電化學熱耦合
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2023-01-06
電化學熱耦合的視頻教程
基于workbench熱固耦合瞬態動力學疲勞計算
采用 workbench transient thermal 和transient structural模塊，編寫雨流載荷譜，導入到疲勞分析模塊，完成熱載荷（溫度函數、對流、輻射、熱流）和結構約束與載荷（tabular data）的加載，解釋疲勞的設置方法和設置原因，完成疲勞的計算。
￥29.5 27分鐘 544播放
查看
電化學熱耦合的實例教程
鋰電池全三維電化學-熱偶合仿真 ￥600
針對NCM811和磷酸鐵鋰鋰離子電池，在COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件中搭建了全三維電化學-熱耦合模型，分析了鋰離子電池工作過程中的電極電位分布、電流密度分布和溫度場分布特性。結果表明，通過建立的全三維電化學-熱耦合模型可以得到電池局部電位分布和電流密度分布等傳統實驗方法難以獲得的結果；在鋰離子電池恒流放電過程中，單電極對內部存在明顯的溫度梯度，特別是在極耳和極板的過渡區，電池溫度梯度變化最大；放電過程中電池不同位置的溫升速率并不相同，放電前期，極耳區域溫升速率最大，遠離極耳的電池底部區域溫升速率相對較小，但是，放電后期有增大趨勢。
展開 隔離膜中的聚合物骨架不導電子，電化學反應只發生在固體活性物顆粒與電解液交界面處，其反應方程式為：
陽極：LixC6? Li0C6+ xLi++ xe-
陰極：Liy - xFe POC4+ xLi++ xe-? Fi0PO4
1、電化學模型
基于 Newman 的多孔性電極理論的電化學模型，其中描述正負電極顆粒表面電化學反應過程的Buter-Volmer方程為：
j0為交換電流密度，單位為 A·cm-2；η 是局部過電位，單位為 V；αc和 αa是正負電極電化學反應轉移系數，取 0.5；F 為法拉第常數，數值為96485 C·mol-1；R 為理想氣體常數，數值為 8.314 J·mol-1· K-1。
交換電流密度表達式為：
k0為反應速率常數；cs,max為材料最大固相鋰離子濃度；cs,surf為電極和電解液界面處鋰離子濃度。
展開 上圖展示了某個電池遭受沖擊的案例，它是一個電化學-熱-結構耦合問題。電池模型包含10層電池單元以及外殼，右上方為LS-DYNA關鍵字結構，及各關鍵字卡片之間的關聯情況。LS-DYNA的優勢是不同物理場的求解器可以用來求解不同部分的模型，比如電化學求解器用來進行part2（電池單元）的電化學電池模型求解，而用熱求解器去求解part1~4的溫度變化，而結構求解器則會求解part1~5整個模型的結構變形。
視頻展示了ECTM模型（電化學-熱-結構耦合模型）求解結果，右側為不同時間的電池溫度分布截圖。可以看到約8秒后熱點的發展過程。
為進一步分析，選擇5個單元并從中提取溫度數據，右上方圖表顯示了這5個單元的溫度隨時間變化的關系。可以看到，6秒后所有單元的溫度都將顯著升高，之后發生巨大的變化，這說明熱失控可能是由鏈式反應引起的。
小結
LS-DYNA R14版本更新了三個不同的電化學鋰電池模型， Newman型模型（6方程模型），熱模型（10方程模型）和多物理場模型（14方程模型）。同時對所有模型采用了修正的BV動力學方程以建立高速充放電仿真。熱模型和多物理場模型，還包含了電池老化模型、SEI的形成和分解的反應、熱失控模型以及電池膨脹模型。對于多物理場模型，LS-DYNA還實現了基于氧化和鋰水化反應機制的氣體生成模型，該模型主要應用于性能測試、過充測試和新型鋰電池設計等領域。
LS-DYNA還支持將三種電池求解器中的任何一種與熱以及結構求解器進行耦合。LS-DYNA中電化學模型同時支持SMP和MPP并行計算，可用于電池濫用測試，也可用于各種耦合問題。
展開 基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析 ￥2500
</p><p>2） 正負極活性材料顆粒表面發生的電化學反應過程</p><p>與假設中一致，該過程采用Bulter—Volmer方程描述，該方程是局部電流密度與交換電流密度和過電勢之間的關系，其中，交換電流密度與固相鋰離子濃度，液相鋰離子濃度和電化學反應速率常數有關。注意：該過程非常重要，是連接電解液與電極活性材料之間的橋梁，僅發生在電解液與電極活性材料顆粒的界面（顆粒表面）上。</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。
展開 基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析 ￥3000
</p><p>2） 正負極活性材料顆粒表面發生的電化學反應過程</p><p>與假設中一致，該過程采用Bulter—Volmer方程描述，該方程是局部電流密度與交換電流密度和過電勢之間的關系，其中，交換電流密度與固相鋰離子濃度，液相鋰離子濃度和電化學反應速率常數有關。注意：該過程非常重要，是連接電解液與電極活性材料之間的橋梁，僅發生在電解液與電極活性材料顆粒的界面（顆粒表面）上。</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。
展開 
電化學熱耦合的相關專題、標簽、搜索
電化學熱耦合的最新內容
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習小塊移動的三維模型處理
2、學習小塊移動非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性熱結構耦合動力學分析步的建立
4、學習小塊移動熱結構耦合動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與切削工藝相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握二維模型的繪制
2、掌握熱結構耦合顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解動力學分析步的建立
4、學習切削相關的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習摩擦盤的三維模型處理
2、學習摩擦盤熱結構耦合接觸相關的接觸設置
3、學習熱結構耦合動力學分析步的建立
4、學習摩擦盤熱結構耦合接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與切削工藝相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握三維模型的繪制
2、掌握熱結構耦合顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解動力學分析步的建立
4、學習切削相關的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、與切削工藝相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握二維模型的繪制
2、掌握熱結構耦合顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解動力學分析步的建立
4、學習切削相關的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了ABAQUS
220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析，輸入主動輪、從動輪各類參數，考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數，輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通，可直接運
220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析，輸入主動輪、從動輪各類參數，考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數，輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通，可直接運行。
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p>程序下載 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(51, 51, 51);">??????</span></p
電化學-熱耦合模型涉及的理論方程也分為兩部分，一部分是電化學模型所用 到的電荷守恒、質量守恒以及電極動力學，另一部分是熱模型構建所用的結合生熱、傳熱與散熱的能量守恒關系。
上圖展示了某個電池遭受沖擊的案例，它是一個電化學-熱-結構耦合問題。電池模型包含10層電池單元以及外殼，右上方為LS-DYNA關鍵字結構，及各關鍵字卡片之間的關聯情況。
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.
