Обновления модуля Аккумуляторы и топливные элементы

Пользователи модуля Аккумуляторы и топливные элементы найдут в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics® новое приложение для проектирования литий-ионных аккумуляторов, новую модель диффузии Бейкера — Вербрюгге и две новые учебные модели. Подробнее новые возможности моделирования аккумуляторов и топливных элементов описаны ниже.

Новое демонстрационное приложение Battery Designer (Проектирование аккумуляторов)

Новое приложение Battery Designer (Проектирование аккумуляторов) можно использовать для разработки аккумулятора, оптимизированного для конкретной прикладной задачи. Приложение рассчитывает емкость, энергоэффективность, тепловыделение и потери емкости, связанные с побочными реакциями в литий-ионном аккумуляторе, для заданного цикла нагрузки. Вы можете задавать различные параметры проектируемого аккумулятора: размеры корпуса батареи, толщину компонентов (сепаратора, токосборников и электродов), материал положительного электрода и объемную долю различных фаз в пористых материалах. Цикл нагрузки — это цикл заряда и разряда аккумулятора постоянным током; ток заряда может отличаться от тока разряда. Приложение также рассчитывает температуру аккумулятора на основе данных о тепловыделении и удельной теплоемкости. Охлаждение рассчитывается с учетом температуры окружающей среды и коэффициента теплоотдачи.

Новое демонстрационное приложение Battery Designer (Проектирование аккумуляторов) в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics. Пользовательский интерфейс приложения Battery Designer (Проектирование аккумуляторов). Пользовательский интерфейс приложения Battery Designer (Проектирование аккумуляторов).

Путь к Библиотеке приложений:
Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Applications/li_battery_designer

Обновленный интерфейс Free and Porous Media Flow (Течение в пористых средах и свободном объеме)

В новой версии интерфейса Free and Porous Media Flow (Течение в пористых средах и свободном объеме) теперь можно моделировать как ламинарные, так и турбулентные режимы течения в свободном объеме. Интерфейс по-прежнему уникален, поскольку он позволяет установить связь с электрохимическими интерфейсами при моделировании пористых электродов.

Модель проницаемости Козени-Кармана

Модель Козени-Кармана, которая доступна при использовании интерфейса Darcy's Law (Закон Дарси) в COMSOL Multiphysics® 5.3а, позволяет рассчитать проницаемость зернистых сред, зная значение пористости и диаметра зерен.

Новая модель диффузии в узле Particle Intercalation (Интеркаляция частиц)

Новая модель диффузии Бейкера — Вербрюгге в интерфейсах Lithium-Ion Battery (Литий-ионный аккумулятор) и Battery with Binary Electrolyte (Аккумулятор с бинарным электролитом) добавляет поправку к коэффициенту диффузии в частицах электрода, основанную на равновесном потенциале реакции интеркаляции. В общем случае модель Бейкера — Вербрюгге лучше описывает скорости переноса, зависящие от состояния заряда, и ступенчатые явления.

График концентрации частиц в электроде литий-ионного аккумулятора. Профили концентрации частиц в электроде литий-ионного аккумулятора. В модели диффузии Бейкера — Вербрюгге заметно выраженное «ступенчатое» поведение при концентрациях от 9000 до 11000 моль/м3. Профили концентрации частиц в электроде литий-ионного аккумулятора. В модели диффузии Бейкера — Вербрюгге заметно выраженное «ступенчатое» поведение при концентрациях от 9000 до 11000 моль/м3.

Путь к Библиотеке приложений:
Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Batteries,_Lithium-Ion/li_battery_multiple_materials_1d

Новая учебная модель Heterogeneous Li Battery (Гетерогенный литий-ионный аккумулятор)

Последнее слово в высокоточном моделировании аккумуляторов — модели точной структуры пористых электродов, так называемые гетерогенные модели. Эта новая учебная модель описывает поведение ячейки литий-ионного аккумулятора с идеализированной трехмерной геометрией. Эта геометрия воспроизводит конструкцию пористых электродов. Такие модели называют гетерогенными моделями. В отличие от обычных гомогенных моделей пористых электродов, гетерогенные модели описывают фактическую форму пор, заполненных электролитом, и частиц электродов. Эта модель также связана с модулем Механика конструкций и может рассчитывать эквивалентное напряжение по Мизесу в этих частицах. Зная напряжения, можно оценить циклическую усталость материала и возможное снижение характеристик, вызванное образованием трещин в ходе циклирования. Узел Electrode Reaction (Электродные реакции) в интерфейсе Lithium-Ion Battery (Литий-ионный аккумулятор) теперь включает новый тип кинетики Lithium-Insertion Reaction (Реакция внедрения лития), который используется в новой учебной модели.

Примечание: для этой модели также необходим модуль Механика конструкций.

Модель гетерогенного литий-ионного аккумулятора в программном пакете COMSOL. Распределение концентрации в частицах электрода. Из учебной модели Heterogeneous Li Battery (Гетерогенный литий-ионный аккумулятор) библиотеки приложений модуля Аккумуляторы и топливные элементы. Распределение концентрации в частицах электрода. Из учебной модели Heterogeneous Li Battery (Гетерогенный литий-ионный аккумулятор) библиотеки приложений модуля Аккумуляторы и топливные элементы.

Путь к Библиотеке приложений:
Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Batteries,_Lithium-Ion/heterogeneous_li_battery

Новая учебная модель Lumped Li Battery Parameter Estimation (Определение сосредоточенных параметров литий-ионного аккумулятора)

В новой учебной модели аккумулятор описан как «черный ящик», состоящий из малого числа сосредоточенных параметров без дополнительных предположений о внутренней структуре, конструкции электродов аккумулятора или выбранных материалах. Входными данными для модели служат емкость аккумулятора, начальное состояние заряда (SOC) и зависимость напряжения разомкнутой цепи от состояния заряда, а также экспериментальные данные о циклах нагрузки. Оценка сосредоточенных параметров производится с помощью интерфейса Optimization (Оптимизация).

Примечание: Для этой модели также требуется модуль Оптимизация.


Путь к Библиотеке приложений:
Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Batteries,_Lithium-Ion/lumped_li_battery_parameter_estimation