Technical Papers and Presentations

模型通过锂离子电池模块和全局常微分和微分代数方程模块的耦合实现。 在锂离子电池模块中，将锂离子电池等效为一维模型（如图1所示），分别对应为铜箔，负极材料，隔膜，正极材料，铝箔。电池的循环步骤通过充分的循环边界来描述。考虑SEI膜生长造成的循环容量衰减，在多孔电极（负极）添加SEI膜电阻及子节点多孔电极反应来描述SEI生长过程。 在全局常微分与微分代数方程模块中，采用 ∂T/∂t(mCp)=Q-hA(T-T0) 公式来描述循环过程的产热情况，时刻记录循环过程中电池温度变化。通过电化学与热耦合来描述循环过程中电池自身的状态。改变充放电循环边界中的充放电电流大小（1C/1C ... Read More

近年来近钻头测量受到越来越多的青睐。近钻头测量信号要绕过螺杆钻具传给井下通讯短节，在螺杆钻具上很难实现有线通讯，所以跨螺杆无线短传成为近钻头测量的关键技术。本文利用COMSOL Multiphysics软件中的AC/DC磁场模块对螺绕环天线的响应特性进行了数值模拟分析。 首先利用电磁场公式将有尺寸的螺绕环等效为通磁流的圆柱面并推导出磁流面密度公式，应用COMSOL软件，使用三维建模的方式，建立研究所需测井仪器的响应模型，并开展网格剖分和模型验证工作，对最终的响应特性进行深入分析。得出了螺绕环在均匀介质中的感应电动势 ... Read More

基于纸基微流控芯片(μPAD)的核酸提取和扩增反应需均匀稳定、快速响应的热源。半导体制冷器具有无需制冷剂和体积小等优点，可为纸基芯片提供便携式、低功耗分析平台。相较于其他传统核酸扩增与检测设备，μPAD可以借助内部纤维结构的毛细作用自驱动输送流体介质。并且，微尺度下纤维结构具备较高的比表面积，在原理上可改善常规比色、荧光等检测方法的检出限和精准度。然而，滤纸材料本征参数对试剂溶液动态扩散过程和反应结果影响很大，数值仿真模拟是μPAD性能分析和优化设计的重要途径。本文应用COMSOL®热电效应耦合模块和非等温流动耦合模块，获取芯片内部的温度场信息，评价μPAD温控系统设计 ... Read More

由于能源紧缺和环境污染的问题，电动汽车在近二十年来得到了快速迅猛的发展。动力电池作为电动汽车最为核心的部件之一，将影响到电动汽车未来的发展方向。如果能够对电池进行合理的建模与仿真，将会对电池的研究、设计和使用具有很好的指导意义。为了配合车用BMS算法开发，需要不同荷电态（SOC）、温度、脉冲时间下的内阻、极限电流/功率的MAP等数据。而MAP数据量过大，手动逐点仿真工作量太大，同时，极限电流/功率等需要查找，手动操作复杂。通过COMSOL与MATLAB联合仿真技术自动化获取数据，可以提高计算精度，减少人为测试量，减少开发成本。 ... Read More

方形锂离子电池结构件温升仿真 随着环境污染和能源短缺问题日益严重，新能源汽车逐渐受到人们的青睐。动力电池作为电动汽车的核心部件，其使用性和安全性与温度密切相关。过高和过低的温度都会对电池性能产生影响，严重时甚至会引发电动汽车爆炸起火事故。所以想要通过有限元软件COMSOL Multiphysics建立方形锂离子电池3D电化学-热平均耦合模型，仿真得到电池内部各组件在充放电时的温度分布情况，进而指导电池设计来尽可能的降低电池在工作时的温升。 在COMSOL软件中主要使用“电池与燃料电池模块”、“AC/DC”和“传热模块”这三个模块来实现电池温升仿真。其中 ... Read More

锂离子电池的温度均匀性是影响电池充放电性能的重要指标之一，由于在放电过程中电池每个组件的产热情况不同，导致电池的温度分布不均匀，会给电池带来一定的安全隐患。因此利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立了LFP方形电池的热-电化学耦合模型，用以计算放电过程中电池各个组件产热，根据仿真结果可以得到电池各组件在放电过程中的产热功率及温度分布情况，从而为锂离子电池的结构设计提供理论参考。 模型的建立主要应用到COMSOL软件中锂离子电池接口及固体传热模块，其中锂离子电池接口用于建立电池的电化学模型，模拟电池充放电过程中电池内部的电化学反应 ... Read More

环境污染问题日益严重，新能源汽车将逐渐成为汽车工业发展的新方向，而动力电池作为整个电动汽车的驱动核心，其安全性和使用寿命受到广泛关注。动力电池组在大倍率充放电时内部化学反应加剧，各单体电池温度急剧升高，电池单体之间的不一致性加剧，容易引发热失控等一系列安全事故。本工作采用COMSOL Multiphysics有限元软件对圆柱卷绕式锂离子电池建立3D电化学-热平均耦合有限元模型，将电化学模型与热模型结合分析电池的电化学特性以及热行为，最终建立一个安全可靠的热管理系统。 首先使用COMSOL软件的“电池与燃料电池模块”和“传热模块”这两个模块和“锂离子电池接口” ... Read More

近年来，一些研究人员基于金属波导的结构色散实现了各向同性的波导超材料，并研究了其各种各样的应用。然而，各向异性的波导超材料却没有得到深入的研究。我们利用金属平板/矩形波导在TEm模式下的结构色散，并在波导内部周期性交替填充两种不同的电介质A和B，并辅以细金属线连接上下金属板，从而可以将整个波导系统等效成二维TM偏振下的各向异性有效介质。我们发现在金属波导内沿着A-B多层介质的两个光轴方向存在两个不同的截止频率。当工作频率处在这两个截止频率范围内时，整个波导系统等效后的有效介质等频率曲线呈现出双曲函数的形式，即实现了双曲型波导超材料；当工作频率在较高的截止频率附近时 ... Read More

碱性锌铁液流电池是一种新兴的电化学储能技术，其具有价格低廉、环境友好、能量密度高等特点，具有巨大的发展潜力。但目前尚缺乏相关的理论研究，制约了其性能的提高。这项工作运用COMSOL建立了一个瞬态二维的碱性锌铁液流电池充放电模型。模型耦合了电化学模块中的三次电流分布接口与全局常微分和微分代数方程接口，用于刻画电池的电化学反应过程与电池及外部电解槽的质量平衡。该模型参考了案例库中的钒氧化还原液流电池、可溶性铅酸氧化还原液流电池和锌-氧化银电池一维等温模型三个案例，考虑了电化学反应所导致的电极中的孔隙率和物质浓度的变化 ... Read More

电动汽车领域的发展让锂离子动力电池的充电模式成为焦点，不同充电模式对锂离子电池的热安全性影响不同。借助COMSOL Multiphysics平台，通过设置锂离子电池接口和传热接口建立了电化学-热耦合模型，研究了常规充电模式中的恒流充电和恒流恒压充电模式、快充模式中的多阶段恒流和脉冲充电模式对锂离子电池热安全性的影响。研究结果表明：恒流恒压充电模式在各性能上优于恒流充电模式，但并不符合快充需求。提高多阶段恒流充电模式初期充电倍率的同时增加充电阶段可缩短充电时间、保证充电容量。脉冲充电模式增大脉冲占空比和适当缩短脉冲宽度可提高充电性能和保证充电过程中锂离子电池的热安全性。 Read More