COMSOL Multiphysics^® 6.4 发布亮点

COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本为“电池模块”的用户带来了多项功能增强，包括新增功率损耗变量、支持自定义充放电负载循环，以及更直观、精确的方形电池传热建模仿真方法。欢迎阅读以下内容，进一步了解这些更新。

功率损耗计算变量

现在，用户可以通过电化学 接口中新增的功率损耗变量，计算电池单元的总功率损耗，并比较隔膜、电极和电流导体等各组件的损耗情况。这些变量还可用于对充放电负载循环过程中的功率损耗进行时间积分，进而计算电池单元的往复能量效率。

功率损耗基于所有反应和传输物质的吉布斯自由能损失进行定义，从而能够区分欧姆损耗、浓度损耗及活化损耗。在支持颗粒插层的电池接口中，还定义了独立的插层传输损耗变量，既可用于域和边界的局部分析，也可作为整个电池的积分值，或按模型树中的单个特征节点进行计算。每种损耗机制（欧姆、活化和传输）对应的过电位贡献可通过除以总电流进行计算。

欢迎参考新增的锂离子电池的功率损耗教学案例，了解此特征的具体应用。

图中显示了锂离子电池在混合脉冲功率特性测试中，负极、隔膜和正极的功率损耗分布。

负载循环

为简化复杂循环方案的设置流程，大多数电化学 接口中都新增了负载循环 特征，支持以任意顺序添加电压、功率、电流、倍率 和静止 步骤，灵活定义任意充放电负载循环。对于负载循环中的每一步，均可基于时间、电压和电流限值，或用户使用任意变量表达式定义的条件，定义一个或多个动态延续或中断（切换）准则。除灵活的负载循环定义选项外，还可自动定义电流和电压探针，并设置求解器停止条件。

借助子循环 子特征，用户还可以将长期充放电循环测试与参考性能测试交替进行。请注意，功率 和子循环 子特征仅在“电池模块”和“燃料电池和电解槽模块”中提供。

以下教学案例已更新，以演示此特征的应用：

• li_battery_1d
• lib_base_model_1d
• lib_diffusion_induced_stress
• lib_internal_resistance
• li_rate_capability
• lib_drive_cycle
• lib_single_particle
• li_battery_multiple_materials_1d
• li_plating_with_deformation
• zn_ago_battery_1d
• lithium_sulfur
• li_battery_thermal_2d_axi
• li_battery_thermal_3d
• li_battery_pack_3d

使用新的 负载循环特征的电池模型，其中通过电流（放电）、静止、电流（放电）以及最终的静止步骤来定义负载循环序列。

方形电池传热

为便于精确模拟方形电池的传热过程，传热 接口的电池层 节点新增了扁平椭圆（方形）层配置选项。

结合半圆柱体选择 和矩形块选择 子特征，电池层 特征现在可自动定义正确指定方形电池卷芯中的各向异性热导率张量所需的组合柱坐标系与笛卡尔坐标系，从而精确描述卷芯内部的热导率分布，充分考虑不同电池组件层及其卷绕结构。欢迎参考液冷方形电池组和方形电池散热教学案例，了解该功能的具体应用。

使用新的 扁平椭圆（方形）层配置选项来定义卷芯的热导率。

电池组的“两电极”模型选项

为模拟电池组内各电池单元的独立电极行为，原先仅在集总电池 接口中提供的两电极 模型选项，现已在电池组 接口中同步推出。

新模型选项可用于分别定义每个电池单元中两个电极的电极电位、初始承载容量及转化程度，并支持定义独立的电极属性，以考虑欧姆、活化和浓度过电位。当包含浓度过电位时，两电极 模型即对应文献中常提及的单颗粒模型 (SPM)。欢迎参考新的液冷方形电池组教学案例，了解这一功能的具体应用。

使用新的 两电极模型选项来定义电池单元化学体系。

含水电解质传输

全新的含水电解质传输 接口可以计算电解质稀水溶液中的电势和物质浓度场，专用于模拟包含弱酸、弱碱、两性电解质及通用复合物质的含水电解质系统，适用于机理腐蚀建模、生物系统电化学分析，以及电化学传感器建模等场景。其中的传输过程由能斯特–普朗克方程定义，综合考虑了扩散、迁移和对流效应，并结合电中性条件及水的自电离平衡反应（自质子化）。由于这一新接口在方程反应处理和模型设置方面更为高效，在某些应用场景中，相比通用的三次电流分布，能斯特–普朗克 接口更具优势。

在 含水电解质传输接口中定义电极反应的化学计量和动力学参数。

离子交换膜模型的自动初始化

为确保满足电中性条件与唐南平衡，三次电流分布，能斯特–普朗克 接口中的离子交换膜 特征新增了将唐南电位偏移量添加到初始值 选项，可自动偏移在激活的离子交换膜 域节点的初始值 特征中指定的初始浓度和电势值，其中假设用户定义的值表示与膜平衡的体相液体电解质的值。偏移后的初始值将用作求解器的初始值，因此启用此选项后，通常无需通过额外研究步骤对膜的固定空间电荷进行扫描，即可获得所需的非零值，从而大幅简化模型设置流程。欢迎参考钒氧化还原液流电池教学案例，了解这一功能的具体应用。

三次电流分布接口中 离子交换膜特征的“设置”窗口，新增的 将唐南电位偏移量添加到初始值选项默认处于启用状态。

周期性条件

达西定律 和理查兹方程 接口中新增了周期性条件 特征，便于用户轻松地对两个或多个边界之间的流动施加周期性约束。此外，用户还可以通过直接指定压力突变或指定质量流的方式，在源边界与目标边界之间建立压差。这些周期性条件通常用于模拟代表性体积单元，并计算用于均质多孔介质的有效属性。

使用 周期性条件特征计算由周期性排列球体构成的多孔介质的渗透率。

自由和多孔介质流动耦合的“压力突变”选项

自由和多孔介质流动耦合 新增了一个用于包含自由–多孔边界处压力突变的选项，可用于模拟多种场景，例如，由多孔间隔材料支撑的半透膜处的渗透压，或多相流中由毛细压力引起的压力突变。

使用 自由和多孔介质流动耦合中新增的 包含自由-多孔边界上的压力突变复选框模拟海水淡化装置中半透薄膜的渗透压。

新增和更新的教学案例

COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本为“电池模块”带来了多个新增和更新的教学案例。

液冷方形电池组

方形电池组模型，显示了卷芯、电流导体和母线板的温度分布。

“案例库”标题：
prismatic_battery_pack_cooling
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计算锂离子电池的开路电压与微分电压

电池电压随荷电状态 (SOC) 从 0% 到 100% 的变化曲线。蓝线表示全新电池，绿线表示锂库存损失 20% 的电池；实线为电池电压，虚线为微分电压。

“案例库”标题：
lfp_voltage_hysteresis
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磷酸铁锂 (LFP) 电极中的电压滞后现象

脱锂-锂化过程中的电池电压 vs. 容量。

“案例库”标题：
lfp_voltage_hysteresis
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锂离子电池的最优充电策略

最优 vs. 初始充电特性。蓝色实线描绘优化后的充电率（倍率，左 y 轴）曲线，可在约 26 分钟内将电池从 0% 充至 90% SOC；绿线为对应的副反应老化电流（右 y 轴）。

“案例库”标题：
lib_charge_rate_optimization
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锂离子电池的功率损耗

锂离子电池中由不同现象引起的功率损耗分布。

“案例库”标题：
lib_power_losses
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