2023 年 9 月 20 日 13:30–17:00

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COMSOL 主题日:电池

了解多物理场仿真的无限可能

新型能源在不同行业中的使用日趋广泛,锂离子电池是目前新型能源中研究较多、应用较为广泛的一类。 COMSOL Multiphysics® 软件作为一款多物理场仿真平台,可帮助您建立准确的高保真电池仿真模型,对电池的性能、结构、寿命、老化、热管理、安全等各方面进行仿真分析。您还可以将电池仿真模型与系统仿真和数字孪生模型相结合(如电动汽车传动系统),并创建仿真 App ,便捷地分享多物理场仿真的优势。

欢迎参加本次 COMSOL 主题日——电池专场,从主题演讲和技术演示中了解使用多物理场仿真研究和设计电池的优势。我们还将介绍 COMSOL Multiphysics® 中的相关功能,并演示如何在大型开发团队中使用该软件。

欢迎您邀请同事及好友参加此次活动。请查阅页面下方的日程表,了解活动的具体安排。

日程安排

1:30 p.m.

伴随着电动汽车、电化学储能及消费电子产品的不断发展和更新,电池已经成为很多行业中不可或缺的一部分。为了提高电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性等,工程人员对电池的设计进行着深度研发和创新,例如,高/低温性能、快充策略、热管理策略、固态电解质锂电池、钠离子电池,等等。多物理场仿真技术作为一种高效的方法,可以对各种电池中存在的电化学、传热、结构力学等复杂的多物理场现象进行耦合仿真分析,帮助研发人员深入理解相关原理,从而优化方案设计、缩短研发周期,以及节省实验投入的成本。

COMSOL 电池模块的强大仿真功能使 COMSOL® 成为电池相关领域建模和仿真的领先平台之一。在此基础上,通过 App 开发器、仿真 App 和模型管理器,我们的用户能够向前迈进一大步,让更多的科学家和工程师受益于高保真仿真。

在本环节中,我们将对 COMSOL 多物理场仿真软件的电池仿真功能和具体应用进行概述,并介绍如何利用仿真 App 和模型管理器促进团队之间的协作,将多物理场仿真的优势带给更多用户。

1:50 p.m.
主题演讲
基于热失控机理的电芯安全仿真分析

上海蔚来汽车有限公司,邹帅

电化学能源,特别是基于锂离子的锂电池技术,一直是电化学领域的焦点和长期关注的目标。电池作为能源存储的核心,扮演着关键的角色,从太阳能到电能,再到氢能、动力和热能系统,都离不开电池技术的支持。然而,随着电池技术的不断发展和应用范围的扩大,挑战也随之而来,其中之一就是电池热失控的问题。热失控是电池运行过程中的一种极端危险情况,可能导致严重的安全问题,因此,理解热失控的机理,模拟电池热失控行为以及开发有效的安全措施变得至关重要。

本报告将分享一系列关于电芯安全仿真分析的重要内容,包括电芯基本问题的描述、热失控模型开发的必要性、模型开发流程和目标价值等方面。介绍 COMSOL 在多物理场仿真方面的优势,并通过实际案例说明多物理场仿真策略在电芯安全仿真中的应用。报告中将深入探讨热失控仿真的反应时序机理,详细介绍电芯热失控仿真方案,并通过热失控相关案例来说明这一技术的落地可行性。深入了解电池热失控原理,将为电池技术的安全性提供更可靠的保障,推动电池技术的进一步发展。

2:20 p.m.
主题演讲
锂键化学推动锂电池高质量发展

清华大学,张强

电化学能源已成为构筑太阳能-电能-氢能/动力/热能系统的新途径,发展基于锂离子的锂电池技术是电化学领域的长期关注的目标。锂键概念的提出主要用于解释多硫化物与正极宿主材料之间的相互作用,但锂键也可以被广泛应用锂电池研究的各个方面,为锂电池的机理研究提供了一种新的视角。

本报告将锂键的概念引入到锂电池的研究中,并基于多硫化物与正极宿主材料相互作用的体系,系统地研究了锂键的几何结构、电子结构、键能、偶极等性质,并将这一概念引申到电解液、锂金属负极等体系。基础原理上的新认识会帮助我们更加清晰地了解自然界的本质,助力基于锂的化学电源探索和开发。

2:50 p.m.
主题演讲
电化学能源系统中的多场耦合建模研究

中国科学技术大学,谈鹏课题组,肖旭

在电力电子技术飞速发展的今天,电源技术的研究影响到社会发展、生产生活等诸多方面,因此电源技术的发展尤其受到重视,亟需开发高能量密度、高安全性、低成本且环境友好的新一代储能器件。电化学能源系统(包括锂离子电池、锂空气电池和锌空气电池)作为一种绿色环保的可靠储能方案被认为是有力的参与者,但由于系统的复杂性,涉及电化学、固体力学、材料科学、气液两相流体力学等跨学科交叉问题,需汇聚各个学科的力量进一步突破其中的关键问题。

本课题组从多物理场耦合建模的角度对电化学电池这一极具潜力的储能器件进行深入地探索,分别针对限制锂离子电池硅碳复合电极在锂化/去锂化的过程中存在的巨大体积变化问题、限制锂空气电池性能的关键因素之一(即固体产物和电荷以及物质传输耦合)以及限制锌空气电池性能的关键因素之一(即气体输运和枝晶生长过程)进行了深入研究。

3:20 p.m.
休息
3:30 p.m.
并行环节
电池热分析

多物理场仿真对于电动汽车动力电池的研发至关重要。由于电动汽车安全性的要求和动力电池工作温度区间的限制,分析电池产热的原因和机理对电池热管理系统的设计尤为关键。

COMSOL Multiphysics® 中的电池模块与传热模块相互耦合,为电池产热仿真分析提供了独特的强大环境,预置的仿真功能可用于计算电化学反应、焦耳热、共轭传热、蒸发、湍流非等温流和其他各种电池产热现象。

在本环节中,我们将介绍如何使用 COMSOL Multiphysics® 对电池产热现象进行仿真和分析,并将演示电芯、电池单元和电池组规模的仿真方法和模型。

电池模型的参数估计

电池的电化学模型中有些参数可能难以直接测量或确定,您可以在 COMSOL Multiphysics® 中使用基于物理场的模型和瞬态方法来高效地获得这些参数值,并用于后续模型的仿真计算。

在本环节中,我们将演示如何使用参数估计来辨识电池模型中的参数,并进行仿真设计。

4:10 p.m.
并行环节
电化学储能热管理和寿命仿真

得益于国家双碳目标和能源转型的不断深入,电化学储能的装机规模日益扩大,其中以锂离子电池作为基本储能单元的装机量占比最高。储能设备厂商和用户的关注点更聚焦于储能电池所面临的寿命、热安全等问题。借助 COMSOL® 多物理场仿真软件,可以对不同类型的电化学储能技术进行仿真分析,包括锂离子电池、液流电池、铅蓄电池、钠离子电池等。

在本环节中,我们将介绍如何使用 COMSOL® 对电化学储能系统中的热管理、热滥用以及寿命预测等方面进行准确的仿真和分析。

电池老化

电池经常会受到电极上副反应的影响,导致电池老化,同时增加了电池的安全风险。电池模块可用于模拟电池的老化机制,以及由此产生的电池容量衰减、功率性能下降、内阻增加等现象。

在电池模块中,任意副反应都可以在电池模型中体现,例如,析氢和析氧,以及由于沉积、析锂、金属腐蚀和石墨氧化而导致的固体电解质界面(SEI 膜)的生长。

在本环节中,我们将展示如何使用电池模块来模拟电池老化,并演示构建和运行容量衰减模型的过程。

5:00 p.m.
结束

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COMSOL 主题日详情

主办地开始时间:
2023 年 9 月 20 日 | 13:30 (UTC+08:00)
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特邀嘉宾

邹帅 上海蔚来汽车有限公司

邹帅,蔚来汽车电池系统开发部主任工程师,热电安全仿真负责人,具有扎实的流体传热理论及实践基础。在电池材料、极片、电芯层级的热安全、电安全、安全设计和电池工艺热流体等方面,具有丰富的仿真技术经验和工程经验。

张强 清华大学

张强,清华大学长聘教授,担任国家重点研发计划储能与智能电网专项专家组副组长。曾获得国家自然科学基金杰出青年基金、教育部自然科学一等奖、中国青年科技奖、英国皇家学会 Newton Advanced Fellowship 等多个奖项。长期从事能源化学与能源材料的研究,近年来面向能源存储和利用的重大需求,重点研究锂硫电池的原理和关键能源材料。发表论文300余篇,授权发明专利40余项。担任国际期刊 Angew. Chem. 首届顾问编辑、J Energy Chem, Energy Storage Mater 副主编,及多个国内外知名期刊编委。

肖旭 中国科学技术大学

肖旭,中国科学技术大学,博士后研究员,从事锂二氧化碳电池中物质传输和能量转化特性研究。已在国内外知名期刊发表论文 20 余篇,主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后特助项目等。