燃料電池CAE仿真的案例
燃料電池CAE仿真的一點見解
燃料電池CAE仿真的一點見解
CAE軟件在質子交換膜燃料電池及其系統開發中的應用
CAE軟件在質子交換膜燃料電池及其系統開發中的應用
基于Matlab 的燃料電池汽車動力系統仿真
基于Matlab 的燃料電池汽車動力系統仿真
高大威，金振華，盧青春
（清華大學汽車工程系, 北京 100084）
摘 要: 在給出燃料電池汽車動力系統結構的基礎上，基于Matlab 軟件環境，建立了前向式燃料
電池汽車動力系統模型，模型結構和實際的動力系統有著嚴格的對應關系，各部分模型采用物理分
析與數據處理相結合的方法建立。按照一定的控制策略和部件物理參數進行了仿真，仿真結果表明
該模型的有效性和合理性，為燃料電池汽車動力系統研究打下了基礎。
關鍵詞：燃料電池；仿真；Matlab；燃料電池汽車
文章編號：1004-731X (2005) 08-1899-03 中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A
基于Matlab的燃料電池汽車動力系統仿真.pdf
展開 “COMSOL多物理場耦合仿真技術與應用-燃料電池”篇
“COMSOL多物理場耦合仿真技術與應用-燃料電池”
COMSOL仿真基礎
1、COMSOL軟件基本操作
1.1創建模型一般步驟
1.2幾何創建方法
1.3 網格劃分技巧
1.4 方程及邊界設置
2、后處理
2.1 數據集創建
2.2 衍生量的計算
2.3 結果圖的繪制
實例操作：肋片散熱模型，化整為零式網格劃分模型
COMSOL燃料電池仿真技術詳解
3、燃料電池仿真
3.1 燃料電池開路電壓計算
3.2燃料電池三種極化損失
4、多孔電極有效擴散系數構建
4.1多孔電極構建方法
4.2曲率與孔隙率關系
4.3塵氣模型實現方法
實例操作：多孔電極模型、塵氣輸運模型
5、從簡到真的建模方法
5.1只考慮氣體輸運
5.2 添加導電過程
5.3 添加電化學過程
5.4 添加退化過程
實例操作：紐扣電池模型，退化模型
6、連接體研究分析
6.1燃料電池活化設置方法
6.2傳質-導電-電化學多場耦合方法
6.3傳熱-傳質-動量-導電-電化學多場耦合
6.4連接體優化與設計
實例操作：連接體優化模型、新型連接體模型
7、積碳研究
7.1 燃料電池邊界設置
7.2 傳質-導電-電化學多場耦合方法
7.3 甲烷內重整反應設置
7.4 甲醇內重整反應設置
7.5積碳分析
實例操作：甲烷積碳模型，甲醇積碳模型
7、直接碳燃料電池性能研究
7.1 Boudouard反應設置
7.2熱源設置方法
7.3傳質-導電-電化學-熱多場耦合方法
7.4性能分析
實例操作：直接碳燃料電池模型
8、應力分析
8.1力學邊界設置
8.2損傷幾率求解
8.3殘余應力分析
8.4熱應力分析
實例操作：微管應力模型
了解更多內容 請關注公眾號：第一性原理計算與應用
QQ：745729222
TEL：15010498280
展開 
FC部件|基于 CFD 仿真的燃料電池離心空壓機葉輪的優化設計
通過對氣流的流動情況和葉片的載荷進行分析,未發現有明顯缺陷,即該設計結果基本合理,可以滿足目標燃料電池的需求。
新葉輪的流量較基礎葉輪增大21.4%,目標流量處的等熵效率增加7.5%、壓比提高了32.4%,達到了設計目標的要求。
文章來源：張申,吳孟龍,范俊巖,辛軍.基于CFD仿真的燃料電池離心空壓機葉輪的優化設計[J].汽車零部件,2020(11):23-26.DOI:10.19466/j.cnki.1674-1986.2020.11.005.
文章來源：CEA氫氫子衿
【技術帖】AVL CRUISE燃料電池車輛系統仿真方案介紹
燃料電池具有能量轉化效率高、零排放或近零排放、運行平穩無噪聲、燃料獲取范圍廣、可靠性高等優點。隨著國家政策的推進以及環保的要求，燃料電池在新能源汽車領域得到不斷應用。《中國制造2025》中提出:“到2025年，燃料電池堆系統可靠性和經濟性大幅提高，和傳統汽車、電動汽車相比具有一定的市場競爭力，實現批量生產和市場化推廣”。
燃料電池做為能量源，其部件本身性能的開發至關重要，而對于整車OEM來講，更為關注的是燃料電池車的整體性能，例如燃料電池車的動力性與經濟性，“燃料電池-蓄電池”復合電源系統的部件匹配以及控制策略開發等。這類開發任務要求我們借助整車系統級的模擬工具，從車輛能量管理的角度去分析和優化。
獨傲于中國整車性能仿真工具市場的AVL CRUISE軟件在燃料電池車的建模方面也有獨門絕技，為用戶提供了專門的燃料電池模塊以及根據試驗數據自動擬合模型參數的向導工具，可以非常方便地進行燃料電池車的建模分析。本文將依據實例對CRUISE軟件在燃料電池車輛開發中的應用進行介紹。
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展開 燃料電池轎車動力傳動系統非線性動態特性仿真分析
分享燃料電池轎車動力傳動系統非線性動態特性仿真分析
基于comsol的燃料電池氣體泄漏仿真分析，預測危險區域
在這方面提出了不少氣體泄漏擴散的仿真計算模型。主要的數值擴散模型有高斯模型( aussian plume/puff model),BM( Britter and Mcquaid)模型、 Sutton模型、三維有限元模型等等。</p><p> 其中利用<strong>三維有限元模型</strong>進行模擬仿真,用有擴散障礙物條件下的湍流統計理論分析研究復雜擴散條件下多種組分多溫曲氣體泄漏擴散過程是當前該領域的一個研究趨勢。</p><p> 此次分享采用comsol仿真分析的一個復雜室內環境，存在強制掃風對流。在某一時間點上貨柜內發生易燃氣體大流量泄漏，通過comsol的湍流和物質傳遞擴散模塊進行建模分析，預測危險區域的范圍和位置。</p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202205/a232eb4beda84328918a1449b008eaaa.gif" title="d4b071a420f54be99e4d9a9e1a29ab9c.gif" alt="d4b071a420f54be99e4d9a9e1a29ab9c.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202205/a232eb4beda84328918a1449b008eaaa_cdn.gif?
展開 招兼職amesim燃料電池仿真等相關專業講師或技術支持人員
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【仿真技巧】燃料電池中離子交換膜和唐南電位的模擬
在聚合物電解質燃料電池和釩液流電池中，它們用于傳導離子，同時防止反應物和電子在兩個流室之間流動。在電滲析中，促進正電荷或負電荷離子通過的能力也用于從離子中去除水。在本篇文章中，我們將探索離子交換膜的離子選擇能力。
Nernst-Planck-Poisson 方程
離子交換材料通常作為多孔介質進行建模，這種多孔介質由固定基質組成，其中的孔隙充滿水和額外的移動離子。對于任何見過 Nafion? 膜（最常見的聚合物電解質材料之一）的人來說，這聽起來是完全錯誤的。這種材料看起來完全透明、均質，但基質由透明的聚合物主鏈構成。遇水膨脹的孔隙為納米級范圍。
離子交換膜的關鍵特征是固定在主鏈并位于內孔壁上的固定離子。在 Nafion? 示例中，固定離子是 基團，位于從聚合物主鏈延伸的聚合物尾部的末端。正如我們將在下面的討論中看到的，離子交換膜中固定電荷的濃度和符號對于移動離子在膜中的傳輸至關重要。
泊松方程根據下式將所有電荷的總和與電位相關聯
(1)
其中， 是電解質相的電位， 是介電常數， 是空間電荷密度。
在本例中，我們可以將空間電荷分成移動離子和固定離子
(2)
上式中， 是法拉第常數； 是電荷； 是移動離子的濃度，其中 是物質標號，并對所有 個離子求和； 是基質中固定離子的電荷密度。
在離子交換介質外的自由電解質中，固定離子的濃度為零，因此 。
為了模擬離子的傳輸，我們首先將每個離子的電化學電位定義為
(3)
其中， 是摩爾氣體常數， 是溫度， 是某個（任意）參考濃度。
展開 綠色氫能仿真測試解決方案合集 I 電化學、燃料電池、輸氫管道、天然氣、Star-CCM+...
直播時間：9月21 19:30
講師：薛志杰 | 高級技術顧問，西門子數字化工業軟件
☆第四期 Simcenter STAR-CCM+氫能仿真解決方案
Simcenter STAR-CCM+ 作為一款專業的多物理場仿真平臺，在氫能行業有著廣泛的應用
直播內容：將介紹電解水制氫仿真儲氫罐加氣仿真、泵閥仿真、氫泄露環境安全性仿真、氫燃料電池仿直等案例，示 STAR-CCM+ 在氫能行業的仿真解決方案
直播時間：10月19日 19:30
講師：王韶華 | 高級技術顧問，西門子數字化工業軟件
☆第五期 基于纖維增強復合材料的高壓儲氫容器端到端解決方案
直播內容：西門子提供基于連續纖維增強復合材料的儲氫罐端到端解決方案，分別從設計端生產端和最終產品驗證等環節利用多學科多目標優化，制造工藝仿真及專利的多尺度材料建模方法幫助客戶研發制造高壓儲氫容器。
展開 
【技術貼】燃料電池堆棧三維仿真計算量太大跑不動？——AVL FIRE獨創均勻通道模型為您助力
在國家政策的推進以及新能源技術的發展下，燃料電池在新能源汽車領域的應用越來越成熟。前面兩期技術貼，詳細介紹了AVL三維仿真分析軟件FIRE可以方便、高效地對燃料電池的性能、膜電極材料選型、水熱管理以及燃料電池老化進行仿真分析，為燃料電池的設計和優化提供可靠、有效的指導。
隨著開發要求的進一步提高，燃料電池三維仿真已經逐漸從燃料電池單體向燃料電池堆棧覆蓋，尤其針對整體的冷卻通道和氣體通道壓損及流動均勻性設計對燃料電池堆棧性能及水熱管理的影響，必須要建立完整的堆棧模型進行仿真。然而用常規方法對燃料電池堆棧進行建模，由于整體結構復雜，尺寸差異較大，最終生成的模型網格數量非常多，網格質量也很難保證，計算代價將會非常大。
針對以上問題，AVL獨創均勻通道模型方法，采用多孔介質模型替代真實的氣體通道結構，可以極大的簡化整體網格數量，提高計算效率，實現對燃料電池堆棧的仿真。本期技術貼，將對均勻通道模型方法進行詳細的介紹。
如果想要了解更多，請與我們聯系:
ast.china@avl.com
展開 國內鋰電池CAE仿真軟件的突破口
另一方面，國內鋰電池CAE軟件公司需要注重加強與電池企業的合作，更好地積累測試和實際制造的數據，以此優化仿真軟件性能，更好地實現設計仿真與制造工藝協同。總之，要充分利用好我國掌握鋰電全產業鏈這一龐大制造規模的優勢，因為海量測試和制造數據中蘊藏著巨大的數據優勢，利用好這些數據資產，有利于國內鋰電池CAE軟件公司加速發展起來。
綜合本文前述內容，鋰電池仿真軟件的突破，要實現多尺度、多物理場、全生命周期的仿真服務，同時要利用好工業物聯網和云計算技術，將電池的設計、仿真、制造以及使用過程中產生的海量工藝技術、工況數據形成數字化資產。
鋰電池仿真軟件不僅僅擔負著仿真驅動正向設計的功能，也是推動整體鋰電池領域研發數字化進程的重要力量。由獨立于上下游企業主體的第三方軟件公司驅動行業研發數字化、通過標準的流程、功能完善的仿真平臺帶動，實現上下游研發的網絡化協同。
目前國內已經出現一些鋰電池仿真軟件公司，如易來科得、屹艮科技、鴻陽智能、海仿科技等。
實現電池領域的多尺度多物理場耦合仿真道阻且長，需要多學科人才、知識積累乃至多個細分軟件工具的融合，參照COMSOL的發展歷程[35]（COMSOL產品發布歷程 (comsol.com)），這將會是一個長達20-30年的過程。
開源問題
CAE仿真領域有不少開源軟件，鋰電池仿真領域就有TauFactor、OpenPNM等開源軟件。關于開源是否能夠加速國產CAE仿真軟件的發展，也曾被多次討論過，這里簡要表達我們對工業仿真軟件領域開源的看法：
軟件開源能否提高國產工業軟件迭代升級、向歐美成熟工業軟件追趕的速度？
我們目前認為是不能。一般基礎軟件通過開源獲取技術迭代助力的邏輯并不適用于工業軟件。
展開 CAE在電池包仿真分析中的應用
有限元仿真技術自進入中國之后，受到各大企業的重視。新能源領域上規模的企業都做過仿真分析，不少企業都與我司有過仿真方面的合作。
1
電池包——振動仿真
分析背景：蓄電池包或系統安裝在振動臺上，振動測試在三個方向上進行，測試從Z軸開始，然后是Y軸，最后是X軸。
判斷試驗是否通過的標準：試驗中，要求蓄電池包或系統保持連接可靠、結構完好，無外殼破裂。
蓄電池包Y軸振動過程中，內部連接區域最大應力低于所用材料屈服強度（SPCC/166Mpa），連接可靠。
振動測試功率譜密度（PSD）值和頻率
2
電池包——沖擊仿真
蓄電池包或系統無電泄露、外殼破裂、著火或爆炸現象。
3
電池包——翻轉仿真
試驗中，要求蓄電池包或系統無外殼破裂，連接可靠、結構完好。
試驗裝置
4
電池包——跌落仿真
蓄電池包或系統以實際維修或者安裝過程中最可能跌落的方向，若無法確定最可能跌落的方向，則沿Z軸方向，從1m的高度處自由跌落到水泥地面上。
蓄電池包或系統無電解液泄露、著火或爆炸現象。
展開 (干貨）新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Y方向）
電池放電一小時溫度分布圖
電池放電一小時溫度分布圖
仿真結論
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
