P2D模型
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2019-08-29
P2D模型的實例教程
COMSOL 仿真基礎
1.1 數值仿真基本要素及其在 COMSOL 中的對應
1.1.1 模型參數與變量
1.1.2 物理場添加及電解條件設置
1.1.3 模型構建與網格劃分
1.1.4 求解器類型與設置
1.1.5 后處理及數據分析
1.2 COMSOL 中鋰離子電池接口介紹
1.2.1 電池基本物理過程及控制方程
1.2.2 常用電池邊界條件及初始條件
1.2.3 常用電池電極材料參數設置
2. 鋰離子電池 P2D 模型
2.1 P2D 模型的理解與分析
2.2 COMSOL 中電池 P2D 模型構建
2.2.1 模型參數輸入
2.2.2 模型構建及模型材料設置
2.2.3 電池物理方程及參數設置
2.2.4 網格劃分與求解器設置
2.3 電池典型充放電過程仿真及后處理技巧
3. 鋰離子電池電化學-熱耦合模型
3.1 P2D 電化學模型與電池熱模型耦合
3.2 電池集總參數模型及其與電池熱模型耦合
3.3 兩種電池電(化學)-熱耦合模型的區別及應用場景
3.4 圓柱形或方形鋰離子電池建模及仿真演示 (二選一)
4. 鋰離子電池衰退模型及仿真
4.1 COMSOL 中電池充放電循環仿真
4.1.1 電池充放電循環邊界條件設置
4.1.2 電池加速衰退設置
4.1.3 電池充放電循環仿真后處理技巧
4.2 鋰離子電池常見衰退現象及其數學描述
4.2.1 負極 SEI 膜增厚過程仿真
4.2.2 活性鋰損失計算
4.3 鋰離子電池衰退模型構建及仿真演示
5.
展開 針對電池熱管理提供了兩種模型，一種是RC模型，另一種是P2D模型。
電池的RC模型
RC模型是一種快速且準確的電池建模方法。這種方法不需要對電池的物理細節建模，通過組合簡單的電路元件近似電池的工作狀態及響應。通過采用開路電壓(OCV)并連接多個電阻和電容器的組合，可以有效預測實際電池隨時間的輸入和輸出功率以及熱生成響應。
電池的P2D模型
該模型基于物理方程，如固體中的電荷守恒方程、液體中的電荷守恒方程、Butler-Volmer方程、固體中的擴散方程和液體中的擴散方程，計算電池內部微觀尺度上的鋰濃度分布和電場。因此可以更精確地預測電池單元的行為，包括電池充電率、輸出電壓和發熱量。
熱失控仿真分析
對于熱失控而言，其仿真挑戰如下：
? 熱失控描述了一個因溫度升高而加速的過程，進而釋放能量，進一步提高溫度。
? 如果一個電池過熱，熔毀將擴散，并將持續到整個電池組被摧毀。
展開 此方法將電池結構分為可復制及不可復制部分單元，分別對其生成面網格，然后對可復制單元進行復制陣列操 作，處理好interface后，即可生成體網格； 此方法的好處在于：面網格生成速度更快，質量更高；針對復雜模型效率高
之前方法擬合過程需要使用TUI命令進行大量過程操作，工作量大且不直觀； 現方法通過GUI直接選取文件，擬合選項等，大大減少了用戶工作量； 注意：對于多溫度擬合過程需要對NTGK及HPPC數據格式進行修改（默認300K)，請聯系井文明獲取相關程序。
此方法適用于電池材料及電極級研究，比newman P2D模型簡單，可對電池反應過程中的微觀現象進行模擬仿真。
使用此模型，我們可以模擬電池電壓在不同充電/放電速率下SOC如何變化。
通用使用FMI接口，可實現fluent與第三 方軟件間的聯合仿真，如simulink, matlab, cosmol；前提是第三方軟件可將相應模型導出為FMI2.0格式的FMU文件，如上圖，以共軛傳熱為例，將第三方 FMU導入，實時將電池總熱功率導入到 fluent中作為源項，進行共軛傳熱計算。
公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，關注回復“1”，可領取更多熱管理方面資料。
同時本人也在技術鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網格劃分CFD前處理
展開 基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析 ￥3000
</p><p>3） 電解質中鋰離子的傳質過程（包括擴散與遷移）</p><p>該過程不考慮對流傳質的情況，利用Nernst—Planck方程描述，擴散過程與濃度梯度與液相擴散系數有關，遷移過程則與液相電勢分布和濃度分布。</p><p>模型中遵從兩個守恒：電流守恒與物料守恒。</p><p>電流守恒是指總電流時時刻刻等于固相電流與液相電流之和，物料守恒則是指發生變化前后物質的總量不發生變化。</p><p>在有了上述基于電化學理論的P2D模型以后，我們就可以采用數值方法對以上過程進行求解。COMSOL</p><p>Multiphysics是一種多物理場耦合軟件，通過有限元法對問題進行求解。</p><p>（以上內容轉載至：<a href="https://zhuanlan.zhihu.com/p/28899186" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://zhuanlan.zhihu.com/p/28899186</a>，淺談基于COMSOL的鋰離子電池仿真）</p><p><br></p><p>本模型為5層鋰電池薄層并聯模型</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201908/c86cdf03a70a4d99bc3eec3a7a003dfc.png"></p><p>每個薄層 由 ： 正集流體-正極-隔膜-負極-負集流體 5個基本構件構成，構成一個完整運行電化學充放電的最小薄層。</p><p>之后將制作5個薄層， 每個薄層正集流體連接隔壁薄層的負集流體，完成5個薄層的串聯。</p><p>本模型采用全三維的 鋰電池模塊進行建模，其核心還是Doyle等提出的P2D模型理論。
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發布亮點
電池電化學增強功能
基于電化學方程的 P2D 模型現在支持三維網格。此功能可以與電池級電流分析相結合，并且可以在電池內部均勻地處理電池充電狀態變量。直接研究多個電池參數的影響，例如電極的厚度或標簽的位置及其對電池熱性能的影響。
新的用戶界面會自動分配局部坐標，以設置圓柱形各向異性導熱系數。此功能顯著提高了模塊級熱電池分析的生產率。
Cradle CFD軟件具備鋰電池的簡易平衡模型，同時還具備詳細電化學P2D模型，可以對單電池以及整體電池包進行熱仿真。針對電池熱失控問題，現有1D-3D耦合方法計算量大、輸入參數多、計算時間長等問題存在，Cradle CFD軟件開發了新的電池組的半經驗模型，可以給工程師提供高效的工作流程，快速計算開發出強大的鋰電池產品。
scFLOW模塊在前處理及分析方面增加、迭代更新了近15+功能應用，例如增強多相流分析功能、擴展相變功能、增強DEM功能、鋰電池中P2D模型及等效電路模型得到改進并支持各向異性導熱率。scSTREAM模塊也更新增加了多項功能，不僅改進了MARS 方法、按流體材料求解壓力方程的選項、也加強了拓撲優化等。
Cradle CFD 2023.1發布要點
電池的P2D模型
該模型基于物理方程，如固體中的電荷守恒方程、液體中的電荷守恒方程、Butler-Volmer方程、固體中的擴散方程和液體中的擴散方程，計算電池內部微觀尺度上的鋰濃度分布和電場。因此，您可以 更精確地預測電池單元的行為，包括電池充電率、輸出電壓和發熱量。
針對電池熱管理提供了兩種模型，一種是RC模型，另一種是P2D模型。
電池的RC模型
RC模型是一種快速且準確的電池建模方法。這種方法不需要對電池的物理細節建模，通過組合簡單的電路元件近似電池的工作狀態及響應。通過采用開路電壓(OCV)并連接多個電阻和電容器的組合，可以有效預測實際電池隨時間的輸入和輸出功率以及熱生成響應。
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電池的P2D
鋰離子電池 P2D 模型
2.1 P2D 模型的理解與分析
2.2 COMSOL 中電池 P2D 模型構建
2.2.1 模型參數輸入
2.2.2 模型構建及模型材料設置
2.2.3 電池物理方程及參數設置
2.2.4 網格劃分與求解器設置
2.3 電池典型充放電過程仿真及后處理技巧
3.
鋰離子電池 P2D 模型
2.1 P2D 模型的理解與分析
2.2 COMSOL 中電池 P2D 模型構建
2.2.1 模型參數輸入
2.2.2 模型構建及模型材料設置
2.2.3 電池物理方程及參數設置
此方法適用于電池材料及電極級研究，比newman P2D模型簡單，可對電池反應過程中的微觀現象進行模擬仿真。
使用此模型，我們可以模擬電池電壓在不同充電/放電速率下SOC如何變化。
</p><p>本模型采用全三維的 鋰電池模塊進行建模，其核心還是Doyle等提出的P2D模型理論。
