 |
باتری لیتیوم یونی 1 بعدی برای مدل های حرارتی
معرفی
این مدل در مدل‌سازی حرارتی باتری لیتیوم یون استوانه‌ای در نمونه‌های بسته باتری لیتیوم یون خنک‌شده با مایع سه‌بعدی و خنک‌شده با مایع برای ایجاد یک منبع حرارت متوسط در حوزه مواد باتری فعال استفاده می‌شود . مستندات مدل این دو نمونه را ببینید.
تعریف مدل
مدل 1D شباهت های زیادی به Application Library مثال باتری لیتیوم یون ایزوترمال 1D دارد . تفاوت ها اضافه کردن دامنه های جمع کننده جریان منفی و مثبت و استفاده از یک الکترولیت مایع (1.2 M LiPF 6 در 3:7 EC:EMC) است که یک جداکننده را نیز به مدل معرفی می کند. مدل سلولی از پنج حوزه زیر تشکیل شده است:
• | کلکتور جریان منفی (Al، 7μm ) |
• | الکترود متخلخل منفی (Li x C 6 MCMB، 55 میکرومتر ) |
• | جداکننده (30 میکرومتر ) |
• | الکترود متخلخل مثبت (Li y Mn 2 O 4 ، 55 میکرومتر ) |
• | کلکتور جریان مثبت (مس، 10 میکرو متر) |
مسیر کتابخانه برنامه: Battery_Design_Module/Thermal_Management/li_battery_1d_for_thermal_models
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 Done کلیک 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 li_battery_thermal_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 . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
الکترود منفی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 1 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 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Separator را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
الکترود مثبت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Positive Electrode را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
مواد
این مدل از مواد باتری موجود در کتابخانه مواد استفاده می کند. نکته: در گره Materials، cEeqref حداکثر غلظت لیتیوم را در ماده فعال نشان می دهد.
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 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، باتری > الکترودها > گرافیت، LixC6 MCMB (منفی، باتری لیتیوم یونی ) را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در درخت، Battery>Electrodes>LMO, LiMn2O4 Spinel (مثبت، باتری Li-ion ) را انتخاب کنید . |
8 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
9 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
باتری لیتیوم یونی (LIION)
الکترود متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Lithium-Ion Battery (lion) کلیک راست کرده 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 تنظیمات گونه را پیدا کنید . در قسمت متن c s، init ، cs0_neg را تایپ کنید . |
5 | قسمت خصوصیات انتقال ذرات را پیدا کنید . در قسمت متن r p ، rp_neg را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش Heat of Mixing کلیک کنید . چک باکس Include heat of mixing 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 . |
الکترود متخلخل 1
در پنجره Model Builder ، روی Porous Electrode 1 کلیک کنید .
ظرفیت خازنی دو لایه ماتریس متخلخل 1
در نوار ابزار Physics ، روی Attributes کلیک کنید و Porous Matrix Double Layer Capacitance را انتخاب کنید .
Attributes کلیک کنید و Porous Matrix Double Layer Capacitance را انتخاب 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 ، LMO، LiMn2O4 Spinel (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 ، epsl_pos^brugl_pos را تایپ کنید . |
8 | از لیست Diffusion ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن f Dl ، epsl_pos^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 ، LMO، LiMn2O4 Spinel (مثبت، باتری لیتیوم یونی ) (mat3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت تنظیمات گونه را پیدا کنید . در قسمت متن c s، init ، cs0_pos را تایپ کنید . |
5 | قسمت خصوصیات انتقال ذرات را پیدا کنید . در قسمت متن r p ، rp_pos را تایپ کنید . |
6 | قسمت Heat of Mixing را پیدا کنید . چک باکس Include heat of mixing 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 ، LMO، LiMn2O4 Spinel (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 . |
الکترود متخلخل 2
در پنجره Model Builder ، روی Porous Electrode 2 کلیک کنید .
ظرفیت خازنی دو لایه ماتریس متخلخل 1
در نوار ابزار Physics ، روی Attributes کلیک کنید و Porous Matrix Double Layer Capacitance را انتخاب کنید .
Attributes کلیک کنید و Porous Matrix Double Layer Capacitance را انتخاب 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 . |
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. |
چگالی جریان الکترود 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و چگالی جریان الکترود را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چگالی جریان الکترود ، قسمت چگالی جریان الکترود را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن i n ,s ، i_app را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و مقادیر اولیه را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترود مثبت را انتخاب کنید . |
4 | قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . در قسمت متن phil ، -mat2.elpot.Eeq_int1(cs0_neg/mat2.elpot.cEeqref) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن cl ، cl_0 را تایپ کنید . |
6 | در فیلد متن phs ، mat3.elpot.Eeq_int1(cs0_pos/mat3.elpot.cEeqref)-mat2.elpot.Eeq_int1(cs0_neg/mat2.elpot.cEeqref) را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن phil ، -mat2.elpot.Eeq_int1(cs0_neg/mat2.elpot.cEeqref) را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن cl ، cl_0 را تایپ کنید . |
تعاریف (COMP1)
مقدار دمای مورد استفاده در رابط باتری لیتیوم یونی را تنظیم کنید .
ورودی مدل 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Shared Properties کلیک کنید و Model Input را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی مدل ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Definition را پیدا کنید .  روی Select Quantity کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، دما را در قسمت متن تایپ کنید. |
6 |  روی Filter کلیک کنید . |
7 | در درخت، General>Temperature (K) را انتخاب کنید . |
8 | روی OK کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
شکل موج 1 (wv1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Waveform را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شکل موج ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | از لیست Type ، مربع را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Period ، cycle_time را تایپ کنید . |
تعاریف (COMP1)
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  متغیرها کلیک کنید و متغیرهای محلی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
i_app | i_load*(wv1(t/1[s]))*(t<1500) | چگالی جریان اعمال شده |
Domain Point Probe 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Domain Point Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Domain Point Probe ، قسمت Point Selection را پیدا کنید . |
3 | در ردیف مختصات ، x را روی L_neg+L_sep+L_neg قرار دهید . |
4 | چک باکس Snap to closest point را انتخاب کنید . |
عبارت Point Probe 1 (ppb1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Domain Point Probe 1 را گسترش دهید ، سپس روی Point Probe Expression 1 (ppb1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Point Probe Expression ، CellVoltageProbe را در قسمت متن نام متغیر تایپ کنید . |
3 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Lithium-Ion Battery>phis – Electric Potential – V را انتخاب کنید . |
4 | کلیک کنید تا قسمت Table and Window Settings گسترش یابد .  روی Add Plot Window کلیک کنید . |
پروب متغیر جهانی 1 (var1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Global Variable Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی ، CellCurrentProbe را در قسمت متن نام متغیر تایپ کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، i_app/i_1C را تایپ کنید . |
4 | کلیک کنید تا قسمت Table and Window Settings گسترش یابد . از لیست پنجره Plot ، Probe Plot 1 را انتخاب کنید . |
