 |
آموزش مدل باتری لیتیوم یون 1 بعدی برای ظرفیت محو شدن
معرفی
این یک مدل قالب حاوی فیزیک، هندسه و مش یک باتری لیتیوم یونی است (بدون هیچ گونه واکنش محو شدن ظرفیت یا مکانیزم اضافه شده). ظرفیت محو شدن یک باتری لیتیوم یونی که در کتابخانه برنامه موجود است از این تنظیم مدل استفاده می کند.
مدل سلول باتری با استفاده از رابط باتری لیتیوم یون ایجاد شده است. توضیحات دقیق تر در مورد نحوه راه اندازی این نوع مدل را می توان در نمونه مدل باتری لیتیوم یون ایزوترمال 1D یافت .
تعریف مدل
این مدل برای یک سلول باتری گرافیتی/NCA تنظیم شده است. مواد از کتابخانه مواد باتری در دسترس هستند و عمدتا تنظیمات پیش فرض انتخاب شده اند. دامنه های مدل عبارتند از:
• | الکترود متخلخل منفی: ماده فعال گرافیت (MCMB Li x C 6 ). |
• | جداکننده. |
• | الکترود متخلخل مثبت: ماده فعال NCA (LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ). |
• | الکترولیت: 1.0 M LiPF 6 در EC:EMC (3:7 وزن) |
رابط باتری لیتیوم یونی شامل موارد زیر است:
• | هدایت الکترونیکی در الکترودها |
• | انتقال بار یونی در الکترودها و الکترولیت/جداکننده |
• | انتقال مواد در الکترولیت، امکان معرفی اثرات غلظت بر رسانایی یونی و پتانسیل بیش از حد غلظت |
• | انتقال مواد در ذرات کروی شکل که الکترودها را تشکیل می دهند |
• | سینتیک الکترود باتلر-ولمر با استفاده از منحنی‌های تخلیه تجربی اندازه‌گیری شده برای پتانسیل تعادل. |
مسیر کتابخانه برنامه: Battery_Design_Module/Batteries,_Lithium-ion/capacity_fade_seed
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  1D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Electrochemistry>Batteries>Lithium-Ion Battery (lion) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت Select Study ، Preset Studies for Selected Physics Interfaces>Time Dependent with Initialization را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
ریشه
پارامترهای مدل را از یک فایل متنی اضافه کنید.
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل capacity_fade_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
فاصله 1 (i1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، قسمت فاصله را بیابید . |
3 | از لیست Specify ، Interval lengths را انتخاب کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
طول (متر) |
L_neg |
L_Sep |
L_pos |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
مواد
مطالب را از کتابخانه مواد بارگیری کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Battery>Electrolytes>LiPF6 را در 3:7 EC:EMC (Liquid, Li-ion Battery) انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، باتری > الکترودها > گرافیت، LixC6 MCMB (منفی، باتری لیتیوم یونی ) را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
7 | در درخت، Battery>Electrodes>NCA, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (مثبت، باتری لیتیوم یونی ) را انتخاب کنید . |
8 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
تعاریف
انتخاب های صریح در هندسه مدل انجام می شود.
الکترود منفی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Negative Electrode را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
جداکننده
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Separator را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
الکترود مثبت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Positive Electrode را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
باتری لیتیوم یونی (LIION)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی باتری Lithium-Ion Battery (liion) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات باتری لیتیوم یونی ، بخش سطح مقطع را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن A c ، A_cell را تایپ کنید . |
الکترود متخلخل 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Porous Electrode را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود متخلخل ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود منفی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Properties را پیدا کنید . از لیست مواد الکترود ، گرافیت، LixC6 MCMB (منفی، باتری لیتیوم یون ) (mat2) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Porous Matrix Properties را پیدا کنید . در قسمت متن ε s ، epss_neg را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ε l ، epsl_neg را تایپ کنید . |
درهم آمیختگی ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Intercalation 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Particle Intercalation ، بخش Material را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد ذرات ، گرافیت، LixC6 MCMB (منفی، باتری لیتیوم یون ) (mat2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت خصوصیات انتقال ذرات را پیدا کنید . در قسمت متن r p ، rp_neg را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش گسسته سازی ذرات کلیک کنید . در قسمت متن N el ، 5 را تایپ کنید . |
6 | کادر بررسی Fast assembly in particle dimension را انتخاب کنید . |
واکنش الکترود متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود متخلخل ، قسمت Material را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد ، Graphite، LixC6 MCMB (منفی، باتری لیتیوم یونی ) (mat2) را انتخاب کنید . |
4 | بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0ref_neg را تایپ کنید . |
جداکننده 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Separator را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Separator ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جداکننده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Porous Matrix Properties را پیدا کنید . در قسمت متن ε l ، epsl_sep را تایپ کنید . |
5 | قسمت Effective Transport Parameter Correction را پیدا کنید . از لیست رسانایی الکترولیت ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن f l ، epsl_sep^brugl_sep را تایپ کنید . |
6 | از لیست Diffusion ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن f Dl ، epsl_sep^brugl_sep را تایپ کنید . |
الکترود متخلخل 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Porous Electrode را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود متخلخل ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود مثبت را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Properties را پیدا کنید . از لیست مواد الکترود ، NCA، LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (مثبت، باتری لیتیوم یونی ) (mat3) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Porous Matrix Properties را پیدا کنید . در قسمت متن ε s ، epss_pos را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ε l ، epsl_pos را تایپ کنید . |
7 | قسمت Effective Transport Parameter Correction را پیدا کنید . از لیست رسانایی الکترولیت ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن f l ، liion.epsl^brugl_pos را تایپ کنید . |
8 | از لیست Diffusion ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن f Dl ، liion.epsl^brugl_pos را تایپ کنید . |
درهم آمیختگی ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Intercalation 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Particle Intercalation ، بخش Material را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد ذرات ، NCA، LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (مثبت، باتری لیتیوم یونی ) (mat3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت خصوصیات انتقال ذرات را پیدا کنید . در قسمت متن r p ، rp_pos را تایپ کنید . |
5 | بخش گسسته سازی ذرات را پیدا کنید . در قسمت متن N el ، 3 را تایپ کنید . |
6 | کادر بررسی Fast assembly in particle dimension را انتخاب کنید . |
واکنش الکترود متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود متخلخل ، قسمت Material را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد ، NCA، LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (مثبت، باتری لیتیوم یونی ) (mat3) را انتخاب کنید . |
4 | بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0ref_pos را تایپ کنید . |
توزیع اولیه شارژ سلولی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و Initial Cell Charge Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع اولیه شارژ سلول ، قسمت پارامترهای سلول باتری را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی سلول E ، E_min را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی سلول Q ، Q0*1[m^2] را تایپ کنید . |
5 | بخش تعادل الکترود سلول باتری را پیدا کنید . در قسمت f cycl,loss text، عدد 0 را تایپ کنید . |
انتخاب الکترود منفی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Initial Cell Charge Distribution 1 را گسترش دهید ، سپس بر روی Negative Electrode Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب الکترود منفی ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود منفی را انتخاب کنید . |
انتخاب الکترود مثبت 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Positive Electrode Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب الکترود مثبت ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود مثبت را انتخاب کنید . |
زمین برق 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
تعاریف جهانی
ورودی های مدل پیش فرض
مقدار دمای مورد استفاده در کل مدل را تنظیم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions، روی Default Model Inputs کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی های مدل پیش فرض ، بخش Browse Model Inputs را پیدا کنید . |
3 | در درخت، General>Temperature (K) – minput.T را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش عبارت برای انتخاب باقیمانده را پیدا کنید . در قسمت متن دما ، T را تایپ کنید . |
تعاریف (COMP1)
تکه ای 1 (pw1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Piecewise را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Piecewise ، K را در قسمت متن نام تابع تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . از لیست صاف کردن ، تابع پیوسته را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش فواصل را پیدا کنید .  روی Load from File کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل capacity_fade_piece_wise.txt دوبار کلیک کنید . |
6 |  روی Plot کلیک کنید . |
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل capacity_fade_variables.txt دوبار کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 2: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 ، روی Step 2: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی بار خروجی ، range(0,180,(no_cycles+1)*t_cycling/t_factor) را تایپ کنید . |
