Модуль Аккумуляторы и топливные элементы

Для пользователей модуля Аккумуляторы и топливные элементы в пакете COMSOL Multiphysics® версии 5.4 предлагается новый физический интерфейс Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора), а также описание механических напряжений и деформаций в электродных частицах и множественного переноса ионов в ионообменных мембранах. Подробнее об этих функциях для аккумуляторов и топливных элементов читайте ниже.

Новый интерфейс Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора)

Новый интерфейс Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора) используется для создания модели аккумулятора на основе небольшого набора сосредоточенных параметров, не требующих знания материала, внутренней структуры или конструкции электродов аккумулятора. Модели, построенные с помощью интерфейса Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора), обычно могут использоваться для контроля состояния заряда (SOC) и отклика напряжения аккумулятора во время рабочего цикла. Интерфейс задает источник тепла в аккумуляторе, который может быть связан с интерфейсом теплопередачи для моделирования охлаждения батареи и управления температурой. Интерфейс также включает опцию Capacity Fade (Снижение емкости).

Работа интерфейса демонстрируется в следующих моделях:

График расчетного напряжения, полученный с помощью интерфейса Lumped Battery (Сосредоточенный аккумулятор).

Расчет напряжения, выполненный интерфейсом Lumped Battery (Сосредоточенный аккумулятор) во время динамического рабочего цикла.

Расчет напряжения, выполненный интерфейсом Lumped Battery (Сосредоточенный аккумулятор) во время динамического рабочего цикла.

Напряжение и деформация в электродах

Новый раздел Stress и Strain (Напряжение и деформация) узла Particle Intercalation (Интеркаляция частиц) в интерфейсе Lithium-Ion Battery (Литий-ионный аккумулятор) позволяет моделировать напряжения и деформации, возникающие в электродных частицах из-за интеркаляции лития. Напряжение в частицах особо важно при моделировании старения и моделирования снижения емкости, поскольку напряжение может привести к растрескиванию частиц, что, в свою очередь, может привести к потере активного материала электрода или к потере емкости вследствие ускоренного образования пограничного слоя «электрод — электролит» (SEI). Эта опция демонстрируется в новой учебной модели Equivalent Circuit Model of a NiMH Battery.

График поверхностного напряжения на частицах электродов в литий-ионном аккумуляторе. Анализ полученного поверхностного напряжения на частицах электрода в литий-ионном аккумуляторе на этапе постоянной нагрузки с последующей релаксацией. Анализ полученного поверхностного напряжения на частицах электрода в литий-ионном аккумуляторе на этапе постоянной нагрузки с последующей релаксацией.

Моделирование эквивалентной схемы аккумуляторов

Для задания модели аккумулятора, построенной из произвольного числа электротехнических элементов, используйте новую опцию Battery Equivalent Circuit (Эквивалентная схема аккумулятора) в Мастере создания моделей. Эта опция добавляет к модели интерфейс Electrical Circuit (Электрическая цепь), который теперь доступен в модуле Аккумуляторы и топливные элементы вместе с рядом заранее заданных электротехнических элементов. В частности, доступен новый элемент схемы Battery Open Circuit Voltage (Напряжение разомкнутой цепи аккумулятора), который добавляет источник напряжения, зависящий от состояния заряда. Пользователь может добавить дополнительные элементы схемы, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Модели, созданные с помощью опции Battery Equivalent Circuit (Эквивалентная схема аккумулятора), обычно могут использоваться для грубого моделирования состояния заряда и отклика напряжения батареи во время рабочего цикла. Эта функция демонстрируется в новой учебной модели Equivalent Circuit Model of a NiMH Battery. (Эквивалентная схема никель-металлгидридного аккумулятора).

Эквивалентная схема. Эквивалентная схема, используемая в новой учебной модели никель-металлгидридного аккумулятора. Эквивалентная схема, используемая в новой учебной модели никель-металлгидридного аккумулятора.

Улучшенные сборки и решатели для интерфейсов аккумуляторов

Новая настройка сборки Reuse sparsity pattern (Использовать шаблон разреженности) была включена в последовательности решателей по умолчанию в интерфейсах аккумулятора, а прямой решатель по умолчанию был изменен на PARDISO. Новые настройки обычно сокращают время вычислений примерно на 10%.

Многократный ионный перенос в ионообменных мембранах

Новый узел области Ion-Exchange Membrane (Ионообменная мембрана) интерфейса Tertiary Current Distribution (Третичное распределение тока) автоматически назначает постоянный неподвижный заряд для области и задает соответствующие граничные условия Доннана соседним областям. С помощью данного узла задается ионный перенос нескольких ионов в ионообменной области и граничные условия Доннана для нескольких ионов. Узел Ion-Exchange Membrane Boundary (Граница ионообменной мембраны) поддерживает множественный перенос ионов. Это усовершенствование позволит расширить возможности для моделирования электродиализа и проточных батарей. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с соответствующей статьей в блоге: Как моделировать ионообменные мембраны и потенциалы Доннана. Использование данной функции демонстрируется в модели Vanadium Redox Flow Battery (Ванадиевая проточная батарея).

График концентрации иона натрия и хлорид-иона в ячейке электродиализа. Концентрации иона натрия и хлорид-иона в ячейке электродиализа. Оба иона присутствуют в областях катионо- и анионообменной мембран. Концентрации иона натрия и хлорид-иона в ячейке электродиализа. Оба иона присутствуют в областях катионо- и анионообменной мембран.

Новые учебные модели

В пакете COMSOL Multiphysics® версии 5.4 предлагается несколько новых учебных моделей.