 실시예의 다층 유체 동역학 네트워크 모델이 적은 수의 노드를 기반으로 설정되어 각 영역에 대한 평균값으로 계산됨에 따른 오차로, 스택 내의 전체적인 유동 상태를 해석하는 경우, 무시할 수 있는 수준이다.As shown in FIGS. 10 to 12 and Table 1, the simulation device according to the present embodiment uses an infinite number of grids (typically 100,000 units) compared to conventional simulation techniques that must be calculated at high computational cost, As it uses a very small number of nodes (in units of 100), it can be seen that it has a low calculation error (approximately 10%) even though the calculation is performed at a low calculation cost. This error is actually an error due to the fact that the multilayer fluid dynamics network model of this embodiment is set based on a small number of nodes and calculated as the average value for each region, and is negligible when analyzing the overall flow state in the stack. .

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 전지 시뮬레이션 방법을 나타낸다.13 shows a flow battery simulation method according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 흐름 전지에서 전해질이 전달되는 유동 경로에 따른 유로 구조로부터 다층 유체 동역학 네트워크 모델을 생성하는 네트워크 모델 생성 단계(S10) 및 생성된 다층 유체 동역학 네트워크 모델을 기반으로 유동 경로 상의 유동 상태를 분석하는 네트워크 모델 해석 단계(S20)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 13, in the flow battery according to the present embodiment, a network model generation step (S10) of generating a multilayer fluid dynamics network model from a flow path structure along a flow path through which electrolyte is delivered, and based on the generated multilayer fluid dynamics network model It can be composed of a network model analysis step (S20) of analyzing the flow state on the flow path.

네트워크 모델 생성 단계(S10)에서는 우선 해석대상이 되는 흐름 전지에서 전해질(또는 활물질)이 전달되는 유동 경로에 따른 유로 구조를 획득한다(S11). 그리고 유로 구조가 확인되면, 유로 구조에서 서로 다른 유동 특성을 갖는 유동 채널(210, 212, 222)에 대응하는 채널층과 다공성 전극(122, 123)에 대응하는 전극층을 분리한다(S12). 그리고 분리된 채널층과 전극층 각각을 기지정된 방식으로 영역 구분한다(S13). 이때 채널층에서는 유동 채널(210, 212, 222)을 형성된 패턴의 벤딩 위치를 기준으로 분해하고, 분해된 패턴에서 긴 구간을 미리 지정된 채널 길이(Lch)에 따라 다시 구분할 수 있다. 그리고 전극층에서는 다공성 전극(122, 123)을 채널 길이(Lch)와 함께 유동 채널(210, 212, 222)의 분해된 패턴에서 짧은 구간의 길이를 기반으로 지정되는 전극 길이(Lp)에 따라 다수의 사각형 영역으로 구분할 수 있다.In the network model generation step (S10), first, a flow path structure according to a flow path through which an electrolyte (or active material) is delivered in a flow battery to be analyzed is obtained (S11). When the channel structure is confirmed, the channel layer corresponding to the flow channels 210, 212, and 222 having different flow characteristics and the electrode layer corresponding to the porous electrodes 122 and 123 are separated (S12). Then, each of the separated channel layer and the electrode layer is divided in a predetermined manner (S13). At this time, in the channel layer, the flow channels 210, 212, and 222 may be decomposed based on the bending position of the formed pattern, and a long section in the decomposed pattern may be divided again according to a predetermined channel length (L ch ). And in the electrode layer, the porous electrodes 122 and 123 are channel lengths (L ch ) along with the electrode lengths (L p ) specified based on the lengths of the short sections in the decomposed patterns of the flow channels (210, 212, 222). It can be divided into a number of rectangular areas.

채널층과 전극층의 영역이 구분되면, 유동 채널(210, 212, 222)과 다공성 전극(122, 123) 각각에서 분해되는 위치 각각 노드(nd)로 설정한다(S14). 그리고 설정된 노드(nd)들 중 서로 인접한 노드들을 유동을 방해하는 저항으로 연결하여 다층 유체 동역학 네트워크 모델을 생성한다(S15).When the regions of the channel layer and the electrode layer are separated, each decomposed position in the flow channels 210, 212, 222 and the porous electrodes 122, 123 is set as a node (nd) (S14). Then, nodes adjacent to each other among the set nodes nd are connected with a resistance that hinders the flow to create a multi-layer fluid dynamics network model (S15).

다층 유체 동역학 네트워크 모델이 생성되면, 네트워크 모델 해석 단계(S20)에서는 생성된 네트워크 모델의 각 노드를 중심으로 각 위치별 유량을 계산한다(S21). 그리고 계산된 유량을 기반으로 인접한 4개의 노드 사이를 잇는 저항으로 형성되는 다수의 폐루프에서 각 위치별 압력 강하를 계산한다(S22).When the multilayer fluid dynamics network model is created, in the network model analysis step (S20), the flow rate for each location is calculated centering on each node of the generated network model (S21). Then, based on the calculated flow rate, the pressure drop for each position is calculated in a plurality of closed loops formed by resistance connecting four adjacent nodes (S22).

이후 계산된 위치별 유량이 질량 보존 법칙을 만족하고 위치별 압력 강하가 에너지 보존 법칙을 만족하는지 판별하고, 만족하지 않으면, 계산된 위치별 압력 강하를 반영하여 각 위치별 유량을 다시 반복 계산한다(S21). 만일 계산된 위치별 유량이 질량 보존 법칙을 만족하고 위치별 압력 강하가 에너지 보존 법칙을 만족하면 각 네트워크 모델의 각 위치별 압력과 유량이 모두 해석되었으므로 계산을 종료한다(S24).Then, it is determined whether the calculated flow rate at each location satisfies the law of conservation of mass and the pressure drop at each location satisfies the law of conservation of energy. If not, the flow rate at each location is repeatedly calculated by reflecting the calculated pressure drop at each location ( S21). If the calculated flow rate at each location satisfies the law of conservation of mass and the pressure drop at each location satisfies the law of conservation of energy, the calculation is terminated since both the pressure and flow rate at each location of each network model have been analyzed (S24).

상기에서는 설명의 편의를 위하여 스택이 하나의 전지 셀을 포함하는 경우를 가정하여 설명하였으나, 스택이 다수의 전지 셀을 포함하는 경우, 시뮬레이션 장치 및 방법은 각 전지 셀을 구분하여 다층 유체 동역학 네트워크 모델을 생성하고 생성된 다층 유체 동역학 네트워크 모델을 해석하도록 구성될 수 있다.In the above, for convenience of explanation, the case where the stack includes one battery cell is assumed, but when the stack includes a plurality of battery cells, the simulation apparatus and method classify each battery cell and model a multi-layer fluid dynamics network. It can be configured to generate and interpret the generated multi-layer fluid dynamics network model.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention may be implemented as a computer program stored in a medium for execution on a computer. Here, computer readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and may also include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, including read-only memory (ROM) dedicated memory), random access memory (RAM), compact disk (CD)-ROM, digital video disk (DVD)-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

111, 112: 전해질 탱크 113, 114: 펌프
121: 이온 교환막 122, 123: 다공성 전극
124, 125: 제1 및 제2 전극 130: 부하/전원부
126, 127: 유동 채널 210: 사형 유동 채널
221, 222: 깍지형 유동 채널 310: 네트워크 모델 생성부
311: 유로 구조 획득부 312: 유동 경로 분해부
313: 네트워크 모델 획득부 320: 네트워크 해석부
111, 112: electrolyte tank 113, 114: pump
121: ion exchange membrane 122, 123: porous electrode
124, 125: first and second electrodes 130: load/power unit
126, 127: flow channel 210: serpentine flow channel
221, 222: Interpod type flow channel 310: Network model generation unit
311: flow path structure acquisition unit 312: flow path decomposition unit
313: network model acquisition unit 320: network analysis unit

Claims (19)

흐름 전지 내에서 다공성 전극과 상기 다공성 전극의 일 면상에 기지정된 패턴으로 구현되어 인가된 전해질을 상기 다공성 전극으로 공급하는 유동 채널에 의해 형성되어 전해질이 전달되는 유동 경로의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 상기 다공성 전극과 상기 유동 채널 각각을 기지정된 거리 간격을 갖는 다수의 노드를 기준으로 구분하며, 구분된 다수의 노드 중 인접한 노드들이 전해질 유동을 방해하는 저항으로 연결되는 구조의 네트워크 모델을 생성하는 네트워크 모델 생성부; 및
상기 네트워크 모델의 다수의 노드 각각에서 유입 및 유출되는 유량이 질량 보존 법칙을 만족하고, 상기 다수의 노드 중 서로 인접한 노드를 연결하는 저항으로 이루어지는 폐루프에서의 압력 강하가 에너지 보존 법칙을 만족하도록, 상기 네트워크 모델의 각 노드 사이의 유량 및 압력 강하를 계산하는 네트워크 해석부를 포함하되,
상기 네트워크 해석부는
다수의 폐루프 각각에서 상기 질량 보존 법칙과 상기 에너지 보존 법칙이 만족되도록 상기 네트워크 모델에서 폐루프의 유량 변화를 수학식
Figure 112023030099156-pat00038

(여기서 j는 폐루프 식별자, i는 폐루프에서 저항 식별자, Q는 유량, ΔQ는 폐루프의 저항에 의한 유량 변화, θ는 유동 방향(시계 방향은 1, 반시계 방향은 -1), ΔP는 폐루프의 저항에 의한 압력 강하, n은 반복 계산 횟수를 나타낸다.)
에 따라 반복 계산하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
In the flow battery, the flow channel structure of the flow path through which the electrolyte is delivered is formed by a porous electrode and a flow channel implemented in a predetermined pattern on one surface of the porous electrode and supplied to the porous electrode to supply the applied electrolyte to the porous electrode. A network having a structure in which each of the porous electrode and the flow channel is divided based on a plurality of nodes having a predetermined distance interval according to the structure of the flow path, and adjacent nodes among the plurality of divided nodes are connected by resistance to hinder electrolyte flow. a network model generating unit generating a model; and
So that the flow rate flowing in and out of each of the plurality of nodes of the network model satisfies the law of conservation of mass, and the pressure drop in a closed loop consisting of resistance connecting adjacent nodes among the plurality of nodes satisfies the law of conservation of energy, Including a network analysis unit for calculating the flow rate and pressure drop between each node of the network model,
The network analyzer
In each of the plurality of closed loops, the change in flow rate of the closed loop in the network model so that the law of conservation of mass and the law of conservation of energy are satisfied by the equation
Figure 112023030099156-pat00038

(where j is the closed loop identifier, i is the resistance identifier in the closed loop, Q is the flow rate, ΔQ is the change in flow rate due to the resistance of the closed loop, θ is the flow direction (clockwise is 1, counterclockwise is -1), ΔP is the pressure drop due to the resistance of the closed loop, and n is the number of iterations.)
Flow cell simulation device that iteratively calculates according to
제1항에 있어서, 상기 네트워크 모델 생성부는
유동 경로를 구성하는 다공성 전극과 유동 채널의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 상기 유동 채널을 밴딩 또는 분기 위치를 기준으로 다수의 구간으로 분해하고, 구분된 구간 중 서로 평행하게 배치되는 다수의 구간을 다시 기지정된 채널 길이 단위로 구분하며, 상기 채널 길이와 서로 평행하게 배치된 다수의 구간 사이의 간격에 대응하여 설정되는 전극 길이에 따라 상기 다공성 전극의 영역을 구분하는 유동 경로 분해부; 및
상기 유동 경로 분해부에 의해 구분되는 위치 각각을 노드로 설정하고, 설정된 노드 중 인접한 노드 구간을 저항으로 모델링하여 상기 네트워크 모델을 획득하는 네트워크 모델 획득부를 포함하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 1, wherein the network model generating unit
The flow channel structure of the porous electrode and the flow channel constituting the flow path is checked, and the flow channel is divided into a plurality of sections based on the bending or branching position according to the identified flow channel structure, and the divided sections are arranged parallel to each other A flow path decomposition unit that divides a plurality of sections into predetermined channel length units and divides the region of the porous electrode according to an electrode length set corresponding to the channel length and a distance between a plurality of sections arranged in parallel with each other. ; and
and a network model acquisition unit configured to set each position divided by the flow path decomposition unit as a node, and acquire the network model by modeling an adjacent node section among the set nodes as a resistance.
제2항에 있어서, 상기 네트워크 모델 획득부는
상기 유동 채널에서 설정된 노드들은 상기 유동 채널이 형성된 패턴에 따라 저항으로 연결되는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 2, wherein the network model obtaining unit
Nodes set in the flow channel are connected by resistance according to the pattern in which the flow channel is formed.
제3항에 있어서, 상기 네트워크 모델 획득부는
상기 유동 채널에서 설정된 노드들은 상기 다공성 전극에서 설정된 노드들 중 인접한 노드들과 저항으로 연결되는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 3, wherein the network model obtaining unit
Nodes set in the flow channel are connected to adjacent nodes among the nodes set in the porous electrode by resistance.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 네트워크 해석부는
상기 유동 채널에서의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 채널 압력 강하(ΔPch)와 상기 다공성 전극에서의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 전극 압력 강하(ΔPp) 및 상기 유동 채널의 노드와 대응하는 다공성 전극의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 내부 압력 강하(ΔPinter)를 구분하여 계산하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 1, wherein the network analyzer
Channel pressure drop due to resistance connected between nodes in the flow channel (ΔP ch ) and electrode pressure drop due to resistance connected between nodes in the porous electrode (ΔP p ) and a porous electrode corresponding to the node of the flow channel A flow cell simulation device that separately calculates the internal pressure drop (ΔP inter ) due to the resistance connected between the nodes of the.
제6항에 있어서, 상기 네트워크 해석부는
상기 채널 압력 강하(ΔPch)를 마찰 손실에 의한 압력 강하(ΔPf)와 상기 유동 채널의 벤딩 또는 분기 구조에 의한 부손실에 의한 압력 강하(ΔPminor)의 합으로 계산하고,
상기 마찰 손실에 의한 압력 강하(ΔPf)는 수학식
Figure 112021018765587-pat00018

(여기서 ρ 는 전해질 밀도, f 는 패닝 마찰 계수, Qf 는 채널영역에서의 유량, Lch, Ach 및 Dh,ch 는 각각 단위 채널 길이, 채널 단면적 그리고 유동 채널의 유압 직경)
으로 계산하며,
상기 부손실에 의한 압력 강하(ΔPminor)는 수학식
Figure 112021018765587-pat00019

(여기서 Kb는 레이놀즈 수에 따라 결정되는 벤딩 손실)
으로 계산되는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 6, wherein the network analyzer
The channel pressure drop (ΔP ch ) is calculated as the sum of the pressure drop (ΔP f ) due to friction loss and the pressure drop (ΔP minor ) due to minor losses due to the bending or branching structure of the flow channel,
The pressure drop due to the friction loss (ΔP f ) is expressed by the equation
Figure 112021018765587-pat00018

(Where ρ is the electrolyte density, f is the panning friction coefficient, Q f is the flow rate in the channel area, L ch , A ch and D h,ch are the unit channel length, channel cross-sectional area and hydraulic diameter of the flow channel, respectively)
calculated as,
The pressure drop due to the negative loss (ΔP minor ) is expressed by the equation
Figure 112021018765587-pat00019

(Where K b is the bending loss determined by the Reynolds number)
A flow cell simulation device calculated as .
제7항에 있어서, 상기 네트워크 해석부는
상기 전극 압력 강하(ΔPp)를 수학식
Figure 112021018765587-pat00020

(여기서 μ는 전해질의 점도, κ는 다공성 전극의 투과성(permeability), Qp 및 Ap 는 각각 다공성 전극에서의 유량과 단면적을 나타내고, β 폴히하이머 계수를 나타낸다.)
에 따라 계산하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 7, wherein the network analyzer
The electrode pressure drop (ΔP p ) is calculated by the equation
Figure 112021018765587-pat00020

(Where μ is the viscosity of the electrolyte, κ is the permeability of the porous electrode, Q p and A p represent the flow rate and cross-sectional area in the porous electrode, respectively, and β represents the Polchheimer coefficient.)
Flow cell simulation device to calculate according to.
제8항에 있어서, 상기 네트워크 해석부는
상기 내부 압력 강하(ΔPinter)를 수학식
Figure 112021018765587-pat00021

에 따라 계산하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 8, wherein the network analyzer
The internal pressure drop (ΔP inter ) is expressed by the equation
Figure 112021018765587-pat00021

Flow cell simulation device to calculate according to.
제9항에 있어서, 상기 네트워크 모델 획득부는
상기 유동 채널의 중심과 상기 다공성 전극의 두께의 중심에 상기 노드를 설정하고, 상기 전극 길이(Lp)는 상기 유동 채널의 유동 특성에 따라 수학식
Figure 112021018765587-pat00022

(여기서 Wch 는 유동 채널의 폭, Wr 은 유동 채널 중 서로 인접하여 평행하게 배치된 다수의 구간에서 서로 마주하는 채널 측면 사이의 거리)
으로 정의하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 9, wherein the network model obtaining unit
The node is set at the center of the flow channel and the center of the thickness of the porous electrode, and the electrode length (L p ) is determined according to the flow characteristics of the flow channel by the equation
Figure 112021018765587-pat00022

(Where W ch is the width of the flow channel, and W r is the distance between the channel sides facing each other in a plurality of adjacent and parallel sections of the flow channel)
A flow cell simulation device defined as
제2항에 있어서, 상기 유동 경로 분해부는
상기 유동 채널이 사형 유동 채널인 경우, 상기 유동 채널을 밴딩 위치를 기준으로 다수의 구간으로 분해하고, 구분된 다수의 구간 중 상대적으로 길이가 긴 구간을 상기 채널 길이 단위로 구분하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 2, wherein the flow path decomposition unit
When the flow channel is a serpentine flow channel, the flow channel is decomposed into a plurality of sections based on the bending position, and a relatively long section among the divided sections is divided into a unit of the channel length. Flow battery simulation device .
제2항에 있어서, 상기 유동 경로 분해부는
상기 유동 채널이 빗 형상으로 서로 분리 형성된 2개의 유동 채널을 갖는 깍지형 유동 채널인 경우, 2개의 유동 채널 각각에서 분기 위치를 기준으로 다수의 구간으로 구분하고, 구분된 다수의 구간 중 상대적으로 길이가 긴 구간을 상기 채널 길이 단위로 구분하는 흐름 전지 시뮬레이션 장치.
The method of claim 2, wherein the flow path decomposition unit
If the flow channel is an interdigitated flow channel having two flow channels formed separately from each other in a comb shape, each of the two flow channels is divided into a plurality of sections based on the diverging position, and the relative length of the divided plurality of sections A flow battery simulation device for dividing a long section by the channel length unit.
흐름 전지 내에서 다공성 전극과 상기 다공성 전극의 일 면상에 기지정된 패턴으로 구현되어 인가된 전해질을 상기 다공성 전극으로 공급하는 유동 채널에 의해 형성되어 전해질이 전달되는 유동 경로의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 상기 다공성 전극과 상기 유동 채널 각각을 기지정된 거리 간격을 갖는 다수의 노드를 기준으로 구분하며, 구분된 다수의 노드 중 인접한 노드들이 전해질 유동을 방해하는 저항으로 연결되는 구조의 네트워크 모델을 생성하는 단계; 및
상기 네트워크 모델의 다수의 노드 각각에서 유입 및 유출되는 유량이 질량 보존 법칙을 만족하고, 상기 다수의 노드 중 서로 인접한 노드를 연결하는 저항으로 이루어지는 폐루프에서의 압력 강하가 에너지 보존 법칙을 만족하도록, 상기 네트워크 모델의 각 노드 사이의 유량 및 압력 강하를 계산하여 상기 네트워크 모델을 해석하는 단계를 포함하되,
상기 네트워크 모델을 해석하는 단계는
다수의 폐루프 각각에서 상기 질량 보존 법칙과 상기 에너지 보존 법칙이 만족되도록 상기 네트워크 모델에서 폐루프의 유량 변화를 수학식
Figure 112023030099156-pat00039

(여기서 j는 폐루프 식별자, i는 폐루프에서 저항 식별자, Q는 유량, ΔQ는 폐루프의 저항에 의한 유량 변화, θ는 유동 방향(시계 방향은 1, 반시계 방향은 -1), ΔP는 폐루프의 저항에 의한 압력 강하, n은 반복 계산 횟수를 나타낸다.)
에 따라 반복 계산하는 흐름 전지 시뮬레이션 방법.
In the flow battery, the flow channel structure of the flow path through which the electrolyte is delivered is formed by a porous electrode and a flow channel implemented in a predetermined pattern on one surface of the porous electrode and supplied to the porous electrode to supply the applied electrolyte to the porous electrode. A network having a structure in which each of the porous electrode and the flow channel is divided based on a plurality of nodes having a predetermined distance interval according to the structure of the flow path, and adjacent nodes among the plurality of divided nodes are connected by resistance to hinder electrolyte flow. creating a model; and
So that the flow rate flowing in and out of each of the plurality of nodes of the network model satisfies the law of conservation of mass, and the pressure drop in a closed loop consisting of resistance connecting adjacent nodes among the plurality of nodes satisfies the law of conservation of energy, Analyzing the network model by calculating the flow rate and pressure drop between each node of the network model,
Analyzing the network model
The flow rate change of the closed loop in the network model so that the mass conservation law and the energy conservation law are satisfied in each of the plurality of closed loops
Figure 112023030099156-pat00039

(where j is the closed loop identifier, i is the resistance identifier in the closed loop, Q is the flow rate, ΔQ is the change in flow rate due to the resistance of the closed loop, θ is the flow direction (clockwise is 1, counterclockwise is -1), ΔP is the pressure drop due to the resistance of the closed loop, and n is the number of iterations.)
Flow cell simulation method that iteratively calculates according to.
제13항에 있어서, 상기 네트워크 모델을 생성하는 단계는
유동 경로를 구성하는 다공성 전극과 유동 채널의 유로 구조를 확인하고, 확인된 유로 구조에 따라 상기 유동 채널을 밴딩 또는 분기 위치를 기준으로 다수의 구간으로 분해하고, 구분된 구간 중 서로 평행하게 배치되는 다수의 구간을 다시 기지정된 채널 길이 단위로 구분하며, 상기 채널 길이와 서로 평행하게 배치된 다수의 구간 사이의 간격에 대응하여 설정되는 전극 길이에 따라 상기 다공성 전극의 영역을 구분하는 단계; 및
상기 유동 경로에서 구분되는 위치 각각을 노드로 설정하고, 설정된 노드 중 인접한 노드 구간을 저항으로 모델링하여 상기 네트워크 모델을 획득하는 단계를 포함하는 흐름 전지 시뮬레이션 방법.
14. The method of claim 13, wherein generating the network model
The flow channel structure of the porous electrode and the flow channel constituting the flow path is confirmed, and the flow channel is divided into a plurality of sections based on the bending or branching position according to the identified flow channel structure, and the divided sections are arranged parallel to each other Dividing a plurality of sections by predetermined channel length units, and dividing regions of the porous electrode according to an electrode length set corresponding to the channel length and a distance between a plurality of sections disposed parallel to each other; and
A flow battery simulation method comprising the step of setting each of the positions distinguished from the flow path as a node and modeling an adjacent node section among the set nodes as a resistance to obtain the network model.
제14항에 있어서, 상기 네트워크 모델을 획득하는 단계는
상기 유동 채널에서 설정된 노드들을 상기 유동 채널이 형성된 패턴에 따라 저항으로 연결하는 흐름 전지 시뮬레이션 방법.
15. The method of claim 14, wherein obtaining the network model comprises:
A flow battery simulation method for connecting nodes set in the flow channel with resistance according to a pattern in which the flow channel is formed.
제15항에 있어서, 상기 네트워크 모델을 획득하는 단계는
상기 유동 채널에서 설정된 노드들을 상기 다공성 전극에서 설정된 노드들 중 인접한 노드들과 저항으로 연결하는 흐름 전지 시뮬레이션 방법.
16. The method of claim 15, wherein obtaining the network model comprises:
A flow battery simulation method for connecting nodes set in the flow channel with adjacent nodes among nodes set in the porous electrode by resistance.
삭제delete 제13항에 있어서, 상기 네트워크 모델을 해석하는 단계는
상기 유동 채널에서의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 채널 압력 강하(ΔPch)와 상기 다공성 전극에서의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 전극 압력 강하(ΔPp) 및 상기 유동 채널의 노드와 대응하는 다공성 전극의 노드 사이에 연결된 저항에 의한 내부 압력 강하(ΔPinter)를 구분하여 계산하는 흐름 전지 시뮬레이션 방법.
14. The method of claim 13, wherein interpreting the network model comprises:
Channel pressure drop due to resistance connected between nodes in the flow channel (ΔP ch ) and electrode pressure drop due to resistance connected between nodes in the porous electrode (ΔP p ) and a porous electrode corresponding to the node of the flow channel A flow cell simulation method that separately calculates the internal pressure drop (ΔP inter ) due to the resistance connected between the nodes of the.
제18항에 있어서, 상기 네트워크 모델을 획득하는 단계는
상기 유동 채널의 중심과 상기 다공성 전극의 두께의 중심에 상기 노드를 설정하고, 전극 길이(Lp)는 상기 유동 채널의 유동 특성에 따라 수학식
Figure 112023501286719-pat00024

(여기서 Wch 는 유동 채널의 폭, Wr 은 유동 채널 중 서로 인접하여 평행하게 배치된 다수의 구간에서 서로 마주하는 채널 측면 사이의 거리)
으로 정의하는 흐름 전지 시뮬레이션 방법.
19. The method of claim 18, wherein obtaining the network model comprises:
Set the node at the center of the flow channel and the center of the thickness of the porous electrode, and the electrode length (L p ) is determined according to the flow characteristics of the flow channel by the equation
Figure 112023501286719-pat00024

(Where W ch is the width of the flow channel, and W r is the distance between the channel sides facing each other in a plurality of adjacent and parallel sections of the flow channel)
A flow cell simulation method defined as
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