See How Modeling and Simulation Is Used Across Industries
Multiphysics modeling and simulation drives innovation across industries and academia — as is evidenced by the many uses showcased in the technical papers and posters presented by engineers, researchers, and scientists at the COMSOL Conference each year.
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锂离子电池在便携式电子设备领域占据主导地位，并显著推动了电动汽车的商业化进程。当前全球研发重点集中于开发具有高能量密度、快速充放电能力、高功率输出、低成本及高安全性的电池系统。在材料选择中，机械强度的耐久性与长周期循环的结构完整性成为关键评价指标。锂离子电池内部存在显著的电化学-力学耦合行为，表现为大变形、塑性流动、裂纹扩展与疲劳等现象，进而引起电极剥离、孔隙闭合以及副反应加速等多种失效模式。其中，正极颗粒的破裂等力学-电化学退化机制是限制锂离子电池性能的主要因素之一，因此深入研究正极材料在多场耦合条件下的响应机制，对实现下一代高能量密度电池至关重要。 钴酸锂 ... Read More
随着目前储能系统市场需求，电芯容量尺寸大型化已成趋势，与此同时研究电池内部热失控特征十分重要。在本研究中，通过COMSOL固体传热模块，建立细化的热失控单体模型来研究电池内部热失控特征，并且提出了触发能量作为不同热滥用工况下评价锂离子电池热安全性的重要指标，随后基于建立并验证的模型研究电池设计参数电池厚度以及卷芯数对热失控行为的影响。在COMSOL几何中，详细构建电芯铝制外壳及内部空气域，很好的验证了由于空气热扩散系数小于电池材料而导致的传热速度不一致现象。仿真的结果表明双卷芯的大容量电池热失控内部传递过程可分为四个特征阶段 ... Read More
本研究围绕锌溴液流电池的性能分析，利用 COMSOL Multiphysics 建立了电化学过程的多物理场模型。该模型结合了电极反应与离子迁移等关键环节，用于描述电池在充放电过程中的特性变化。通过仿真获得了电压、电流及浓度随时间的演化规律，并比较了不同运行条件下的性能差异。结果显示，模型能够合理反映电池的主要工作机制，为进一步的结构设计与参数优化提供了参考依据。 Read More
新能源汽车电池热失控特征极大关系着电池的安全边界，本文通过建立单体NCM电池的一维产气反应动力学耦合三维传热几何仿真模型，对电池热失控期间的温度，膨胀力特征进行分析。在COMSOL Multiphysics中先依据电池尺寸建立电池三维几何模型，电池结构为长方体热源，不额外考虑电池极耳的发热功率，将电池视作导热系数各向同性的集总热模型，之后在几何模型的基础上建立一维副反应动力学模型，利用偏微分方程接口模块实现实现电池热失控副反应产热量的计算，最后利用固体传热模块完成电池温度与产热的耦合，并输出相对应的膨胀力数值。通过完成验证的热失控模型，针对热滥用情况中的SOC ... Read More
为满足电动汽车对长续航和快充电的需求，提升锂离子电池的能量密度和快充性能至关重要。锂离子电池在快速充放电过程中的电极结构退化问题已成为制约其性能提升的关键瓶颈。尤其在高倍率循环条件下，电极活性颗粒内部会因锂离子浓度梯度和相变引发的非均匀体积膨胀而产生显著的机械应力，进而导致微裂纹的萌生与扩展。本研究建立了耦合锂离子扩散、相变、应力演化及断裂过程的COMSOL模型，系统研究了单晶电极颗粒、二级电极颗粒和厚电极的断裂行为。在单晶颗粒尺度，建立了耦合锂扩散、相变、应力与断裂的相场模型。研究发现脱锂路径具有取向依赖性，导致非均匀相变与晶格失配应力 ... Read More
本研究针对浸没式电池热管理系统在静置工况下的自然对流特性展开探讨。采用新型低黏度油液作为浸没介质，设计了典型的电池热管理单元和模组。基于电池产热模型，利用COMSOL Multiphysics建立了三维数值模型，耦合求解传热与流体流动方程，并结合Boussinesq假设描述自然对流效应。通过实验对比电池在空气及油液中的放电温升，验证了模型可靠性，仿真与实测结果差异小于1.5 ℃。结果表明，随着浸没液厚度增加，自然对流逐渐增强，液体最大流速超过2.5 mm/s。液层厚度为10 mm 时，电池平均温度下降1.4 ℃，但温差由1.27 ℃增至 3.14 ℃ ... Read More
1)通过COMSOL Multiphysics搭建单体锂离子电池伪二维P2D电化学模型；2)在伪二维P2D电化学模型中加入副反应的偏微分方程搭建电池电化学容量衰减模型；3)电池电化学容量衰减模型耦合传热模型搭建单体锂电池电化学-热耦合容量衰减模型；4)对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；5)将锂离子电池进行串并联，建立m并n串电池组模型，以“+”表示电池正极，“-”表示电池负极，根据平均算子方法搭建锂离子电池组寿命预测模型，给电池组模型定义相应的边界条件；6)预测电池组在不同循环条件下的容量、电化学或热性能。 本发明利用平均算子方法和边界相似性 ... Read More
高效光伏发电是以清洁能源实现未来碳中和的重要环节。钙钛矿/晶硅叠层电池是光伏降本增效的新兴技术之一。半透明钙钛矿电池作为叠层的顶部子电池，其在实际运作中的稳定性尚需提升，是左右最终叠层性能的关键。室内加速老化测试是稳定性表征的一环，其通过在时域中的电流-电压（i-V）数据将电池的性能可视化，生成的庞大数据可使用光电模型进行深入解析，以辅助阐明老化机理。然而，光电模型的计算效率并不能满足同时处理大量i-V数据的需求。基于此问题，我们通过实验数据与COMSOL仿真数据结合的方式，训练替代光电模型的高效神经网络代理模型，以实时辅助电池稳定性数据表征（示例图见图1）。 ... Read More
简介: 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。 Read More
在设计方型电池充电策略时，往往需要先获得电池在不同温度的充电能力。制作方型电池三电极并测试其不同温度的充电能力过程繁琐且成功率低，因此通常采取制作相同材料的小容量软包三电极电池，进行不同温度、不同倍率充电测试并监控负极电位，作出充电能力曲线。但是小容量软包（<10Ah）与大容量方型（>100Ah）电池的结构差异较大，不能准确反映方型电池的充电能力。 利用COMSOL直接仿真长度约260mm，容量108Ah的方型电池的充电能力。在COMSOL中耦合锂电池模块和固体传热模块，建立方型电池模型。输入方型电池的设计信息，正负极材料半电池充放电数据和方型电池在-20℃、 ... Read More
