充放電仿真的案例
鋰離子電池充放電循環(huán)期間的熱效應(yīng) ￥500
</p><p>本案例模擬充放電循環(huán)期間以及隨后松弛階段的鋰離子電池。集總電 池模型用于對(duì)電池單元化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行建模，二維軸對(duì)稱模型用于對(duì)電池溫度進(jìn)行建模。 采用了電化學(xué)耦合，仿真得到鋰離子電池的溫度場(chǎng)變化結(jié)果，如圖1所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/2c7daef201a7459f8fbc87479a9f1f43.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 鋰離子電池充放電期間的溫度場(chǎng)分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/77eb7e9a7cab4f03aee49cb4a1ee8103.png" alt="Untitled2.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 鋰離子電池荷電狀態(tài)變化及電池電流變化</strong></p><p><br></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流</p>
展開 COMSOL電池充放電循環(huán)如何設(shè)置擱置時(shí)間？
設(shè)置擱置時(shí)間后出現(xiàn)錯(cuò)誤，無(wú)法實(shí)現(xiàn)循環(huán)
蓄電池充放電試驗(yàn)培訓(xùn)課件
蓄電池充放電試驗(yàn)培訓(xùn)課件
“COMSOL多物理場(chǎng)耦合仿真技術(shù)與應(yīng)用-鋰離子電池”篇
“COMSOL多物理場(chǎng)耦合仿真技術(shù)與應(yīng)用-鋰離子電池”
1. COMSOL 仿真基礎(chǔ)
1.1 數(shù)值仿真基本要素及其在 COMSOL 中的對(duì)應(yīng)
1.1.1 模型參數(shù)與變量
1.1.2 物理場(chǎng)添加及電解條件設(shè)置
1.1.3 模型構(gòu)建與網(wǎng)格劃分
1.1.4 求解器類型與設(shè)置
1.1.5 后處理及數(shù)據(jù)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(shù)設(shè)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(gòu)建
2.2.1 模型參數(shù)輸入
2.2.2 模型構(gòu)建及模型材料設(shè)置
2.2.3 電池物理方程及參數(shù)設(shè)置
2.2.4 網(wǎng)格劃分與求解器設(shè)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(xué)-熱耦合模型
3.1 P2D 電化學(xué)模型與電池?zé)崮Ｐ婉詈?3.2 電池集總參數(shù)模型及其與電池?zé)崮Ｐ婉詈?3.3 兩種電池電(化學(xué))-熱耦合模型的區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)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(huán)仿真
4.1.1 電池充放電循環(huán)邊界條件設(shè)置
4.1.2 電池加速衰退設(shè)置
4.1.3 電池充放電循環(huán)仿真后處理技巧
4.2 鋰離子電池常見衰退現(xiàn)象及其數(shù)學(xué)描述
4.2.1 負(fù)極 SEI 膜增厚過程仿真
4.2.2 活性鋰損失計(jì)算
4.3 鋰離子電池衰退模型構(gòu)建及仿真演示
5.
展開 
一文弄懂手機(jī)電池充/放電架構(gòu)與工作流程
以上就是手機(jī)充放電架構(gòu)及工作流程的介紹，需要說(shuō)一句，手機(jī)的電量和電壓不是100%正相關(guān)關(guān)系，在要求不高的場(chǎng)合，我們可以用電池電壓粗略估計(jì)電量，但在手機(jī)這種對(duì)電量準(zhǔn)確性要求高的場(chǎng)合，高精度體驗(yàn)友好的電量計(jì)設(shè)計(jì)是非常重要的，因此需要結(jié)合電壓和電流對(duì)電量進(jìn)行估計(jì)和擬合。
比如，有的電量計(jì)就用卡爾曼濾波估計(jì)電量，更簡(jiǎn)單點(diǎn)的做法是對(duì)電流積分來(lái)和電壓互相補(bǔ)充來(lái)估計(jì)電量。
此外，電池低電量時(shí)放電會(huì)特別快，不能讓用戶上一秒看手機(jī)還有15%的電，下一秒就突然變成1%了，甚至有的手機(jī)玩一玩游戲，電量反而蹦高了，這都是非常不友好的體驗(yàn)。
我們看下實(shí)際充電曲線，上圖是某手機(jī)實(shí)測(cè)的充電曲線，黃色是USB電壓，藍(lán)色是USB電流，橙色是功率，大功率的持續(xù)時(shí)間只有1小段，該手機(jī)使用了更復(fù)雜的電池和充電架構(gòu)設(shè)計(jì)：120W秒充技術(shù)，它采用的是兩顆電荷泵設(shè)計(jì)，將USB網(wǎng)絡(luò)的20V3A高電壓和高電流轉(zhuǎn)換為兩路10V6A電壓電流，最終匯合成10V12A的大電流輸入電池，實(shí)現(xiàn)120W高級(jí)秒充。
為了實(shí)現(xiàn)10V12A電池充電，該手機(jī)使用雙串電池架構(gòu)，雙電池串聯(lián)的特點(diǎn)是：總電壓升高、容量不變；雙電池并聯(lián)的特點(diǎn)是：總電壓不變，容量升高。由于電池串聯(lián)，總電壓加倍，在總電流相同的前提下，串聯(lián)設(shè)計(jì)將會(huì)帶來(lái)更快的充電功率。
以上就是手機(jī)充電、放電架構(gòu)和工作流程的介紹，然而筆者更期望的還是電池技術(shù)本身的進(jìn)步，容量更大、更穩(wěn)定、充電更快的電池才是根本。
展開 研究人員開發(fā)新型錳基正極材料 使鋰電池充放電次數(shù)翻倍
即使充放電次數(shù)增加一倍，也能保持90%的容量。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)低成本、高效的鋰離子電池錳基正極材料提供了啟示。
（圖片來(lái)源：香港城市大學(xué)）
開發(fā)錳基正極材料的技術(shù)瓶頸：容量保持率低
目前，鋰離子電池使用的正極材料大多含有鈷和鎳，這兩種元素儲(chǔ)量不豐富，而且在開采過程中易污染環(huán)境。因此，科學(xué)家們正在尋找替代型正極材料，例如錳。
在領(lǐng)先錳基候選材料中，LiMnO2成本較低，更環(huán)保，而且理論容量更大。但是，這種材料在充放電循環(huán)中穩(wěn)定性差，可能發(fā)生顆粒破碎、結(jié)構(gòu)迅速退化和嚴(yán)重的錳溶解，導(dǎo)致電池容量大幅下降，并影響耐久性，使其在商業(yè)化鋰離子電池中的應(yīng)用受到阻礙。
需要克服姜-泰勒畸變
香港城大物理學(xué)系助理教授劉奇博士指出，錳基材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的主要原因，在于原子結(jié)構(gòu)中發(fā)生的姜-泰勒畸變（Jahn-Teller distortion）。在電池放電時(shí)，LiMnO2中的Mn-O鍵被拉長(zhǎng)，稱為姜-泰勒畸變。由于Mn3+ 的電子軌道存在長(zhǎng)程共線軌道有序性，因此產(chǎn)生了很強(qiáng)的協(xié)同姜-泰勒畸變，很容易使原子結(jié)構(gòu)變形。
研究團(tuán)隊(duì)將界面工程應(yīng)用于原子結(jié)構(gòu)，以解決這一問題。通過擾亂長(zhǎng)程共線軌道有序性，防止出現(xiàn)大規(guī)模的姜-泰勒畸變。
通過界面工程提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
該團(tuán)隊(duì)通過原位電化學(xué)轉(zhuǎn)換尖晶石Mn3O4納米墻陣列，制備了尖晶石層狀（異質(zhì)結(jié)構(gòu)）LiMnO2。
展開 基于comsol的電芯電化學(xué)充放電膨脹分析
一般來(lái)說(shuō)，這樣的建模需要包含兩部分：1）電化學(xué)模型，模擬活性物質(zhì)在充放電過程中的反應(yīng)機(jī)理；2）機(jī)械模型，模擬活性物質(zhì)在嵌鋰后的形變情況。這種膨脹是可逆的。
此次采用comsol軟件的鋰電池模塊和力學(xué)模塊，設(shè)計(jì)了一套從微觀到宏觀的鋰電池電化學(xué)膨脹分析路線。
一、微觀模型建立。
此次構(gòu)建的是一個(gè)NMC電芯隨機(jī)顆粒分布的微觀模型，求解充放電過程中電芯膨脹變化。
電芯充放電下的膨脹變化 。
其中負(fù)極最大位移隨電壓變化如下：
另外我們針對(duì)微觀部分 分別求解其力學(xué)性能。
二、多層電芯原位膨脹仿真分析
多層電芯膨脹變化曲線圖。
三、模組膨脹，在前面兩步求解的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)入abaqus進(jìn)行模組求解。
通過從微觀到宏觀的逐層遞進(jìn)，完成鋰電池電化學(xué)充放電膨脹的分析，以上模型僅供參考。
有興趣的可以加我交流，謝謝 。
展開 手機(jī)電池充、放電架構(gòu)與工作流程講解
快充的持續(xù)時(shí)間是很短的，當(dāng)電池到達(dá)一定程度后，充充電電流就會(huì)下降，充電過程進(jìn)入T3-T4，此時(shí)的特點(diǎn)是，電池電壓不變，而電流逐漸降低，此時(shí)叫做CV過程，Constant voltage，恒壓充電，不過呢，usb電流和電池電流還是保持2:1的關(guān)系，此時(shí)的充電功率也不低。
T4時(shí)間以后，充電功率就明顯下降，輔助充電IC休息了，讓主充電IC慢慢工作，此時(shí)是就進(jìn)入CV階段，電池慢慢也就充滿電了。
以上就是手機(jī)充放電架構(gòu)及工作流程的介紹，需要說(shuō)一句的是，手機(jī)的電量和電壓不是100%正相關(guān)關(guān)系，在要求不高的場(chǎng)合我們可以用電池電壓粗略估計(jì)電量，但是在手機(jī)這種對(duì)電量準(zhǔn)確性要求高的場(chǎng)合，高精度體驗(yàn)友好的電量計(jì)設(shè)計(jì)是非常重要的，因此需要結(jié)合電壓和電流對(duì)電量進(jìn)行估計(jì)和擬合，比如有的電量計(jì)就用卡爾曼濾波估計(jì)電量，更簡(jiǎn)單點(diǎn)的做法是對(duì)電流積分來(lái)和電壓互相補(bǔ)充來(lái)估計(jì)電量。此外，電池低電量時(shí)放電會(huì)特別快，不能讓用戶上一秒看手機(jī)還有15%的電，下一秒就突然變成1%了，甚至有的手機(jī)玩一玩游戲，電量反而蹦高了，這都是非常不友好的體驗(yàn)。
我們看下實(shí)際充電曲線，上圖是某手機(jī)實(shí)測(cè)的充電曲線，黃色是usb電壓，藍(lán)色是usb電流，橙色是功率，大功率的持續(xù)時(shí)間只有1小段，該手機(jī)使用了更復(fù)雜的電池和充電架構(gòu)設(shè)計(jì)：120W秒充技術(shù)，它采用的是兩顆電荷泵設(shè)計(jì)，將USB網(wǎng)絡(luò)的20V3A高電壓和高電流轉(zhuǎn)換為兩路10V6A電壓電流，最終匯合成10V12A的大電流輸入電池，實(shí)現(xiàn)120W高級(jí)秒充，為了實(shí)現(xiàn)10V12A電池充電，該手機(jī)使用雙串電池架構(gòu)，雙電池串聯(lián)的特點(diǎn)是：總電壓升高、容量不變；雙電池并聯(lián)的特點(diǎn)是：總電壓不變，容量升高。由于電池串聯(lián)，總電壓加倍，在總電流相同的前提下，串聯(lián)設(shè)計(jì)將會(huì)帶來(lái)更快的充電功率。
展開 16:00直播！Ansys EMA3D 2023 R1新功能介紹
Ansys EMA3D 2023 R1新功能介紹
內(nèi)容簡(jiǎn)介
EMA3D Cable 和EMA3D Charge是Ansys 平臺(tái)級(jí)電磁兼容以及充放電仿真解決方案。
其中：EMA3D Cable將時(shí)域電磁場(chǎng)求解與多導(dǎo)體傳輸線方法直接耦合，解決包含復(fù)雜線束的整機(jī)平臺(tái)的系統(tǒng)級(jí)EMC問題；EMA3D Charge則采用FDTD、FEM、PIC等混合技術(shù)計(jì)算空氣放電、材料表面充電、粒子傳輸以及介質(zhì)擊穿等現(xiàn)象。
本次研討會(huì)將介紹EMA3D 2023 R1版本的新功能，包括EMC自動(dòng)化仿真流程（自動(dòng)化賦材料、自動(dòng)化網(wǎng)格剖分和數(shù)據(jù)后處理）、API腳本、網(wǎng)格新技術(shù)，以及EMA3D Charge與Fluent耦合仿真等。
展開 電弧放電仿真 ￥1000
電弧是指在兩個(gè)電極之間，因?yàn)殡妷翰钜鸬碾婋x氣體擊穿形成的氣體放電現(xiàn)象。當(dāng)兩個(gè)電極之間的電壓達(dá)到一定程度時(shí)，電流會(huì)在兩個(gè)電極之間形成一個(gè)通道，導(dǎo)電氣體會(huì)被電離，形成一個(gè)帶電等離子體，這就是電弧。電弧的形成需要滿足一定的條件，包括足夠的電壓差、適當(dāng)?shù)碾姌O間距、導(dǎo)電氣體的性質(zhì)等。當(dāng)這些條件得到滿足時(shí)，電壓會(huì)加速導(dǎo)電氣體中的電子，形成高能電子束，撞擊氣體分子，激發(fā)化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生離子。這些帶電粒子會(huì)導(dǎo)致氣體的電導(dǎo)率增加，從而使電流在電極之間建立起電弧通道。電弧的特點(diǎn)包括高溫、高亮度、高能量和高頻閃爍。它具有強(qiáng)烈的熱輻射和光輻射，可以產(chǎn)生明亮的火花、火焰和光弧。由于電弧可以提供高能量，因此廣泛應(yīng)用于電焊、電切、電刷涂等工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中。
本案例基于COMSOL軟件多個(gè)物理場(chǎng)模擬了電弧放電的過程，模擬結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
展開 4月直播合集 I Ansys 23R1 新功能介紹
點(diǎn)擊免費(fèi)報(bào)名
https://s.jishulink.com/oS36rF
23R1新功能介紹-Ansys EMA3D
EMA3D Cable 和EMA3D Charge是Ansys 平臺(tái)級(jí)電磁兼容以及充放電仿真解決方案。其中EMA3D Cable將時(shí)域電磁場(chǎng)求解與多導(dǎo)體傳輸線方法直接耦合，解決包含復(fù)雜線束的整機(jī)平臺(tái)的系統(tǒng)級(jí)EMC問題；EMA3D Charge則采用FDTD、FEM、PIC等混合技術(shù)計(jì)算空氣放電、材料表面充電、粒子傳輸以及介質(zhì)擊穿等現(xiàn)象。本次研討會(huì)將介紹EMA3D 2023 R1版本的新功能，包括EMC自動(dòng)化仿真流程（自動(dòng)化賦材料、自動(dòng)化網(wǎng)格剖分和數(shù)據(jù)后處理）、API腳本、網(wǎng)格新技術(shù)，以及EMA3D Charge與Fluent耦合仿真等。
點(diǎn)擊免費(fèi)報(bào)名
https://s.jishulink.com/omkUZH
23R1新功能介紹-Ansys HFSS HF/EMC
本次會(huì)議將介紹HFSS 2023 R1版本在高頻和EMC相關(guān)應(yīng)用方面的更新，內(nèi)容包括
基于3D組件技術(shù)的陣列天線仿真效率提升，更快的分布式網(wǎng)格融合剖分技術(shù)，布局組件工作流程改善，最新的EMI接收機(jī)后處理功能
，以及
在HFSS SBR+求解器中支持定義陣列和近場(chǎng)天線數(shù)據(jù)導(dǎo)入
等。
展開 
直流輝光放電數(shù)值仿真 ￥500
<p>長(zhǎng)期以來(lái)，低壓狀態(tài)下的直流輝光放電一直用于氣體激光器和熒光燈。由于解與時(shí)間 無(wú)關(guān)，因此直流放電對(duì)于研究很有吸引力。本案例使用等離子體接口來(lái)建立對(duì)正柱區(qū)區(qū)的分析，其中通過在陰極處發(fā)射二次電子來(lái)維持放電。柱內(nèi)電子密度的仿真結(jié)果如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/d6784e9c0550438394d3858de9c0b9f8.gif" alt="電子密度.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電子密度</strong></p><p> 電子密度峰值出現(xiàn)在陰極下降與正柱區(qū) 之間的區(qū)域，該區(qū)域有時(shí)被稱為法拉第暗區(qū)。電子密度在徑向上迅速降低，這是由于電子向柱外壁的擴(kuò)散損失導(dǎo)致在壁上積累表面電荷造成的。負(fù)電荷的積累導(dǎo)致柱中心 產(chǎn)生了對(duì)壁的正電勢(shì)。</p><p> 電子溫度仿真結(jié)果，如圖2所示。電勢(shì)仿真結(jié)果，如圖3所示。
展開 新思科技解決方案支持NASA“阿爾忒彌斯計(jì)劃”，助力航天服分析與通信系統(tǒng)開發(fā)
靜電放電（ESD）事件可能會(huì)損壞通信和生命保障所需的任務(wù)關(guān)鍵電子設(shè)備，因此，分析復(fù)雜、多層結(jié)構(gòu)的“阿爾忒彌斯”航天服在月球上能承受的電荷積累水平，是保障其在月面長(zhǎng)期運(yùn)行的關(guān)鍵。
根據(jù)既定方案，新思科技與EMA將使用電磁充放電仿真工具Ansys Charge Plus?，開發(fā)并應(yīng)用基于物理的分析流程，評(píng)估在相關(guān)月球等離子體環(huán)境下，航天服材料、多層堆疊結(jié)構(gòu)以及典型的航天服特征的表現(xiàn)。Charge Plus是目前市面上唯一一款能夠全三維計(jì)算此類空間充放電問題的商用軟件，其優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)?fù)雜多材料系統(tǒng)中，等離子體相互作用、表面充電、電荷傳輸及ESD的耦合物理過程進(jìn)行建模分析。
這些仿真工作，與EMA在馬薩諸塞州皮茲菲爾德的空間環(huán)境與輻射效應(yīng)（SERE）實(shí)驗(yàn)室開展的測(cè)試和驗(yàn)證工作結(jié)合；該實(shí)驗(yàn)室是少數(shù)能夠在地面復(fù)現(xiàn)空間等離子體環(huán)境關(guān)鍵特征的設(shè)施之一。這種“仿真+測(cè)試”的集成工作流程，使團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別電荷積累的主導(dǎo)因素、評(píng)估設(shè)計(jì)權(quán)衡，并將驗(yàn)證工作聚焦于對(duì)宇航員安全和任務(wù)成功最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
EMA公司首席技術(shù)官Justin McKennon表示： “我們很榮幸能夠支持NASA約翰遜航天中心推進(jìn) ‘阿爾忒彌斯’的艙外活動(dòng)準(zhǔn)備工作。將測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真工作流程相結(jié)合，有助于我們識(shí)別最惡劣的電荷積累工況、評(píng)估材料堆疊方案，并將驗(yàn)證工作精準(zhǔn)聚焦于最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。”
除了航天服驗(yàn)證外，Cesium還將三維空間數(shù)據(jù)與真實(shí)月球地形數(shù)據(jù)整合到新思科技的數(shù)字任務(wù)工程環(huán)境中，利用Ansys RF Channel Modeler?軟件分析射頻（RF）信號(hào)的傳播性能。該技術(shù)棧中還包含Ansys HFSS?仿真軟件，用于分析安裝在航天服和月球車上的高保真天線模型，深入洞察分析月球表面端到端通信系統(tǒng)的連接性能。
展開 固體中He氣放電數(shù)值仿真 ￥500
本案例所建立的模型中，固體部分通過靜電場(chǎng)和稀物質(zhì)傳遞物理場(chǎng)模擬電荷的傳輸和固體電場(chǎng)分布，氣體部分通過等離子體場(chǎng)模擬氦氣的輝光放電。通過域1和3包裹域2模擬固體包裹氣體，探究固體中電荷傳輸和電場(chǎng)分布對(duì)氣體放電的影響。基于COMSOL軟件實(shí)現(xiàn)了固氣界面的表面電荷耦合，COMSOL軟件中采用的模塊及模型如圖1所示。
仿真結(jié)果如下圖所示。
終端電流及電壓
氣體放電電壓
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通過仿真降低航天器上的靜電放電風(fēng)險(xiǎn)
當(dāng)平均電場(chǎng)達(dá)到 3x10 6時(shí)，放電首先發(fā)生在電池的邊緣伏/米。高導(dǎo)電性電弧通道會(huì)耗散任何進(jìn)一步沉積的電荷。隨著時(shí)間的推移，擊穿后電導(dǎo)率超過玻璃電導(dǎo)率，導(dǎo)致較低的電場(chǎng)平衡。電荷密度圖顯示了由于入射電子而產(chǎn)生的負(fù)電荷層。正圖像電荷形成在電池和底部基板的邊緣，而負(fù)電荷形成在粘合劑的頂部。這導(dǎo)致電池邊緣的電場(chǎng)增強(qiáng)，導(dǎo)致多個(gè)同時(shí)擊穿。隨著擊穿的發(fā)生，它們會(huì)消散高能電子等離子體沉積的空間電荷，從而緩慢降低模型中的總電荷。通過查看放電前后能量和電荷的變化，我們可以計(jì)算出它們的平均值。平均電荷為 117 nC，平均能量為19mJ.
為解決上述應(yīng)用，Ansys EMA3D Charge 利用多個(gè)能夠進(jìn)行協(xié)同仿真的物理求解器：表面電荷平衡求解器、電磁學(xué)的全波 FEM 解決方案和 3D 粒子傳輸工具。Ansys EMA3D Charge 提供了一種準(zhǔn)確詳細(xì)地模擬各種儀器、材料和軌道目標(biāo)的電荷積累和耗散的方法，可幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)更強(qiáng)大的空間平臺(tái)，并最大限度地提高這些昂貴項(xiàng)目的長(zhǎng)期成功概率.
了解有關(guān)Ansys EMA3D Charge 平臺(tái)級(jí) EMC 電纜建模的更多信息。https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-ema3d-cable
1. “空間環(huán)境對(duì)空間系統(tǒng)的影響”，HC Koons、JE Mazur、RS Selesnick、JB Blake、JF Fennell、JL Roeder 和 PC Anderson；空間與環(huán)境技術(shù)中心技術(shù)運(yùn)營(yíng)；1999 年 7 月 20 日
根據(jù)Ansys Blog翻譯轉(zhuǎn)發(fā)
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