Updates im Battery Design Module
Für Nutzer des Battery Design Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.3 neue Funktionen für die Modellierung von Einzelpartikel-Elektroden, ein neues Interface zur Modellierung des Transports in beliebigen Elektrolytlösungen und die Möglichkeit, Ströme in Form der C-Rate anzugeben. Hier erfahren Sie mehr über die Updates.
Features für die Einzelpartikel-Elektrodenmodellierung
Das Interface Lumped Battery wurde um die Modelloption Two electrodes erweitert, mit der das Elektrodenpotential, die anfängliche Wirtskapazität und der Umwandlungsgrad für die beiden Elektroden in einer Batterie individuell definiert werden können. Die Funktionalität ermöglicht es Nutzern auch, individuelle Elektrodeneigenschaften zu definieren, um Ohmsche Aktivierung und Konzentrationsüberspannung zu berücksichtigen. Wenn die Konzentrationsüberspannung einbezogen werden, entspricht das Zwei-Elektroden-Modell der konzentrierten Batterie dem in der Literatur allgemein als Einzelpartikelmodell (single-particle model, SPM) bezeichneten Modell.
Zusätzlich wurde ein Feature für Thin Porous Electrode in den Interfaces Lithium-Ion Battery und Battery with Binary Electrolyte eingeführt. Es kann verwendet werden, um Elektroden an den Rändern eines Gebiets zu definieren, anstatt ein Gebiet zu definieren. Das Feature implementiert ein SPM unter der Annahme, dass die Stromverteilung und die Elektrolytzusammensetzung entlang der Elektrodendicke konstant sind – beispielsweise bei mäßiger Belastung. Es ist auch möglich, dieses Feature für Ränder mit der Theorie konzentrierter Lösungen für den Elektrolyttransport im Separator-Gebiet zu kombinieren, ein Modellierungsansatz, der in der wissenschaftlichen Literatur als Einzelpartikelmodell mit Elektrolytdynamik (SPMe) bezeichnet wird.
Sie können sich diese Features im Tutorial-Modell Single-Particle Modeling of Lithium-Ion Batteries ansehen.
C-Raten-Option für die Angabe des Gesamtstroms
Es ist jetzt eine Einstellung verfügbar, mit der der Strom in Form einer C-Rate an den Rändern des Stromkollektors angegeben werden kann. Eine 1C-Rate entspricht dem Strom, der erforderlich ist, um einen Akku in einer Stunde vollständig zu laden oder zu entladen. Die Option C-rate multiple ist in allen Elektroden-Features verfügbar, in denen eine Gesamtstrombedingung angegeben werden kann, zum Beispiel im Interface Lumped Battery und, wenn das Feature SOC and Initial Charge Distribution aktiviert ist, in den Interfaces Lithium-Ion Battery und Battery with Binary Electrolyte. Die folgenden Tutorial-Modelle veranschaulichen dieses neue Feature:
- lmo_decomposition (neu)
- li_battery_multiple_materials_1d
- li_battery_solid_electrolyte
- li_battery_thermal_2d
- li_plating
- lib_single_particle
- lumped_li_battery_capacity_loss
- pouch_cell_utilization
- sei_formation
Interface Concentrated Electrolyte Transport
Ein Interface Concentrated Electrolyte Transport ist jetzt verfügbar, um den Transport in jeder beliebigen Elektrolytlösung mit einer beliebigen Anzahl geladener und ungeladener Spezies zu modellieren. Dieses elektrochemische Interface basiert auf der Theorie konzentrierter Lösungen, bei der die Transportgleichungen unter Verwendung binärer Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizienten definiert werden, wobei lokale Elektroneutralität vorausgesetzt wird. Im Gegensatz zu den Nernst-Planck-Gleichungen geht die Theorie konzentrierter Lösungen nicht davon aus, dass die Elektrolytspezies in einem neutralen Lösungsmittel konstanter Konzentration verdünnt sind. Typische Elektrolyte, die modelliert werden können, sind ionische Flüssigkeiten, Salzschmelzen und hochkonzentrierte Lösungen mit nicht vernachlässigbaren Konzentrationsgradienten der ladungstragenden Spezies. Das neue Tutorial-Modell Molten Carbonate Transport veranschaulicht diese Funktionalität.
Logarithmische Formulierung für den Elektrolyt-Stofftransport
Eine logarithmische Formulierung für die Elektrolytsalzkonzentration wurde zu den Interfaces Lithium-Ion Battery und Battery with Binary Electrolyte hinzugefügt. Die neue Formulierung beseitigt Probleme im Zusammenhang mit negativen Werten (aufgrund von numerischen Fehlern während der Iteration) der Salzkonzentration in einem Elektrolyten. Die Funktionalität verbessert die Konvergenz bei der Lösung der Modellgleichungen für Modelle mit hohen Lade- und/oder Entladeraten, die zu einer lokalen Erschöpfung des Elektrolytsalzes in den Elektroden führen können. Die logarithmische Formulierung ist besonders nützlich, wenn eine Parameterschätzung oder ein Ersatzmodell-Training zur Verbesserung der Konvergenz im gesamten Parameterraum durchgeführt wird. Die Tutorial-Modelle Surrogate Model Training of a Battery Rate Capability Model und Surrogate Model of a Battery Test Cycle zeigen dieses Update.
Feature Explicit Event List im Interface Events
Ein explizites Ereignis wird häufig im Interface Events verwendet, um den zeitabhängigen Löser vorübergehend anzuhalten, den Wert einer oder mehrerer Zustandsvariablen zu einem bestimmten expliziten Zeitpunkt neu zu definieren und den Löser dann neu zu starten. Die Definition von Laständerungen in einem Akkumodell unter Verwendung von Ereignissen anstelle von zeitabhängigen kontinuierlichen Funktionen kann zu erheblichen Leistungssteigerungen führen, da der kontinuierliche Übergang zwischen den aktuellen Lastschritten nicht in Bezug auf die Zeit aufgelöst werden muss. Im Interface Events ermöglicht ein neues Feature namens Explicit Event List die Definition mehrerer expliziter Ereignisse unter Verwendung einer Liste von Zeitpunkten und entsprechenden Variablenwerten für eine gemeinsame Zustandsvariable. Die Eingabe erfolgt in Form einer Tabelle, d. h. die Liste der Ereignisse kann aus einer Textdatei geladen werden. Das Tutorial-Modell 1D Lithium-Ion Battery Drive-Cycle Monitoring wurde aktualisiert, und nutzt jetzt dieses neue Feature.
Result Templates in den Interfaces Chemical Species Transport
Das Erstellen nützlicher und visuell ansprechender Plots von reaktiven Systemen kann zeitaufwendig sein, da oft viele Reaktanten und somit viele Konzentrationsfelder zu plotten sind. Um Zeit zu sparen, gibt es eine Reihe neuer Result Templates in den Interfaces Chemical Species Transport. Darunter sind jetzt Plot-Array-Vorlagen verfügbar, die bis zu vier Spezieskonzentrationen gleichzeitig im Grafikfenster anzeigen. Die Result Templates sind für alle Interfaces Chemical Species Transport verfügbar, unabhängig vom Add-On-Produkt, aber besonders nützlich für die Mehrkomponenten-Transport-Interfaces, die in den Modulen für Chemietechnik sowie im CFD Module, Porous Media Flow Module, Subsurface Flow Module und Microfluidics Module enthalten sind.
Neue und aktualisierte Tutorial-Modelle
COMSOL Multiphysics® Version 6.3 enthält mehrere neue und aktualisierte Tutorial-Modelle für das Battery Design Module.
Lithium Plating and Stripping
Copper Current-Collector Dissolution
LMO Decomposition
Surrogate Model of a Battery Test Cycle
Heterogeneous Lithium-Ion Battery
Single-Particle Modeling of Lithium Ion-Batteries
Digital Twin Analyzer of an Electric Scooter Battery
lib_digital_twin_analyzer
lib_digital_twin_simulator
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