Abaqus2021xFD05新增了可用于电池工程方面的热-电化学耦合分析功能,使用*COUPLED THERMAL-ELECTROCHEMICAL关键字行来定义。现在Abaqus2022xGA又新增了热-结构-电化学耦合分析功能,使用*COUPLED TEMPERATURE-DISPLACEMENT, ELECTROCHEMICAL。此分析功能是基于扩展的三维多孔电极理论(PET)Newman模型,实现了完全耦合的多尺度、多物理学分析,可以同时解决了以下高度耦合的场:
a) Displacements, (DOFs 1-3)
b) Temperature, (DOF 11)
c) Electric potentials in the solid and electrolyte phases, (DOFs 9, 32)
d) Ion concentration in the electrolyte, (DOF 33) and
e) Concentration of solid particles in the electrodes (microscale).
并提供专门的单元类型 (QEC3D8) 一阶六面体单元。
典型的电池仿真过程,需要四个分析步:
STEP-1:充电过程 – 恒定电流。UAMP和传感器监测电压,在4.2V时结束这一步
STEP-2:恒定电压保持。UAMP和传感器监测反应电流,并在反应电流低于极值时结束该步骤
STEP-3:自由保持。没有电流或电压,自由保持一个小时以达到平衡
STEP-4:放电过程 - 恒定电流。UAMP和传感器监测电压,在2.7V时结束该步骤
电池多物理场仿真的实例:选择全圆柱形电池模型进行分析。几何模型的特点是在金属壳内,有一个浸在电解液中的凝胶卷(阳极集电器、阳极、分离器、阴极、阴极集电器)。该模型很复杂,可以包括顶盖、绝缘层、通风口、标签等。根据标签的位置、应力和由于颗粒膨胀造成的电解液移动、热效应等,对电池性能进行深入了解。
