一种标准化液流电池电堆系统柜的制作方法

本发明涉及液流电池电堆，且更具体地涉及一种标准化液流电池电堆系统柜。

背景技术：

1、随着全球经济的快速发展和能源需求的不断增长，人们对清洁、高效能源的需求日益迫切。传统化石能源的有限性和环境污染问题也使得人们迫切寻找新的能源解决方案。在这个背景下，液流电池电堆系统成为了一个备受关注的技术领域。

2、目前，液流电池电堆系统已经取得了一定的技术突破。该系统利用液流电池技术，将电池和电堆相结合，以实现更高的能量转换效率和储能能力。同时，该系统采用标准化设计，利用模块化组装的方式，提高了生产效率和产品一致性。

3、然而，目前液流电池电堆系统在实现规模化生产方面仍存在一些不便之处。首先，液流电池电堆系统的制造工艺相对复杂，需要高度精细的装配技术和严格的质量控制，导致生产成本较高，不便于实现规模化生产。其次，由于液流电池电堆系统的设计特性，其能量密度相对较低。这意味着在同样体积下，液流电池电堆系统所能储存的能量相对有限，限制了其在一些场景下的应用。在需要高能量密度的应用领域，如电动车辆或大规模储能系统，液流电池电堆系统的能量密度不足成为了制约因素。另外，液流电池电堆系统的建设时间较长，需要复杂的工程施工过程和调试优化。与此同时，液流电池电堆系统的运维效率相对较低，需要频繁的检修和维护，增加了运营成本和工作量，同时材料的稳定性和寿命也面临一些挑战，进一步提高了成本。

4、因此，为了解决现有标准化液流电池电堆系统柜的生产成本较高、不便大规模生产、能量密度低以及建设时间长和运维效率低的缺点，本发明公开一种标准化液流电池电堆系统柜。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明公开了一种标准化液流电池电堆系统柜，本发明采用模块化设计和快速连接模块灵活组装和替换不同功率和容量的电堆系统，方便大规模生产和扩展；为了提高能量密度，方案中采用了优化循环系统和热管理模块；循环系统通过轴向涡流泵提高液体循环性能，确保液体电解质的流动均匀和稳定；热管理模块则通过电堆温控系统实现对液流电池电堆的温度控制，保持电堆工作温度在合适的范围内，提高能量转换效率；为了缩短建设时间，方案采用了标准化设计和模块化结构；采用快速连接模块，实现了不同功率和容量的电堆系统的灵活组装和替换，缩短了建设时间，提高了建设效率；为了提高运维效率，方案引入了智能管理模块；智能管理模块通过基于深度学习的自适应优化算法对储能系统进行优化调度和能量管理。

2、为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

3、一种标准化液流电池电堆系统柜，包括：

4、柜体，所述柜体上设置有可打开或关闭的柜门，所述柜体底部设置有底座，所述柜体朝向柜门内部侧设置有电池管理系统和热管理模块，所述热管理模块包含空调系统和换热器，所述电池管理系统设置在所述空调系统上方，所述柜体内部设置有循环系统，所述循环系统包含负极进液口、负极出液口、正极进液口、正极出液口、负极电解液主管路、正极电解液主管路和连接管路，所述循环系统上还设置有负极循环泵、正极循环泵和阀门，所述负极循环泵和正极循环泵并联设置并分别控制阀门，集液槽嵌入式设置在底座内，并且所述集液槽设置为容纳负极电解液主管路和正极电解液主管路，所述负极电解液主管路和正极电解液主管路与阀门连通设置；其中：热管理模块，用于实现对每个电堆的温度控制；所述热管理模块通过电堆温控系统实现对液流电池电堆的温度控制；

5、循环系统，用于确保液体电解质的流动均匀和稳定；所述循环系统通过轴向涡流泵提高液体循环性能；所述轴向涡流泵通过流体动力cfd数值模拟方法对液体循环系统进行优化设计；

6、电池管理系统，用于对整个液流电池储能系统进行监控和管理；所述电池管理系统通过传感器网络和电堆运行分析算法实现对液流电池储能系统的监控和管理功能；所述柜体还包含：

7、快速连接模块，用于实现不同功率和容量的电堆系统的灵活组装和替换；所述快速连接模块通过数据通信协议和电能传输方法实现对不同功率和容量电堆的灵活组装和替换；

8、智能管理模块，用于对储能系统进行优化调度和能量管理；所述智能管理模块通过基于深度学习的自适应优化算法实现对储能系统的优化调度和能量管理功能；

9、其中，所述热管理模块和所述循环系统的输出端与所述电池管理系统的输入端连接；所述快速连接模块和所述电池管理系统的输出端与所述智能管理模块的输入端连接。

10、作为本发明进一步的技术方案，所述电堆温控系统包括温度感知模块、温度控制模块和多级热管模块；所述温度感知模块通过温度传感器和无线传输方法实现温度数据的采集和传输；基于传感器数据，所述温度控制模块通过大数据分析方法自动调节电堆内部温度；所述多级热管模块通过多级蒸发器和冷凝器控制电堆内部温度；所述多级蒸发器通过热导管与所述冷凝器连接，形成热量传递网络；所述热量传递网络通过热传导和相变换热方法将热量传递到外部进行散热；所述相变换热方法通过工质的相变过程吸收或释放热量，提高热管的热容量和热传递效率。

11、作为本发明进一步的技术方案，所述流体动力cfd数值模拟方法在一种标准化液流电池电堆系统柜中的工作步骤为：

12、s1、建立几何模型；

13、通过计算机辅助设计软件建立液体循环系统的三维数值模型；

14、s2、设定边界条件；

15、通过专家系统和实验数据确定液体循环系统中至少包括入口流速、出口压力和壁面摩擦阻力；

16、s3、划分计算网格；

17、通过有限体积方法将系统柜内部划分为多个小单元的网格；

18、s4、求解数值模型；

19、通过有限差分法对液体在系统柜内的流动行为进行数值计算，获取至少包括流场、压力场和速度场参数；

20、s5、液体循环性能分析；

21、根据求解得到的流体动力学结果，通过有限元法分析液体在循环过程中的至少包括流速分布、涡流形成和湍流强度参数；

22、s6、优化设计；

23、根据分析结果，通过cfd软件提供的反向设计功能对轴向涡流泵的至少包括叶轮几何形状、叶片数目和叶片角度参数进行调整和优化。

24、作为本发明进一步的技术方案，所述电堆运行分析算法通过电堆功率密度计算公式计算电堆的功率密度，所述电堆功率密度计算公式的公式表达式为：

25、

26、在公式(1)中，r为电堆的功率密度；p为电堆的输出功率；m为电堆的高度，用于衡量电堆电极叠层的厚度；o表示有效电极表面积，用于表示电化学反应的活性区域的总面积；c表示电流密度，用于衡量单位面积内通过电堆的电流量；通过电堆能量损失函数计算电堆在能量转换过程中的损失率；所述电堆能量损失函数的公式表达式为：

27、

28、在公式(2)中，d表示电池荷电状态的损失量；h为电堆的输入能量，用于表示电堆所接收的总能量；v为电堆的输出能量，用于表示电堆所输出的总能量；δ表示当前时刻电堆补偿系数，用于比较在不同工作条件下电堆电压与理论电压之间的差异；a为效率因子，用于考虑实际能量转换的效率；通过电堆热管理效率函数评估电堆热管理系统的效率；所述电堆热管理效率函数的公式表达式为：

29、

30、在公式(3)中，y表示电堆热管理系统的效率，用于表示热量移除速率与热量产生速率之间的比例；s为热量移除速率，用于衡量从电堆中移除的热量；c表示热量产生速率，用于衡量电堆内部产生的热量；r表示外部热源对热量的影响，用于衡量环境或其他系统的额外热量输入。

31、作为本发明进一步的技术方案，所述快速连接模块包括通信单元、电能传输单元和控制单元；所述通信单元通过总线通信协议can将各个电堆的状态信息传输到系统控制器进行管理和监控；所述电能传输单元通过模块化电池连接器实现不同功率和容量的电堆系统之间的电能传输；所述模块化电池连接器通过拔插接口实现模块化组装和替换；所述控制单元通过联动控制方法实现不同功率和容量的电堆系统之间的联动控制；所述联动控制方法在一种标准化液流电池电堆系统柜中的工作步骤为：

32、r1、系统初始化；

33、通过以太网将电堆系统和快速连接模块连接到控制主机，实现数据交换和指令传输；所述控制主机通过数据通信协议读取每个电堆系统的功率和容量信息；

34、r2、功率匹配和调节；

35、通过脉宽调制方法调整电堆系统的输出功率；

36、r3、容量匹配和调节；

37、通过液流控制方法在电堆系统之间调整液流的分配比例；所述液流控制方法通过电机调节阀门的开启程度以控制电堆系统输出的容量；

38、r4、实时监测；

39、通过电流传感器和液位传感器实时监测各个电堆系统的输出功率和容量；

40、r5、优化控制；

41、根据监测到的信息，通过反馈控制方法对电堆系统进行调整和控制。

42、作为本发明进一步的技术方案，所述基于深度学习的数据自适应优化算法通过深度学习模型对电池进行实时监测和控制；所述深度学习模型通过电池状态估计公式计算当前时刻的电池状态向量和误差协方差矩阵；所述电池状态估计公式的表达式为：

43、

44、在公式(4)中，m表示基于上一时刻状态估计出的当前时刻电池状态向量，x为卡尔曼增益，用于根据测量值更新状态估计和误差协方差矩阵；y为观测噪声协方差矩阵，用于表示观测值与真实值之间的误差；t表示状态转移向量，用于衡量时间间隔内电池状态的变化；u表示预测误差协方差矩阵，用于计算预测值与真实值之间的误差；z表示观测矩阵，用于衡量测量值和电池状态的关系；通过负载预测公式对负载进行预测，进一步优化调度和能量管理功能；所述负载预测公式的公式表达式为：

45、

46、在公式(5)中，s表示上一时刻的负载数据；k表示历史数据长度，用于将使用前β个时刻的负载数据作为输入；d表示基于当前时刻负载数据预测的下一时刻负载数据；通过自适应充放电策略优化公式对历史数据进行分析和学习，进一步自动调整充放电策略；所述自适应充放电策略优化公式的公式表达式为：

47、

48、在公式(6)中，f表示第v时刻的充放电策略向量；a为第v时刻的充放电策略向量，θ表示效用函数，用于表示在当前负载情况下，采用充放电策略向量a所得到的效益值；v为负载数据，用于最大化效用函数值。

49、作为本发明进一步的技术方案，所述循环系统包括正极循环泵、负极循环泵、连接管道、阀门、正极进液口、负极进液口、正极出液口、负极出液口、正极电解液主管路、负极电解液主管路和集液槽；所述正极循环泵入口与所述正极电解液主管路相连，两者连接管道中设有阀门，所述正极循环泵出口通过连接管道与各电堆所述正极进液口相连，各电堆所述正极出液口通过所述连接管道与所述正极电解液主管路相连，两者连接管道中设有所述阀门，组成正极循环系统回路；所述负极循环泵进口与所述负极电解液主管路相连，两者连接管道中设有所述阀门，所述负极循环泵出口通过所述连接管道与各电堆所述负极进液口相连，各电堆所述负极出液口通过所述连接管道与所述负极电解液主管路相连，两者连接管道中设有所述阀门，组成负极循环系统回路；其中所述阀门、所述正极进液口、所述负极进液口、所述正极出液口、所述负极出液口均采用柔性接头与连接管路相连。

50、积极有益效果：

51、本发明采用模块化设计和快速连接模块灵活组装和替换不同功率和容量的电堆系统，方便大规模生产和扩展；为了提高能量密度，方案中采用了优化循环系统和热管理模块；循环系统通过轴向涡流泵提高液体循环性能，确保液体电解质的流动均匀和稳定；热管理模块则通过电堆温控系统实现对液流电池电堆的温度控制，保持电堆工作温度在合适的范围内，提高能量转换效率；为了缩短建设时间，方案采用了标准化设计和模块化结构；采用快速连接模块，实现了不同功率和容量的电堆系统的灵活组装和替换，缩短了建设时间，提高了建设效率；为了提高运维效率，方案引入了智能管理模块；智能管理模块通过基于深度学习的自适应优化算法对储能系统进行优化调度和能量管理。