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检测优化电池使用和设计的一维锂离子电池模型 中文

该 App 示例用于研究以下内容: 等温条件下锂离子电池中的 电压、 极化(压降)、 内部阻抗、 荷电状态 (SOC) 以及 倍率性能。 上面列出的某些属性在电动及混合电动车辆等电池管理系统 (BMS) 中起重要作用(见图)。能够准确监控的属性越多,就越容易在管理电池时实现能量输出和使用寿命最大化,同时确保安全性。 对于电池制造商而言,在优化电池设计(例如材料选择和电极厚度)时,同样可以考虑上述属性。 此模型是在“锂离子电池”接口中通过“初始电池电荷分布”特征建立的,主要包含默认的物理属性。材料属性取自“电池与燃料电池”的“材料库”。 要运行模型,只需确定所需的初始电池电压(或初始电池 SOC)、电池容量以及电极和隔膜的厚度。

绕带式锂离子电池的边效应

锂离子电池结构中尺寸差异相当大,电池层展开的尺寸和层厚度之间常常相差几个数量级,因此锂离子电池通常使用一维模型建模。然而,电池的封装和叠片可能会引起边缘效应,这种情况下则需要在更高维度中建模。 本模型研究了通过将活性锂电池单元卷绕而得到的“卷芯式”圆柱状电池的几何效应。

微盘电极的伏安曲线

<p>该示例模拟半径为 10um 的微电极的伏安法。在这种常见的电化学分析技术中,对工作电极的电位进行上下扫描,并记录电流。电流-电压波形(“伏安图”)提供有关分析物的反应性和质量传递属性的信息。 <p>由于微电极只需少量的活性电极材料就能提供高电流密度,因此常用于电分析。微电极上物质的扩散时间很短,这意味着稳态结果很准确,因此可以使用“稳态”研究。模型中使用“二次电流分布”接口和“稀物质传递”接口将电荷转移及质量传递与电极反应相耦合。

锂电池设计器 中文

此 App 可用作为特定应用开发优化电池配置 的设计工具,它可以计算容量、能量效率、产生的热量,以及由于锂离子电池在特定负载周期的寄生反应引起的容量损失。 您可以在 App 中更改各种电池设计参数,例如:电池罐的几何尺寸、不同元件(隔膜、集流体和电极)的厚度、正极材料以及多孔材料不同相的体积分数。负载循环是使用恒定电流负载的充放电循环,在充电阶段和放电阶段可能有所不同。 此 App 还可以根据生成的热量和热质量计算电池温度(假设电池内部温度均匀),其中使用环境温度参数和传热系数来定义冷却。

单粒子锂离子电池模型

本例介绍锂离子电池的等温单粒子模型公式。单粒子模型是锂离子电池一维公式的简化,并附有一些假设条件。 该模型通常适用于中低电流的情况。请注意,假设的有效性和单粒子模型的适用性还取决于模型中使用的参数值和电极/电解质化学成分。 通过与实验数据的比较,单粒子模型可用于参数估计研究(动力学、传递属性),此外,在二维和三维热模型公式中,可以使用它来代替一维公式,提高计算效率。 本例将不同放电电流下的单粒子模型公式与一维公式(案例库中的 li_battery_1D)进行了比较。

锂空气电池一维等温模型 中文

可充电的锂空气电池近来引起了人们的广泛关注,这主要是由于它们具有高能量密度,其能量密度的理论值约为 11400 Wh/kg,约为锂离子电池的 10 倍。 在本教学案例中,使用*锂离子电池* 接口模拟锂空气电池的放电,使用*多孔介质稀物质传递* 接口对多孔碳电极中氧气(来自外部空气)的传输进行建模。碳电极中的电化学反应(氧还原)导致反应产物的浓度和电极孔隙率发生变化,这通过*域常微分和微分代数方程* 接口建模。 此模型可用于研究锂空气电池的性能,为电池设计提供参考。本例通过对低放电电流密度与高放电电流密度下正极中氧浓度、孔隙率和膜厚的比较,来分析这些因素对电池电压分布的影响。

功率 vs. 能量评估的一维锂离子电池模型 中文

在确定要将电池用于哪种类型的设备时,电池可能具有的能量和功率输出是要考虑的关键属性。 高倍率性能的电池能够产生相当大的功率,也就是说,即使在高电流负载下,它也几乎不会发生极化(电压损失)。而低倍率性能电池的特性则相反。前者通常表示为功率优化,而后者表示为能量优化。 能量优化电池的特性在于这些电池容量更大,从而能够提供更多能量,但仅适用于轻负载,因此,更适用于手机等便携式电子产品。例如,功率能量优化电池更适用于需要大功率的混合电动车辆。 本教学案例使用*锂离子电池* 接口研究特定锂离子电池设计中的基本倍率性能。

锂离子电池一维模型 - 测定内阻和电压损失 中文

该教学案例进一步研究电池的倍率性能,并展示如何使用*锂离子电池* 接口这个强大的建模工具进行此类研究。 倍率性能是根据极化(电压损耗)或引起这种损耗的内阻来研究的。为此,此例模拟了典型的大电流脉冲测试,即混合脉冲功率特性 (HPPC) 测试,主要研究前 10 秒放电以及后续温度为 298.15 K 时的松弛过程。 *锂离子电池* 接口分析电池的多个物理属性,其中有些属性可设为直接影响倍率性能的设计参数,这些属性为: 电极和隔膜的厚度 电极和隔膜的孔隙率 活性材料粒子大小 活性电极材料的选择 电解质和电子导体等其他材料选择 电极材料的荷电状态 (SOC);与 SOC 相关的多个材料属性 可降低内部阻抗的属性通常是薄电池域、高孔隙率和较小的活性材料粒子。 具有相反设计特征的电池具有较高的内阻,但由于活性材料粒子较大且封装电极较厚,因此存储容量(能量)可以非常大。

被动式质子交换膜燃料电池中的欧姆损耗和温度分布 中文

在小型 PEM 燃料电池系统(低于 100 W 的范围内)中,通常不使用有源器件进行冷却或空气输送。这是因为我们希望尽量减少泵和风扇的寄生功率损耗,并减小尺寸,降低系统的复杂程度和成本。因此,阴极的反应物通过被动式对流/扩散进行传递。此外,热量也是通过被动式传递机理消散到周围环境。 设计被动式燃料电池暴露在空气中的一侧时,目标是确保在各种环境温度和电流负载下,电池的电流密度和热量分布都均匀。 阴极盖板上的孔通常应较大,以便于向电极传递反应物,但是孔与固体材料的比率不能过大,因为还必须维持板的结构刚度和电子电导率。气孔较大还会导致 GDL 中局部欧姆损耗较大。该示例对被动式 PEM 燃料电池上的电流密度和热量分布进行建模。

监控驱动循环的一维锂离子电池 中文

该 App 介绍如何使用 COMSOL 中的“锂离子电池”接口研究经受混合动力车辆驾驶循环的电池。 此模型预测电池的性能,以便对监测的属性进行比较,由于模型中包含这些属性后可计算比测量结果更多的结果,因此能够更好地了解电池在循环期间的性能,例如: 电池每一部分的内阻和极化 精确的电池 SOC 计算 每种电极材料的 SOC 局部温度 同时,通过模型设置还可能改变电池的多个设计参数,例如,您可以轻松改变电极的材料和厚度,来查看所得的性能是否更符合要求。 本例突出展示了“锂离子电池”接口中可能实现的高级监控功能,此接口还与“固体传热”接口相耦合,用于计算温度。