バッテリデザインモジュールアップデート
バッテリデザインモジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics® バージョン 6.3 では, 単一粒子電極モデリングの新しい機能, 任意の電解質溶液の輸送をモデル化する新しいインターフェース, および C レートで電流を指定する機能が導入されています. これらの更新の詳細については, 以下を参照してください.
単一粒子電極モデリングの機能
2つの電極モデルオプションが, 集中電池インターフェースに追加されました. このオプションを使用すると, 電池内の2つの電極の電極電位, 初期ホスト容量, および変換度を個別に定義できます. この機能を使用すると, 個々の電極特性を定義して, オーム活性化と濃度過電圧を考慮することもできます. 濃度過電圧を含めると, 集中電池の2つの電極モデルは, 文献で一般に単一粒子モデル (SPM) と呼ばれているものと同じになります.
さらに, 薄い多孔質電極機能がリチウムイオン電池、および、バイナリ電解質電池インターフェースに導入されました. この機能を使用すると, ドメインを定義する代わりに, ドメイン境界で電極を定義できます. この機能は, 中程度の負荷がかかっている場合など, 電極の厚さに沿って電流分布と電解質組成が一定であると仮定して SPM を実装します. この境界機能を, セパレーター領域での電解質輸送の濃縮溶液理論と組み合わせることもできます. これは, 科学文献では電解質ダイナミクスを備えた単一粒子モデル (SPMe) と呼ばれるモデリング手法です.
これらの機能は, リチウムイオン電池の単一粒子モデリングチュートリアルモデルで確認できます.
合計電流を指定するための C レートオプション
電流コレクター境界での C レートで電流を指定する設定が利用できるようになりました. 1C レートは, 1時間で電池を完全に充電または放電するために必要な電流に相当します. C レートの倍数オプションは, 総電流条件を指定できるすべての電極機能で使用できます. たとえば, 集中電池インターフェースや, SOC および初期充電配分機能が有効になっている場合は, リチウムイオン電池, および, バイナリ電解質インターフェースで使用できます. 次のチュートリアルモデルは, この新しい機能を示しています:
- lmo_decomposition (新規)
- 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
濃縮電解質輸送インターフェース
濃縮電解質輸送インターフェースは, 任意の数の荷電種と非荷電種を含む任意の電解質溶液の輸送をモデル化するために使用できるようになりました. この電気化学インターフェースは濃縮溶液理論に基づいており, 輸送方程式は局所的な電気的中性を想定した 二元マクスウェル・ステファン拡散係数を使用して定義されます. ネルンスト・プランク方程式とは対照的に, 濃縮溶液理論では電解質種が一定濃度の中性溶媒で希釈されることを想定していません. モデル化できる一般的な電解質には, イオン液体, 塩溶融物, および電荷を運ぶ種の無視できない濃度勾配を特徴とする高濃度溶液が含まれます. 新しい溶融炭酸塩輸送チュートリアルモデルは, この機能を紹介します.
電解質質量輸送の対数定式化
電解質塩濃度の対数定式化が, リチウムイオン電池および二元電解質電池インターフェースに追加されました. 新しい定式化により, 電解質中の塩濃度の負の値 (反復中の数値エラーによる) に関連する問題が解消されます. この機能により, 充電および/または放電率が高いモデルのモデル方程式の解法中に収束が改善されます. 充電および/または放電率が高いと, 電極内の電解質塩が局所的に枯渇する可能性があります. 対数定式化は, パラメーター推定または代理モデルトレーニングを実行してパラメーター空間全体の収束を改善する場合に特に役立ちます. 電池レート機能モデルの代理モデルトレーニングと電池テストサイクルの代理モデルのチュートリアルモデルに, この新しい更新が表示されます.
イベントインターフェースの明示的なイベントリスト機能
明示的なイベントは, イベントインターフェースで時間依存ソルバーを一時的に停止し, 特定の明示的な時間に1つまたは複数の状態変数の値を再定義してから, ソルバーを再起動するためによく使用されます. 時間依存の連続関数ではなくイベントを使用して電池モデルで負荷の変化を定義すると, 現在の負荷ステップ間の連続的な遷移を時間に関して求解する必要がないため, パフォーマンスが大幅に向上します. イベントインターフェースでは, 新しい明示的なイベントリスト機能により, 共通の状態変数の時間のリストと対応する変数値を使用して, 複数の明示的なイベントを定義できます. 入力はテーブル形式であるため, イベントのリストはテキストファイルから読み込むことができます. 1Dリチウムイオン電池駆動サイクルモニタリングチュートリアルモデルは, この新しい機能を使用するように更新されました.
化学種輸送インターフェースの結果テンプレート
反応系の有用で視覚的に魅力的なプロットの作成には, 多くの反応物とプロットする濃度場が多数あることが多いため, 時間がかかります. 時間を節約するために, 化学種輸送インターフェースにはいくつかの新しい結果テンプレートがあります. これらの中には, グラフィックスウィンドウに最大4つの種の濃度を同時に含めるアレイプロットテンプレートが用意されています. 結果テンプレートは, アドオン製品に関係なく, すべての化学種輸送インターフェースで使用できますが, 化学工学モジュール, CFD モジュール, 多孔質媒体流れモジュール, 地下水流モジュール, およびマイクロフルイディクスモジュールに含まれる多成分輸送インターフェースで特に役立ちます.
新規および更新されたチュートリアルモデル
COMSOL Multiphysics® バージョン 6.3 では, バッテリデザインモジュールにいくつかの新規および更新されたチュートリアルモデルが追加されました.
銅電流コレクターの溶解
LMO 分解
電池テストサイクルの代理モデル
異種リチウムイオン電池
リチウムイオン電池の単粒子モデリング
Digital Twin Analyzer of an Electric Scooter Battery
lib_digital_twin_analyzer
lib_digital_twin_simulator
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