[發明專利]鈉硫電池功能陶瓷管壁厚臨界公式的確定方法

有效

• 申請號: 201310046517.X
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103065062A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 張建平
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種陶瓷管安全壁厚研究，特別涉及一種用威布爾分布函數對鈉硫電池功能陶瓷管直徑—壁厚臨界曲線進行擬合得到壁厚臨界公式的確定方法。

背景技術

鈉硫電池具有容量大、體積小、壽命長、效率高等優點，在削峰填谷、應急電源、風力發電等可再生能源的穩定輸出及提高電能質量以及車輛驅動等方面正逐步受到重視。然而，鈉硫電池早期失效大多是以功能陶瓷管破裂而告終，導致大量活性鈉和硫直接反應，造成電池失效后溫度的過升以及腐蝕性多硫化鈉的溢出，引起災難性連鎖反應。因此，鈉硫電池陶瓷管機械強度指標直接關系到電池的使用壽命和安全可靠性。由薄壁容器受壓后應力近似公式可知，陶瓷管直徑和壁厚是影響其機械強度關鍵參數。目前，很多學者對一般陶瓷材料力學性能進行了探索研究，本發明結合國內外陶瓷材料的理論研究和工程背景，從陶瓷管的直徑和壁厚入手，對陶瓷管壁厚臨界進行確定。

發明內容

本發明是針對鈉硫電池失效主要原因為功能陶瓷管破裂的問題，提出了一種鈉硫電池功能陶瓷管壁厚臨界公式的確定方法，模擬了陶瓷管破裂時壁厚隨直徑的變化曲線，進一步擬合出陶瓷管壁厚臨界公式，為陶瓷管機械強度設計提供了關鍵的依據。

本發明的技術方案為：一種鈉硫電池功能陶瓷管壁厚臨界公式的確定方法，具體包括如下步驟：

1）鈉硫電池功能陶瓷管直徑—壁厚臨界曲線的計算：

A：首先用鈉硫電池功能陶瓷管原始幾何尺寸對陶瓷管構建實體模型；

B：在不降低鈉硫電池功能陶瓷管的應力精度的前提下，根據鈉硫電池功能陶瓷管形狀及約束情況分成四個部分，根據鈉硫電池功能陶瓷管根部固定約束情況，從底部到根部依次增加各部分網格的密度，并對每部分網格收斂性進行了驗證；

C：基于ANSYS平臺分別對不同直徑的鈉硫電池功能陶瓷管進行實體建模和網格劃分，在鈉硫電池功能陶瓷管內壁施加相同壓力4.94MPa并保持其最大應力不超過許用應力80MPa的情況下，計算不同直徑對應的臨界壁厚，得到鈉硫電池功能陶瓷管直徑—壁厚臨界曲線，該曲線左上方為陶瓷管關于壁厚和直徑設計的安全區域，右下方為不安全區域；

2）用威布爾分布擬合陶瓷管直徑—壁厚臨界曲線：

Ⅰ：設臨界壁厚???????????????????????????????????????????????隨直徑變化滿足以下三參數威布爾分布，

式中：是直徑為時陶瓷管的臨界壁厚，和分別為威布爾函數的形狀參數和尺度參數；

Ⅱ：用威布爾兩參數的最小二乘法估計得：

?????????????????????????????????

?，??

，為在鈉硫電池功能陶瓷管直徑—壁厚臨界曲線上數據點的個數；

Ⅲ：采用右逼近法估計三參數威布爾分布中的，：首先取為參數的初始值，做參數變換，將三參數轉化為二參數威布爾分布，用最小二乘法對數據點進行直線擬合，計算出相應的的決定系數

，然后選取步長，從，，…，，…，（k=1,2,?…）開始下降，從右逼近（即）；

Ⅳ：重復步驟Ⅲ過程，求出每次的決定系數；最后，取，選擇最大的，代入Ⅱ中公式的得到形狀參數和尺度參數；

Ⅴ：由步驟Ⅲ中右逼近法估計三參數威布爾分布得到及對應的臨界壁厚，步驟Ⅳ得到的形狀參數和尺度參數，代入Ⅰ中，可確定擬合鈉硫電池功能陶瓷管直徑—壁厚臨界曲線的威布爾公式，為鈉硫電池功能陶瓷管在正常工作情況下直徑，鈉硫電池功能陶瓷管的臨界壁厚為：

。

所述鈉硫電池功能陶瓷管直徑D在36～60mm范圍內，臨界壁厚h公式為：

。

本發明的有益效果在于：本發明鈉硫電池功能陶瓷管壁厚臨界公式的確定方法，此方法確定的擬合公式大大提高了陶瓷管機械強度關于幾何參數優化設計的計算效率。

附圖說明

圖1為本發明鈉硫電池功能陶瓷管實體模型圖；

圖2為本發明鈉硫電池功能陶瓷管網格劃分分段示意圖；

圖3為本發明鈉硫電池功能陶瓷管網格劃分圖；

圖4為本發明鈉硫電池功能陶瓷管直徑—壁厚臨界曲線圖；

圖5為本發明威布爾擬合曲線圖。

具體實施方式