Co nowego w SIMULIA 2023x – Multifizyka i symulacja baterii

Ci, którzy śledzili nasze wpisy na blogu Seria Co nowego, mogli zauważyć nowy temat. Zawsze mieliśmy coś do omówienia w aktualizacjach Multiphysics, ale nigdy nie mieliśmy aktualizacji w sprawie baterii. Wynika to w dużej mierze z włączenia BIOVIA do naszej ogólnej oferty przepływu pracy, co wyniosło możliwości symulacji baterii na zupełnie nowy poziom. Przejdźmy teraz do akumulatora.

• Podróż elektrochemii baterii 2022xFD02

Obraz przedstawia ulepszenia sprzęgania Multiphysics dla różnych wersji. Cel tych sprzężeń jest dwojaki: wprowadzenie bardziej sprzężonej fizyki dla akumulatorów i większej liczby stopni swobody, takich jak stężenie jonów i cząstek stałych.

Korzyści: Porowatość elektrod zmienia się w wyniku rozszerzania i kurczenia się cząstek aktywnych w elektrodzie. Zjawisko to ujmuje się we wzmocnionym stopniu przemieszczenia – ciśnienia porowego. Ze względu na zmianę porowatości gęstość elektrolitu zmienia się w różnych obszarach, powodując w ten sposób gradient ciśnienia w elektrolicie w elektrodzie. Powoduje to reakcję strukturalną w elektrodzie, a także przepływ elektrolitu. Konieczne staje się wychwytywanie przepływu jonów wraz z elektrolitem. Wszystko to modelowano poprzez połączenie etapu zwiększonego wyporu ciśnienia w porach i etapu termoelektrycznego.

• Baterie litowo-metalowe 2022xFD02

Baterie te mają nieporowatą anodę, natomiast katoda i separator są porowate. Reakcję na granicy faz między anodą a separatorem modeluje się przy użyciu powierzchniowej kinetyki przenoszenia ładunku.

• Udoskonalenie biblioteki elementów 2023xFD01

Dodane elementy to: QEC3D4, QEC3D6, QEC3D8R

Pierwsze dwa to elementy czworościanu i pryzmatu dla złożonej geometrii. Trzeci to element ceglany o zmniejszonej integracji, umożliwiający szybsze rozwiązanie. Możliwe jest zdefiniowanie obszarów baterii, w których elektrochemia nie jest modelowana za pomocą konwencjonalnych elementów, takich jak naprężenia termiczne 3D, powłoki i elementy powłok ciągłych.

• Rozbudowana biblioteka wyjściowa 2022xFD02

Zmienne modelu całkowitego i częściowego, wyniki dotyczące poziomu cząstek w skali mikro oraz wyniki makrosekcji zostały dodane w następujący sposób:

• Ulepszenia kontaktu 2022xFD02

Przewodność elektryczna związana z fazą stałą i cieczą.

*SZCZELINA PRZEWODNICTWA ELEKTRYCZNEGO, TYP=STAŁE/CIEKŁE

Dyfuzja jonów litu przez powierzchnię styku

*DYFUZYJNOŚĆ LUKI, TYP = STĘŻENIE JONÓW

*GAP Heat Generation do modelowania dodatkowych źródeł wytwarzania ciepła ze względu na rezystancję.

• Udoskonalenia TIE 2022xFD02

Konwencjonalne powiązania w standardzie Abaqus zostały ulepszone, aby selektywnie dezaktywować niechciane DOF. Wprowadzono także nowe zmienne wyjściowe dla drugorzędnej powierzchni wiązania.