锂电池仿真技术通过建立数学物理模型,分析电池工作过程中电化学反应、结构应力、流体传热等多物理场的相互作用机理,探究其演化规律,能够为电芯设计、电池产热研究以及电池安全性分析等领域提供强有力指导。COMSOL Multiphysics具有强大的多物理场耦合仿真功能和高效的计算性能,满足了锂电池建模仿真需求,能够获得我们无法通过实验获得的数据,对指导锂电池设计和生产,降低工作量、提升工作效率具有重要意义。
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“COMSOL锂电池仿真技术与应用”课程大纲
(一)入门篇:COMSOL软件操作与建模流程
COMSOL仿真流程与技巧
1、多物理场仿真背景与技术前沿;
2、COMSOL操作界面介绍及操作技巧;
3、几何建模方法:二维和三维建模流程和快速建模方法;
4、网格剖分:网格剖分原理和方法,不同区域网格设置技巧;
5、求解器:稳态和瞬态求解器详解:参数、变量、函数、探针、扫描使用方法;
6、后处理技巧:数据集处理以及求解域数据、不同类型输出图像处理方法;数据处理二次计算,任意表达式的计算和结果显示;
7、案例实战:电池放电与传热模型。
自定义偏微分方程(PDE)与常微分方程(ODE)
1、PDE的作用和不同数理方程的问题分析;
2、预置PDE偏微分方程的使用方法;
3、弱形式方程推导流程和在软件中使用方法;
4、ODE方程的作用和使用方法;
5、相场模型与PDE方程推导;自定义PDE方程的实现与几何建模。
6、案例实战:枝晶生长模型。
动网格(ALE)与变形几何(DG)
1、动网格和变形几何的作用介绍;
2、动网格与变形几何演示讲解,针对使用动网格后各种不收敛时的调试技巧详解,网格重构,平滑模型、几何阶数、重构策略、计算稳定技巧等;
3、案例实战:采用变形几何对枝晶生长模型仿真案例。
JAVA语言应用初步
1、COMSOL中JAVA编程说明;
2、案例实战:异构电极JAVA开发案例。
(二)基础篇:电化学/电池建模理论与仿真技术
电化学/锂电池仿真技术
1、电化学仿真技术简介;
2、电化学仿真技术在锂离子电池领域的应用;
3、锂电池电化学仿真的主要原理及基础理论概述;
4、电芯多尺度仿真主要方案的基本理论和适应范围,包括Newman模型(P2D模型)、非均质模型、单颗粒电池模型、集总电池模型、电池等效电路等。
电池及相关模块详解
1、基于COMSOL锂电池基本建模理论框架;
2、COMSOL中各种电池模块的适应范围和功能讲解;
3、纽曼模型的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围,Butler-Volmer 方程,均质化多孔电极假设及反应分析方法,纽曼模型建模方法和要点,双电层效应,固态电解质锂离子电池模型;
4、单颗粒模型的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围、建模方法和要点;
5、集总电池的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围,基于集总模型的电池平衡电位、电压损失、容量损失等,集总模型的建模方法和要点,基于集总电池的电池组模型;
6、COMSOL电路模块介绍,锂离子电池等效电路模型的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围、建模方法和要点;
7、锂离子电池热管理基础,COMSOL流体与传热模块的基本介绍,流体传热仿真的基本理论框架、关键接口及设置的意义,湍流模型简介,传热模型设置,电池层及锂离子电池导热系数设置等;
8、COMSOL中物质扩散模块适应范围和功能讲解,主要参数设置方法。
案例实战
1、基于P2D锂离子电池等温模型;
2、基于P2D锂离子电池充放电倍率;
3、P2D模型中SEI膜设置;
4、基于P2D固态电解质锂离子电池案例;
5、锂离子电池单颗粒模型案例;
6、集总参数模型案例;
7、等效电路锂离子电池建模案例;
8、圆柱锂电池散热集总法建模案例;
9、流动传热锂离子电池热管理建模案例;
10、锂离子电池的异构模型;
11、纽曼模型与电路耦合;
12、基于纽曼模型的亚极片仿真;
13、析锂问题分析及仿真。
(三)进阶篇:电池仿真工程案例与实验建模
电池标准化建模
1、电池标准化建模的概念;
2、电池必要的建模参数的工程意义,以及相关标定实验、获取方法,包括材料克容量理论计算、材料SOC、电池热力学SOC、测试SOC概念、SOC与固相锂浓度关系、极片涂层均质多孔介质参数等;
3、案例实战:从电池设计参数如何进行COMSOL仿真参数翻译。
锂电池电化学实验与仿真
1、锂电池电化学实验的意义,常见电化学实验原理介绍;
2、常见电化学实验中复杂充放电工步介绍:恒流、恒压、恒功率,浓差极化,电化学极化,欧姆极化,相关电化学现象理论;
3、不同电化学实验数据分析方法和注意事项;
4、COMSOL电分析模块介绍,包括主要电分析模拟方法,电分析模块的主要计算原理,主要参数和边界条件设置等;
5、案例实战:线性扫描伏安法(LSV);
6、案例实战:循环伏安法(CV);
7、案例实战:电化学阻抗谱EIS技术;
8、案例实战:直流内阻DCIR技术;
9、案例实战:交流内阻ACIR技术;
10、创新实验案例实战:宏电极与微电极仿真、旋转圆盘电极仿真、铜丝三电极技术等。
真实复杂充放电工况仿真
1、实际锂电池使用过程中复杂充电策略制定的背景及意义;
2、实际过程中锂离子电池的老化机理、分类、数值模型和解决方案;
3、案例实战:HPPC复杂充放电工况;
4、案例实战:试电流功率谱仿真;
5、案例实战:电池日历老化;
6、案例实战:电池循环老化;
7、案例实战:电池锂枝晶生长老化;
8、案例实战:电极SEI膜生长老化。
动力电池与储能电池仿真
1、动力电池与储能电池的主要异同、发展现状、使用工况、系统结构及主要仿真模型;
2、电池热管理技术,电化学热源理论、电池发热与流动传热耦合,风冷与液冷仿真技术;
3、案例实战:280A储能电池建模;
4、案例实战:大容量电池建模方法;
5、案例实战:自然对流下电池充放电自生热效应;
6、案例实战:自然对流下电池循环电化学热应力仿真。
其他类型电池仿真
1、单电子转移反应与多电子转移反应;
2、锂/钠/钾电池的建模差异分析;
3、常见电池电化学反应原理对比;
4、案例实战:锂金属电池建模;
5、案例实战:锂空气电池建模;
6、案例实战:锂硫电池建模;
7、案例实战:钠钾电池建模。
(四)高级篇:电池复杂工程问题与仿真前沿技术
电池应力及电池热-电-力耦合仿真方法
1、锂离子电池中力学-电化学耦合仿真场景及应用背景;
2、连续介质力学基础理论;
3、锂电池中颗粒中扩散诱导应力理论,核壳、空心、捆绑、异形电极颗粒结构力学演化,P2D模型中两个维度的力学演化;
4、常见的力电强耦合场景介绍,力电耦合模拟方法分析,热-电-力耦合膨胀分析,极片的膨胀曲线和实验表征,电池膨胀过程仿真方法;
5、电池内部应力对电化学场/电池机械性能影响,外部应力对电芯内部电化学性能的影响,外部载荷下 EIS 分析电池内部状态变化,电池应力集中、老化、屈服与断裂;
6、案例实战:电池循环膨胀与收缩;
7、案例实战:异形电极膨胀仿真:空心、管状、捆绑结构;
8、案例实战:电池内部产气软膨胀;
9、案例实战:异构锂离子电池模型中的力学仿真;
10、案例实战:典型力电强耦合仿真。
储能电池系统热管理技术
1、电池热管理系统技术路线;
2、案例实战:储能系统风冷方案设计;
3、案例实战:电池系统液冷方案设计;
4、案例实战:储能系统相变冷却方案设计。
极端工况电源管理方案
1、一般电池的热失控与低温失效;
2、案例实战:极寒工况下电芯保护设计与直充直放;3、案例实战:低温环境下电池快速冷启动过程设计与评价;
4、案例实战:高温环境下电池快速降温启动过程设计与评价。
高级电池设计/仿真方法
1、电池循环膨胀收缩仿真;
2、电池自定义额外维度;
3、电池产气仿真;
4、电池内部复杂副反应老化机理;
5、电池仿真自动化驱动技术。
电池离散元仿真技术应用
1、非连续介质与离散元理论介绍(粉末,极片,浆料,电芯);
2、离散元仿真技术在电池产线上的应用。
COMSOL高级开发技巧
1、复杂工况下的COMSOL & Simulink联合仿真方法;
2、耦合算法的COMSOL & Matlab联合仿真方法;
3、COMSOL & JAVA联合仿真方法。
定制需求与答疑指导
1、本课程学习视频支持永久回放,永久微信学员群,长期答疑和技术指导;2、如企业/学员有需求,可以补充其他物理场讲解和实际解决工程问题;3、通过本课程学习,帮助学员系统掌握锂电池仿真技术,应用到科研实践,胜任电池行业研发工作。
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“COMSOL锂电池仿真技术与应用”课程大纲
(一)入门篇:COMSOL软件操作与建模流程
COMSOL仿真流程与技巧
1、多物理场仿真背景与技术前沿;
2、COMSOL操作界面介绍及操作技巧;
3、几何建模方法:二维和三维建模流程和快速建模方法;
4、网格剖分:网格剖分原理和方法,不同区域网格设置技巧;
5、求解器:稳态和瞬态求解器详解:参数、变量、函数、探针、扫描使用方法;
6、后处理技巧:数据集处理以及求解域数据、不同类型输出图像处理方法;数据处理二次计算,任意表达式的计算和结果显示;
7、案例实战:电池放电与传热模型。
自定义偏微分方程(PDE)与常微分方程(ODE)
1、PDE的作用和不同数理方程的问题分析;
2、预置PDE偏微分方程的使用方法;
3、弱形式方程推导流程和在软件中使用方法;
4、ODE方程的作用和使用方法;
5、相场模型与PDE方程推导;自定义PDE方程的实现与几何建模。
6、案例实战:枝晶生长模型。
动网格(ALE)与变形几何(DG)
1、动网格和变形几何的作用介绍;
2、动网格与变形几何演示讲解,针对使用动网格后各种不收敛时的调试技巧详解,网格重构,平滑模型、几何阶数、重构策略、计算稳定技巧等;
3、案例实战:采用变形几何对枝晶生长模型仿真案例。
JAVA语言应用初步
1、COMSOL中JAVA编程说明;
2、案例实战:异构电极JAVA开发案例。
(二)基础篇:电化学/电池建模理论与仿真技术
电化学/锂电池仿真技术
1、电化学仿真技术简介;
2、电化学仿真技术在锂离子电池领域的应用;
3、锂电池电化学仿真的主要原理及基础理论概述;
4、电芯多尺度仿真主要方案的基本理论和适应范围,包括Newman模型(P2D模型)、非均质模型、单颗粒电池模型、集总电池模型、电池等效电路等。
电池及相关模块详解
1、基于COMSOL锂电池基本建模理论框架;
2、COMSOL中各种电池模块的适应范围和功能讲解;
3、纽曼模型的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围,Butler-Volmer 方程,均质化多孔电极假设及反应分析方法,纽曼模型建模方法和要点,双电层效应,固态电解质锂离子电池模型;
4、单颗粒模型的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围、建模方法和要点;
5、集总电池的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围,基于集总模型的电池平衡电位、电压损失、容量损失等,集总模型的建模方法和要点,基于集总电池的电池组模型;
6、COMSOL电路模块介绍,锂离子电池等效电路模型的理论框架、基本假设、优缺点及适用范围、建模方法和要点;
7、锂离子电池热管理基础,COMSOL流体与传热模块的基本介绍,流体传热仿真的基本理论框架、关键接口及设置的意义,湍流模型简介,传热模型设置,电池层及锂离子电池导热系数设置等;
8、COMSOL中物质扩散模块适应范围和功能讲解,主要参数设置方法。
案例实战
1、基于P2D锂离子电池等温模型;
2、基于P2D锂离子电池充放电倍率;
3、P2D模型中SEI膜设置;
4、基于P2D固态电解质锂离子电池案例;
5、锂离子电池单颗粒模型案例;
6、集总参数模型案例;
7、等效电路锂离子电池建模案例;
8、圆柱锂电池散热集总法建模案例;
9、流动传热锂离子电池热管理建模案例;
10、锂离子电池的异构模型;
11、纽曼模型与电路耦合;
12、基于纽曼模型的亚极片仿真;
13、析锂问题分析及仿真。
(三)进阶篇:电池仿真工程案例与实验建模
电池标准化建模
1、电池标准化建模的概念;
2、电池必要的建模参数的工程意义,以及相关标定实验、获取方法,包括材料克容量理论计算、材料SOC、电池热力学SOC、测试SOC概念、SOC与固相锂浓度关系、极片涂层均质多孔介质参数等;
3、案例实战:从电池设计参数如何进行COMSOL仿真参数翻译。
锂电池电化学实验与仿真
1、锂电池电化学实验的意义,常见电化学实验原理介绍;
2、常见电化学实验中复杂充放电工步介绍:恒流、恒压、恒功率,浓差极化,电化学极化,欧姆极化,相关电化学现象理论;
3、不同电化学实验数据分析方法和注意事项;
4、COMSOL电分析模块介绍,包括主要电分析模拟方法,电分析模块的主要计算原理,主要参数和边界条件设置等;
5、案例实战:线性扫描伏安法(LSV);
6、案例实战:循环伏安法(CV);
7、案例实战:电化学阻抗谱EIS技术;
8、案例实战:直流内阻DCIR技术;
9、案例实战:交流内阻ACIR技术;
10、创新实验案例实战:宏电极与微电极仿真、旋转圆盘电极仿真、铜丝三电极技术等。
真实复杂充放电工况仿真
1、实际锂电池使用过程中复杂充电策略制定的背景及意义;
2、实际过程中锂离子电池的老化机理、分类、数值模型和解决方案;
3、案例实战:HPPC复杂充放电工况;
4、案例实战:试电流功率谱仿真;
5、案例实战:电池日历老化;
6、案例实战:电池循环老化;
7、案例实战:电池锂枝晶生长老化;
8、案例实战:电极SEI膜生长老化。
动力电池与储能电池仿真
1、动力电池与储能电池的主要异同、发展现状、使用工况、系统结构及主要仿真模型;
2、电池热管理技术,电化学热源理论、电池发热与流动传热耦合,风冷与液冷仿真技术;
3、案例实战:280A储能电池建模;
4、案例实战:大容量电池建模方法;
5、案例实战:自然对流下电池充放电自生热效应;
6、案例实战:自然对流下电池循环电化学热应力仿真。
其他类型电池仿真
1、单电子转移反应与多电子转移反应;
2、锂/钠/钾电池的建模差异分析;
3、常见电池电化学反应原理对比;
4、案例实战:锂金属电池建模;
5、案例实战:锂空气电池建模;
6、案例实战:锂硫电池建模;
7、案例实战:钠钾电池建模。
(四)高级篇:电池复杂工程问题与仿真前沿技术
电池应力及电池热-电-力耦合仿真方法
1、锂离子电池中力学-电化学耦合仿真场景及应用背景;
2、连续介质力学基础理论;
3、锂电池中颗粒中扩散诱导应力理论,核壳、空心、捆绑、异形电极颗粒结构力学演化,P2D模型中两个维度的力学演化;
4、常见的力电强耦合场景介绍,力电耦合模拟方法分析,热-电-力耦合膨胀分析,极片的膨胀曲线和实验表征,电池膨胀过程仿真方法;
5、电池内部应力对电化学场/电池机械性能影响,外部应力对电芯内部电化学性能的影响,外部载荷下 EIS 分析电池内部状态变化,电池应力集中、老化、屈服与断裂;
6、案例实战:电池循环膨胀与收缩;
7、案例实战:异形电极膨胀仿真:空心、管状、捆绑结构;
8、案例实战:电池内部产气软膨胀;
9、案例实战:异构锂离子电池模型中的力学仿真;
10、案例实战:典型力电强耦合仿真。
储能电池系统热管理技术
1、电池热管理系统技术路线;
2、案例实战:储能系统风冷方案设计;
3、案例实战:电池系统液冷方案设计;
4、案例实战:储能系统相变冷却方案设计。
极端工况电源管理方案
1、一般电池的热失控与低温失效;
2、案例实战:极寒工况下电芯保护设计与直充直放;3、案例实战:低温环境下电池快速冷启动过程设计与评价;
4、案例实战:高温环境下电池快速降温启动过程设计与评价。
高级电池设计/仿真方法
1、电池循环膨胀收缩仿真;
2、电池自定义额外维度;
3、电池产气仿真;
4、电池内部复杂副反应老化机理;
5、电池仿真自动化驱动技术。
电池离散元仿真技术应用
1、非连续介质与离散元理论介绍(粉末,极片,浆料,电芯);
2、离散元仿真技术在电池产线上的应用。
COMSOL高级开发技巧
1、复杂工况下的COMSOL & Simulink联合仿真方法;
2、耦合算法的COMSOL & Matlab联合仿真方法;
3、COMSOL & JAVA联合仿真方法。
定制需求与答疑指导
1、本课程学习视频支持永久回放,永久微信学员群,长期答疑和技术指导;2、如企业/学员有需求,可以补充其他物理场讲解和实际解决工程问题;3、通过本课程学习,帮助学员系统掌握锂电池仿真技术,应用到科研实践,胜任电池行业研发工作。
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