电池与燃料电池模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本为“电池与燃料电池模块”的用户引入了新的集总电池 物理场接口、电极颗粒中的应力和应变,以及离子交换膜中的多离子传输。请阅读以下内容,进一步了解这些电池与燃料电池特征。

新增集总电池接口

新的集总电池 接口用于根据一小组集总参数来定义电池模型,您无需了解电池电极的内部结构或设计,也无需选择材料。通过集总电池 接口构建的模型通常可用于监控电池在一个负载周期内的荷电状态 (SOC) 和电压响应,其中定义的电池热源可以耦合到传热接口,实现对电池冷却和热管理进行建模。该接口中还包含容量衰减 特征。

以下模型使用了此接口:

“集总电池”接口生成的电压预测图。

在动态负载循环期间,集总电池接口生成的电压预测图。

在动态负载循环期间,集总电池接口生成的电压预测图。

电极粒子中的应力和应变

锂离子电池 接口中粒子插层 节点的新增应力和应变 部分支持模拟电极颗粒中由于锂离子嵌入引起的应力和应变。颗粒的应力在电池老化和容量衰减仿真中尤其重要,原因在于这些应力可能导致颗粒破裂,从而产生活性电极材料损耗,或者由于固体电解质膜 (SEI) 的加速形成而导致容量衰减。新的锂离子电池中扩散引起的应力教学案例演示了此特征。

锂离子电池中电极粒子上的表面应力图。 分析锂离子电池在受到恒定载荷后并松弛的情况下,其电极粒子上产生的表面应力。 分析锂离子电池在受到恒定载荷后并松弛的情况下,其电极粒子上产生的表面应力。

电池等效电路建模

通过使用“模型向导”中新增的电池等效电路 条目,可基于任意数量的电路元件来定义电池模型。电池等效电路 可以在模型中添加电路 接口(现在通过“电池与燃料电池模块”提供),并包含许多预定义的电路元件,特别是新的电池开路电压可以用于添加 SOC 相关的电压源。用户还可以添加其他电路元件,例如电阻器、电容器和电感器。使用电池等效电路 特征创建的模型通常可用于粗略模拟电池在一个负载周期内的 SOC 和电压响应。新的镍氢电池等效电路模型教学案例使用了这一功能。

等效电路。 新的镍氢电池教学案例中使用的等效电路。 新的镍氢电池教学案例中使用的等效电路。

电池接口的装配和求解器得到改进

电池接口的默认求解器序列中已启用新的重用稀疏模式 装配设置,并且默认的直接求解器已更改为 PARDISO。新设置通常可将计算时间缩短约 10%。

离子交换膜中的多离子传输

三次电流分布 接口中新增的离子交换膜 域节点可以自动为域指派固定电荷,并为相邻域指派相应的唐南边界条件。该节点支持在离子交换域中进行多个离子传输,并支持多离子唐南边界条件。离子交换膜边界 节点也已更新,现在支持多离子传输。这一改进使电渗析和液流电池建模功能得到了扩展。有关更多信息,请参阅相应的博客文章:如何模拟离子交换膜和唐南电位。这一特征在钒氧化还原液流电池模型中进行演示。

电渗析池中的钠和氯离子浓度图。 电渗析池中的钠和氯离子浓度。这两种离子都存在于阳离子和阴离子交换膜域中。 电渗析池中的钠和氯离子浓度。这两种离子都存在于阳离子和阴离子交换膜域中。

新增教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本新增了多个教学案例。