 |
استفاده از الکترود در سلول کیسه ای باتری لیتیوم یونی با فرمت بزرگ
معرفی
باتری های لیتیوم یون بزرگ به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی و برای کاربردهای ذخیره انرژی ثابت استفاده می شوند. در طراحی سلول باتری کیسه ای (انباشته)، تمام جریان از سلول در “تب” سلول خارج می شود، و با افزایش اندازه سلول و قدرت، گرادیان های ولتاژ در جمع کننده های جریان فویل فلزی بسیار رسانا ممکن است وارد عمل شوند که منجر به توزیع غیر یکنواخت جریان و استفاده از الکترود در سلول.
استفاده غیر یکنواخت منجر به استفاده بهینه از الکترودهای باتری می شود و همچنین ممکن است منجر به پیری غیریکنواخت و تسریع شده الکترود شود.
این آموزش توزیع جریان و استفاده از الکترود را در سلول کیسه ای باتری لیتیوم یونی با فرمت بزرگ و نحوه بستگی آن به جریان سلول مدل می کند.
مدل سه بعدی است. توجه داشته باشید که تمام نمودارها به دلیل نسبت بالای ویژگی های هندسی، 100 برابر در جهت z مقیاس بندی می شوند.
تعریف مدل
شکل 1 هندسه مدل را نشان می دهد. هندسه یک سلول واحد فویل به فویل را تعریف می کند که 5 لایه را در جهت z روی هم می چیند :
• | فویل کلکتور جریان فلزی منفی: 10 میکرو متر، مس (به دلیل تقارن، نیمی از این ضخامت در هندسه مدل استفاده می شود) |
• | الکترود منفی: 60 میکرومتر ، گرافیت |
• | جداکننده: 30 میکرومتر |
• | الکترود مثبت: 60 میکرومتر ، LMO |
• | فویل جمع کننده جریان فلزی مثبت: 10 میکرومتر ، Al (به دلیل تقارن، نیمی از این ضخامت در هندسه مدل استفاده می شود) |
• | الکترولیت LiPF6 در 3:7 EC:EMC است |
• | تقارن در امتداد مرکز سلول در نظر گرفته می شود |
پایانه های جریان مثبت و منفی در مقابل یکدیگر قرار دارند (اما ممکن است به راحتی با تغییر گره هندسه در مدل در یک سمت قرار گیرند).
شکل 1: هندسه مدل، 100 بار در جهت z مقیاس شده است.
رابط باتری لیتیوم یونی برای تنظیم فیزیک با استفاده از داده های مواد از کتابخانه مواد باتری استفاده می شود.
زیرگره‌های میان‌گرمی ذرات به گره‌های الکترود متخلخل، غلظت لیتیوم جامد را در یک بعد ذره اضافی (بعد اضافی) مدل‌سازی می‌کنند. از این رو این مدل یک مدل “شبه-4 بعدی” کاملاً جفت شده را تعریف می کند.
باتری از 20% تا 80% حالت شارژ سلولی (SOC) شارژ می شود. گره Initial Cell Charge Distribution برای تنظیم حالت شارژ اولیه سلول استفاده می شود.
شرط مرزی Electrode Ground در زبانه منفی استفاده می شود در حالی که شرط مرزی Electrode Current جریان خروجی سلول از سلول را در زبانه مثبت تعریف می کند.
یک Sweep پارامتریک برای حل دو نرخ شارژ مختلف (1C و 4C) استفاده می شود.
نتایج و بحث
شکل 2 و شکل 3 توزیع پتانسیل را در فویل های فلزی منفی و مثبت (کلکتور جریان و زبانه) به ترتیب در ابتدای شارژ 4C نشان می دهد. تغییرات پتانسیل در کلکتور جریان منفی حدود 6 میلی ولت و در کلکتور جریان مثبت 10 میلی ولت در جریان شارژ 4 درجه سانتیگراد است.
برای جریان شارژ 1C، تغییرات پتانسیل مربوطه کمتر از 2 میلی ولت است (نتایج در اینجا نشان داده نشده است).
شکل 2: توزیع پتانسیل در فویل فلزی منفی (کلکتور جریان و زبانه) در ابتدای شارژ 4C.
شکل 3: توزیع پتانسیل در فویل فلزی مثبت (کلکتور جریان و زبانه) در ابتدای شارژ 4C.
شکل 4 و شکل 5 توزیع جریان را برای یک مقطع در وسط جداکننده به ترتیب در ابتدا و انتهای شارژ 4C نشان می دهد. این معیاری از استفاده آنی الکترود را فراهم می کند. توزیع جریان در طول زمان حدود 6% در صفحه جداکننده تغییر می کند. برای 1C، تغییرات به طور کلی کوچکتر است (نتایج در اینجا نشان داده نشده است). در ابتدا، چگالی جریان جداکننده نزدیک به زبانه ها بیشتر است در حالی که در انتهای شارژ، چگالی جریان در قسمت های مرکزی سلول بیشتر است.
شکل 4: توزیع جریان در وسط جداکننده در ابتدای شارژ 4C.
شکل 5: توزیع جریان در وسط جداکننده در انتهای شارژ 4C.
برای اندازه گیری میزان استفاده در طول دوره شارژ، از عملگرهای پروجکشن عمومی برای ادغام مقدار لیتیوم در امتداد عمق الکترود (جهت z ) استفاده می شود. تقسیم تغییر پیش‌بینی‌شده لیتیوم بر میانگین کل الکترود، اندازه‌گیری استفاده نسبی (برق ظرفیت) را نشان می‌دهد. شکل 6 و شکل 7 استفاده نسبی را در کل دوره شارژ برای بارهای 1C و 4C به ترتیب برای الکترود مثبت نشان می دهد. میزان استفاده برای شارژ 4C حدود 2.5٪ و برای شارژ 1C 1٪ متفاوت است. استفاده از چرخه متوسط کمتر از استفاده آنی نشان داده شده در شکل 4 و شکل 5 است .
شکل 6: استفاده نسبی از الکترود در طول شارژ 1C.
شکل 7: استفاده نسبی از الکترود در طول شارژ 4C.
این آموزش نشان می دهد که استفاده از الکترود محلی در امتداد فویل فلزی (کلکتور جریان و زبانه) در طول یک چرخه شارژ تغییر می کند. برای این پیکربندی، استفاده در طول شارژ 1C نسبتاً یکنواخت است، اما شارژ بالاتر 4C منجر به استفاده کمی غیر یکنواخت می‌شود.
مسیر کتابخانه برنامه: Battery_Design_Module/Batteries,_Lithium-ion/pouch_cell_utilization
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  3D 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 . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
فایل پارامتر را وارد کنید.
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 pouch_cell_utilization_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
هندسه مدل را با استفاده از مراحل زیر تنظیم کنید.
صفحه کار 1 (wp1)
در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه کار کلیک کنید .
کار کلیک کنید .صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width W_cell را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، H_cell را تایپ کنید . |
اکسترود 1 (ext1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Extrude را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش Distances را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فواصل (متر) |
L_neg_cc/2 |
L_neg_cc/2+L_neg |
L_neg_cc/2+L_neg+L_sep |
L_neg_cc/2+L_neg+L_sep+L_pos |
L_neg_cc/2+L_neg+L_sep+L_pos+L_pos_cc/2 |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، W_tab را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text، H_tab را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، L_neg_cc/2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، H_cell را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
بلوک 2 (بلک2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، W_tab را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text، H_tab را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، L_neg_cc/2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، -H_tab را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن z ، L_neg_cc/2+L_neg+L_sep+L_pos را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
فرم اتحادیه (فین)
در نوار ابزار Geometry ، روی ساختن همه کلیک کنید .
ساختن همه کلیک کنید .تعاریف
هندسه را در جهت z مقیاس دهید تا دیدن لایه های مختلف در هندسه مدل آسان تر شود.
مشاهده 1
در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید .
دوربین
1 | در پنجره Model Builder ، گره View 1 را گسترش دهید ، سپس روی Camera کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دوربین ، بخش دوربین را پیدا کنید . |
3 | از فهرست نمایش مقیاس ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی در مقیاس z ، 100 را تایپ کنید . |
5 |  روی Update کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
اکنون هندسه نهایی شده باید به شکل زیر باشد.
برگه مثبت
انتخاب‌های نام‌گذاری شده از حوزه‌های باتری مختلف را برای سهولت در انتخاب بعدی در مدل ایجاد کنید.
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Tab Positive را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
جمع کننده جریان مثبت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Positive Current Collector را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 6 را انتخاب کنید. |
الکترود مثبت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Positive Electrode را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
برگه منفی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Tab Negative را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جمع کننده جریان منفی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Negative Current Collector را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
الکترود منفی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Negative Electrode را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جداکننده
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Separator را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
پایان برگه منفی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Negative Tab End را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در فیلد متن Selection عدد 29 را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
پایان برگه مثبت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در فیلد متن Selection عدد 2 را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label ، گزینه Positive Tab End را تایپ کنید . |
جمع کننده و برگه جریان منفی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، برگه منفی و جمع‌آوری جریان منفی را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Negative Current Collector و Tab را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جمع کننده و برگه جریان مثبت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، برگه مثبت و جمع‌آوری جریان مثبت را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای اتحادیه ، جمع‌آوری جریان مثبت و Tab را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
دامنه های فویل فلزی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در لیست انتخاب‌ها برای افزودن ، جمع‌آوری کننده جریان منفی و برگه و جمع‌آورنده جریان مثبت و برگه را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Metal Foil Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
ولتاژ سلول
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Global Variable Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی ، ولتاژ سلولی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، liion.phis0_ec1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Table and plot unit ، V را تایپ کنید . |
5 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Cell Voltage را تایپ کنید . |
فرافکنی عمومی – منفی
اکنون عملگرهای General Projection را اضافه کنید که برای ادغام مقدار لیتیوم در امتداد عمق الکترود ( جهت z ) استفاده می شود.
1 | در نوار ابزار Definitions ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و General Projection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای طرح عمومی ، در قسمت نوشتار Label، General Projection – Negative را تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام اپراتور ، genproj_neg را تایپ کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، الکترود منفی را انتخاب کنید . |
فرافکنی عمومی – مثبت
1 | روی General Projection – Negative کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پروجکشن عمومی ، در قسمت متن برچسب ، General Projection – Positive را تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام اپراتور ، genproj_pos را تایپ کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، الکترود مثبت را انتخاب کنید . |
مواد
مس و آلومینیوم را از مواد داخلی اضافه 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، Built-in>Aluminium و Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
از کتابخانه مواد باتری برای تنظیم خواص مواد برای الکترولیت و مواد الکترود در سلول کیسه استفاده کنید.
1 | به پنجره Add Material بروید . |
2 | در درخت، باتری>الکترود>گرافیت، LixC6 MCMB (منفی، باتری لیتیوم یونی ) و باتری>الکترود>LMO، اسپینل LiMn2O4 (مثبت، باتری لیتیوم یونی ) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در درخت، Battery>Electrolytes>LiPF6 را در 3:7 EC:EMC (Liquid, Li-ion Battery) انتخاب کنید . |
5 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آلومینیوم (mat1)
مواد را به حوزه های باتری مربوطه اختصاص دهید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی آلومینیوم (mat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جمع آوری کننده و برگه جریان مثبت را انتخاب کنید . |
مس (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Copper (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جمع آوری کننده جریان منفی و برگه را انتخاب کنید . |
گرافیت، LixC6 MCMB (منفی، باتری لیتیوم یونی) (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Graphite, LixC6 MCMB (Negative, Li-ion Battery) (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود منفی را انتخاب کنید . |
LMO، اسپینل LiMn2O4 (مثبت، باتری لیتیوم یونی) (mat4)
1 | در پنجره Model Builder ، روی LMO, LiMn2O4 Spinel (مثبت، باتری لیتیوم یونی ) (mat4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود مثبت را انتخاب کنید . |
LiPF6 در 3:7 EC:EMC (باتری مایع، لیتیوم یونی) (mat5)
1 | در پنجره Model Builder ، روی LiPF6 در 3:7 EC:EMC (Liquid, Li-ion Battery) (mat5) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جداکننده را انتخاب کنید . |
باتری لیتیوم یونی (LIION)
با افزودن دامنه جداکننده به باتری شروع کنید.
جداکننده 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Lithium-Ion Battery (lion) کلیک راست کرده 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 . |
اکنون فیزیک را در الکترودهای متخلخل و کلکتورهای جریان تنظیم کنید.
الکترود متخلخل – منفی
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Porous Electrode را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود متخلخل ، Porous Electrode – Negative را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، الکترود منفی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrolyte Properties را پیدا کنید . از لیست مواد الکترولیت ، LiPF6 را در 3:7 EC:EMC (باتری مایع، لیتیوم یون ) (mat5) 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 ، 1-epss_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 ، قسمت Particle Transport Properties را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r p ، rp_neg را تایپ 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 ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0ref_neg را تایپ کنید . |
الکترود متخلخل – مثبت
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Porous Electrode را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود متخلخل ، Porous Electrode – Positive را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، الکترود مثبت را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrolyte Properties را پیدا کنید . از لیست مواد الکترولیت ، LiPF6 را در 3:7 EC:EMC (باتری مایع، لیتیوم یون ) (mat5) 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 ، 1-epss_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 ، قسمت Particle Transport Properties را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r p ، rp_pos را تایپ 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 ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0ref_pos را تایپ کنید . |
الکترود 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Electrode را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دامنه های فویل فلزی را انتخاب کنید . |
زمین برق 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Ground را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای زمین الکتریکی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، پایان برگه منفی را انتخاب کنید . |
جریان الکترود 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و جریان الکترود را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان الکترود ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، پایان برگه مثبت را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Current را پیدا کنید . در قسمت I s,total text، I_1C*C_rate را تایپ کنید . |
5 | در فیلد متنی φ s,bnd,init ، 4[V] 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 | از لیست تنظیمات اولیه سلول باتری ، وضعیت شارژ اولیه سلول را انتخاب کنید . |
4 | در فیلد متنی سلول SOC ، SOC_start را تایپ کنید . |
5 | در فیلد متنی سلول Q ، Q_cell 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 . |
مش را برای مدل تنظیم کنید. برای بقیه هندسه از مش نگاشت شده روی مرز و مش جاروب شده استفاده کنید.
مش 1
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 20 را انتخاب کنید. |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | برای پاک کردن  دکمه فعالسازی انتخاب کلیک کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود منفی را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 15 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 3 را تایپ کنید . |
توزیع 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جداکننده را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . در فیلد متنی Number of elements ، 4 را تایپ کنید . |
توزیع 3
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود مثبت را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 15 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 3 را تایپ کنید . |
7 | تیک Reverse direction را انتخاب کنید . |
8 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مش نهایی اکنون باید به شکل زیر باشد.
مطالعه 1
جاروی پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
C_rate (نرخ C در طول شبیه سازی) | 1 4 | 1 |
مرحله 2: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، 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 زمان خروجی ، range(0,sim_time/2,sim_time) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
جهانی 1
در پنجره Model Builder ، گره Results>Boundary Electrode Potential را با توجه به زمین (liion) گسترش دهید .
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Average Electrode State-of-Charge (liion) را گسترش دهید، سپس روی Results>Boundary Electrode Potential with Respect to Ground (liion)>Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | از فهرست داده های منبع محور ، زمان را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Boundary Electrode Potential with Respect to Ground (liion) ، روی  Plot کلیک کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Average Electrode State-of-Charge (liion) روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | از فهرست داده های منبع محور ، زمان را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار میانگین وضعیت شارژ الکترود (liion) ، روی  Plot کلیک کنید . |
پتانسیل در جمع کننده و برگه جریان منفی
مراحل زیر نمودار پتانسیل را در جمع کننده و زبانه جریان منفی ایجاد می کند.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، Potential را در Negative Current Collector و Tab را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 0 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . چک باکس نمایش مقادیر حداکثر و حداقل را انتخاب کنید . |
6 | برای گسترش بخش Number Format کلیک کنید . کادر تیک Manual color legend settings را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت Precision text، 4 را تایپ کنید . |
جلد 1
1 | روی Potential in Negative Current Collector و Tab کلیک راست کرده و Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، phis را تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | روی جلد 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جمع آوری کننده جریان منفی و برگه را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار جمع‌آوری و برگه جریان منفی بالقوه ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پتانسیل در جمع کننده و برگه جریان منفی
برای بدست آوردن پتانسیل در کلکتور جریان مثبت و زبانه، طرح را کپی کنید.
پتانسیل در جمع کننده و برگه جریان مثبت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Potential in Negative Current Collector و Tab کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، Potential را در Positive Current Collector و Tab را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Potential in Positive Current Collector و Tab را گسترش دهید . |
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Potential in Positive Current Collector و Tab>Volume 1 را گسترش دهید، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جمع آوری کننده و برگه جریان مثبت را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Potential in Positive Current Collector and Tab ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
چگالی جریان نسبی در سراسر جداکننده
چگالی جریان نسبی در سرتاسر جداکننده را با استفاده از یک نمودار برش رسم کنید.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، تراکم جریان نسبی در سراسر جداکننده را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 0 را انتخاب کنید . |
برش 1
1 | روی Relative Current Density Across Separator کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text liion.IlMag/(I_1C*C_rate/(H_cell*W_cell)) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Plane Data را پیدا کنید . از لیست هواپیما ، XY-planes را انتخاب کنید . |
5 | از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن مختصات Z ، L_neg_cc/2+L_neg+L_sep/2 را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار تراکم جریان نسبی در سراسر جداکننده ، روی  Plot کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
چگالی جریان نسبی در سراسر جداکننده
1 | در پنجره Model Builder ، روی Relative Current Density Across Separator کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست زمان (ها) ، 630 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار تراکم جریان نسبی در سراسر جداکننده ، روی  Plot کلیک کنید . |
استفاده (برآوری ظرفیت نسبی)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Utilization (Relative Capacity Throughput) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مقدار پارامتر (C_rate) ، 1 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . چک باکس نمایش مقادیر حداکثر و حداقل را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Utilization (Relative Capacity Throughput) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، genproj_pos(at(0,liion.cs_average)-liion.cs_average)*epss_pos*F_const*H_cell*W_cell/(I_1C*C_rate*t) را تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 16 را انتخاب کنید. |
3 | در نوار ابزار Utilization (Relative Capacity Throughput) روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
استفاده (برآوری ظرفیت نسبی)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Utilization (Relative Capacity Throughput) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (C_rate) ، 4 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Utilization (Relative Capacity Throughput) روی  Plot کلیک کنید . |
طرح پروب ولتاژ باتری
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Probe Plot Group 8 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، نمودار کاوشگر ولتاژ باتری را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | در نوار ابزار Battery Voltage Probe Plot ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
