Technical Papers and Presentations

新能源汽车电池液冷板的结构优化设计影响着电池的性能和安全，本文引入拓扑优化方法对电池模组的液冷板结构进行优化设计，对涉及到的相关参数进行影响性分析。在COMSOL Multiphysics中对电池液冷板拓扑优化结构设计进行理论计算。通过传热与流体流动模块建立共轭耦合的拓扑优化结构模型，在拓扑优化模块中引入Brinkman惩罚函数和Darcy差值模型，得到针对于不同结构的耦合方程数学模型和无量纲方程，通过亥姆霍兹过滤和双曲正切投影方案，建立正确的目标函数和数学模型方程，根据移动渐进线方法对设计变量进行迭代计算，最终得到随迭代次数变化的拓扑结构 ... Read More

本发明公开了基于电化学-热-老化与三维降阶的电池组寿命预测方法，所述方法包括在单体锂离子电池伪二维P2D电化学模型上，加入用于描述单体锂离子电池容量衰减的副反应偏微分方程，再耦合三维降阶的传热模型，搭建单体锂离子电池电化学-热耦合容量衰减模型，进行参数校正后，加入边界相似性或平均算子方法搭建锂离子电池组寿命预测模型。能够准确预测电池模组的循环寿命及相关电化学与产热的各项性能，模型的计算速度和结果的吻合度高，并且大大减少了数据存储空间，为实现储能电站等大体量的电池包和电池簇的模拟仿真提供了方法。 1)通过COMSOL ... Read More

对锂离子电池进行准确建模有利于更好的进行电池设计和电池管理。目前对电池电化学模型的建立主要是基于传统的P2D理论，将活性颗粒假设为均匀分布的球形，使用bruggman关系式近似计算固液相的有效传输参数并忽略了粒径和孔隙率在电极内的异质性分布。在小倍率充放电条件下由于锂离子浓度梯度较小，所以均质化模型可以准确表达电池的内外特性；然而在大倍率条件下，厚度方向上复杂异质性的孔隙限制了锂离子的传输，特别是对于厚电极。此时均质化模型往往低估了电池极化，导致仿真与实验结果误差大，模型不准确。为了充分考虑电极结构的异质性，本研究在传统P2D模型的理论框架下，将电极厚度方向分为多层 ... Read More

为了便于终端用户更容易获取到电芯内部相关的电化学参数数据，本文通过逆向拆解的方法结合电化学-热耦合模型，采用有限元仿真分析和电化学参数优化试验的方式，验证了所获取参数的精确性，并通过参数辨识的方式考虑了bruggman系数，反应速率常数和固相扩散系数对动力电池充放电性能和温度的影响，将对标锂电池的电压、温度误差范围控制在3%以内。 采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics建立一维电化学-三维热耦合模型，基于逆向拆解参数对单体电池的电压、温度进行对标工作，并基于此模型完成参数辨识，探究不同的电化学参数对电池性能的影响 ... Read More

本工作的主要内容是探究软包电池在充放电循环中由电池自身产热导致的温度分布以及温度对电化学反应速率的影响。模型中的电池传热模型由八个尺寸为1cm×1cm×180μm的电池微元组成，每个电池微元被视为一个均匀热源，使用COMSOL Multiphysics中的固体传热模块。电化学模型使用COMSOL Multiphysics中的电池模块，通过P2D模型计算电池的充放电过程以及反应热。每一个P2D模型对应传热模型中的一个电池微元，将电池的反应热视为电池微元的单位体积产热量。在三维传热模型的每一个电池微元中植入一个域探针，用来测量每个电池元在充放电过程中每一个时刻的平均温度 ... Read More

在电池的性能比较过程中总存在温升、恒流比、容量保持率、倍率性等电性能比较，其中影响这些性能的重要参数就是电池的极化大小。然而现实使用中极化很难以量化，仅仅用直流或者交流内阻来表示还显得单一且不具有说服力，所以寻求一种能够量化的手段从而来衡量电池的极化具有重要意义。通过极化的占比分析还可以分析哪一种极化影响较大，从而为电池的设计优化提供可靠的方向指导。 鉴于上述描述，我们开发了一种充放电过程中极化仿真方法及模型。在COMSOL® 软件的一维模型中定义编辑正负极以及隔膜电解液处反应极化方程和积分，然后利用“电池与燃料电池模块 ... Read More

作为新能源汽车的主要动力源，锂离子电池在狭小的电池箱内大倍率充放电时容易产生大量的热，导致温度迅速升高，可能引发热失控等一系列安全问题[1]，此项仿真通过对电池建立精确的电化学热耦合模型，得到整个电池箱内温度分布，通过参数分析优化电池组散热结构。 Read More

气体扩散层（GDL）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键部件。本文将蛇形流场PEMFC7个区域的压力、氧气和水浓度参数作为各区域GDL优化的边界条件。使用拓扑算法优化各区域的GDL结构，计算孔隙率和渗透率，以提高GDL的传质能力，提高电池效率。研究了优化孔隙率和渗透率对PEMFC的优化效果。Comsol仿真结果表明，将初始孔隙率设置为1具有更好的优化效果。渗透率的增加可以提高传质能力，但渗透率的优化效果不如孔隙率优化显著。优化GDL的孔隙率可以提高传质能力和电池性能。优化孔隙率引起的渗透率变化会损害电池性能，但其对电池性能的影响小于孔隙率的优化效果。因此 ... Read More

锂离子电池的安全长寿命运行离不开高效的热管理系统，其中浸没式液冷热管理系统的散热功率较大同时能实现电池组较高的温度一致性，是目前极具发展潜力的热管理方式。本研究利用COMSOL Multiphysics软件中的固体与流体传热模块和电池中的集总电池模块，并结合非等温流动和电化学热两个热多物理场，建立了浸没式液冷热管理系统的仿真模型，综合比较了三种浸没式液冷方式的散热能力，进一步通过COMSOL中的参数化扫描等功能研究探究了出入口位置、电池间距、冷却液热特性对浸没式液冷散热特性的影响。结果分析中采用了COMSOL丰富的后处理功能 ... Read More

模型通过锂离子电池模块和全局常微分和微分代数方程模块的耦合实现。 在锂离子电池模块中，将锂离子电池等效为一维模型（如图1所示），分别对应为铜箔，负极材料，隔膜，正极材料，铝箔。电池的循环步骤通过充分的循环边界来描述。考虑SEI膜生长造成的循环容量衰减，在多孔电极（负极）添加SEI膜电阻及子节点多孔电极反应来描述SEI生长过程。 在全局常微分与微分代数方程模块中，采用 ∂T/∂t(mCp)=Q-hA(T-T0) 公式来描述循环过程的产热情况，时刻记录循环过程中电池温度变化。通过电化学与热耦合来描述循环过程中电池自身的状态。改变充放电循环边界中的充放电电流大小（1C/1C ... Read More