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高精度锂电池仿真

Mikael Cugnet
French Atomic and Alternative Energy Commission

电池管理系统 (BMS) 旨在保护电池,预测其电量级别。这些 BMS 使用通常由电化学阻抗谱(EIS)测量得到的电路模型,可以构造一个等效电路模型(ECM),其中由串并联电阻器和电容器构成。然而,ECM 无法提供任何关于重要电池属性(电极活性材料电阻、反应速率,特定电容或扩散系数等)的信息。

基于多物理场的 LiFePO4/Li 半电池模型能提供的信息比典型电路模型更多。法国原子与替代能源委员会 (CAE) 是法国最大的技术研究组织,致力于开发在 COMSOL Multiphysics 中模拟锂电池的方法。第一个模型包括半电池中的所有组件,而第二个模型则专门模拟了磷酸铁电极。这样 CAE 就可以在重新设计和制作实际电池前对材料的性能进行分析。

使用 LiveLink™ for MATLAB® 来处理结果,获取半电池的完整阻抗谱。在 COMSOL Multiphysics 中实现双电层可以帮助他们模拟非线性行为,通常在运行频率较高时电池才会出现这种情况。通过使用 COMSOL Multiphysics 模拟半电池,他们可以借助更易导电的电极材料优化设计,而且他们证实了添加双电层的模型能够更好地反映器件性能。

Modeling of the half cell at the macroscopic (left) and microscopic (right) level.

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