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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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
随着电动汽车和储能系统的迅速发展，高功率电池与超级电容器的散热问题愈发突出。传统空冷或常规液冷方式难以兼顾紧凑空间中的高效散热与低能耗需求，因此亟需新的液冷板设计理念。针对这一挑战，本文提出了一种基于拓扑优化的液冷板设计方法，通过结构生成与算法优化的耦合，实现散热能力与流动效率的协同提升。 在方法上，首先建立拓扑优化密度模型，将温度控制与流阻约束同时纳入目标函数。随后，引入多目标优化框架，以电池最高温度、温差及压降为核心指标，利用代理模型与 NSGA-II 算法对设计域进行迭代演化，从而生成具有复杂分支与仿生特征的流道结构。进一步结合动态 TOPSIS 决策方法 ... 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
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
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
随着新能源产业的发展，社会对于储能装置的需求也越来越大。锌空气液流电池以其高能量密度、低廉的价格以及良好的安全性和稳定性引起了广泛的关注。然而，对于锌空气液流电池内部机理研究的缺乏限制了锌空气液流电池的进一步发展。这项工作通过COMSOL建立了一个三维锌空气液流电池的模型，研究了锌空气液流电池内部传输过程以及性能提升机理。模型使用了电化学模块，化学物质传递以及CFD模块。使用电化学模块中的二次电流分布耦合化学物质传递中的稀物质传递和浓物质传递来刻画电池的电化学反应和物质传递的过程。因在化学物质传递中存在对流传递项，因此 ... Read More
