探索Abaqus在电池电化学仿真中的应用

锂离子电池作为可充电的储能装置，广泛用于各种行业，包括便携式电子和汽车行业，与其他电池化学相比，锂离子电池的优势包括高能量密度、低维护和先进的电化学性能。

基于物理的精确的仿真电池电化学过程，可以带来更好的电池设计。由于重复充放电循环而老化，通过仿真模拟可以提供电芯在不同加载条件下维持其容量的能力，以及可能导致的热失控条件。

Abaqus电池电化学仿真功能，首发于 Abaqus 2021 FD05(FP.2108)版本。基于扩展的三维多孔电极理论 Porous Electrode Theory（PET） Newman 模型，对充电电池电芯的三维热电化学过程，提供可定量的预测模拟。

全栈锂离子电池由阳极收集器、多孔阳极、多孔分离器、多孔阴极和阴极收集器组成。图 1展示了圆柱形电池的典型凝胶卷构造，图2为电池的多孔部分浸入电解质浴中，在充电周期内促进离子从阴极到阳极移动

图 1 全栈锂离子电池的示意图

图2 全栈锂离子电池充电过程示意图

基于扩展三维多孔电极理论（PET）Newman模型，新的耦合热电化学功能，用于分析电池电化学应用。分析求解能够同时解决高度耦合场：温度、固体和电解质相位的电位、电解质中的离子浓度和电极中固体粒子的浓度等。

试验验证

以Ecker et al. (2015) (Part I) 和 (Part II)论文中有关的7.5 Ah Kokam电芯的放电和充电分析测试加以分析。

图1 各种C速率的电压放电曲线

图2 速率1C的电压充电曲线

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