COMSOL Multiphysics® 5.3a Release Highlights



Batteries & Fuel Cells Module Updates



Batteries & Fuel Cells 모듈 사용자들을 위해, COMSOL Multiphysics® 5.3a 버전에서는 새로운 리튬 이온 배터리 설계, 새로운 베이커-버브러지(Baker-Verbrugge) 확산 모델, 그리고 두 개의 새로운 배터리 예제가 포함됩니다. 이러한 배터리와 연료전지 기능이 대해 아래에서 상세하게 알아보시길 바랍니다.

New Demo App: Battery Designer

새로운 Battery Designer 예제는 특정 사용을 위한 최적화된 배터리 구조를 개발하기 위해 설계 도구로서 사용될 수 있습니다. 이 앱은 용량, 에너지 효율, 열 생성, 그리고 정의된 부하 순환에 대해 리튬 이온 배터리의 기생 반응 때문에 발생하는 용량 손실을 계산합니다. 이 앱에서 사용자는 다음과 같이 다양한 배터리 설계 매개변수 – 배터리 외관의 형상적 차원; 다른 요소(분리기, 집전 장치, 그리고 전극)의 두께; 양극 물질; 그리고 다공성 물질의 다른 상에 부피 분율 – 를 조절할 수 있습니다. 부하 순환은 일정 전류 부하를 사용하는 충방전 순환으로, 충전과 방전 단계에 대해 각각 다르게 설정 가능합니다. 앱은 또한 생성된 열과 열적 물질을 기반으로 일정한 내부 배터리 온도를 가정하여 배터리 온도를 계산합니다. 냉각은 열전달 계수와 대기 온도 매개변수를 사용하여 정의됩니다.

Battery Designer 앱의 사용자 인터페이스

Battery Designer 앱의 사용자 인터페이스

Application Library path:

Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Applications/li_battery_designer

Revamped Free and Porous Media Flow Interface

새로운 버전의 Free and Porous Media Flow 인터페이스에서, 사용자는 다공성 매질 유동과 함께 층류 또는 난류와 연동할 수 있습니다. 이 인터페이스는 다공성 전극의 모델링을 위해 전기화학 인터페이스를 연동한다는 점에서 특별합니다.

Kozeny-Carman Permeability Model

Kozeny-Carman 투과도 모델은 COMSOL Multiphysics® 5.3a 버전에서 Darcy’s law 인터페이스에 이용가능하며, 사용자들은 공극률과 입자 직경으로부터 투과도를 추정하는데 사용할 수 있습니다.

Kozeny-Carman 투과도 모델의 설정 화면

Kozeny-Carman 투과도 모델의 설정 화면


New Diffusion Model in the Particle Intercalation Node

Lithium-ion Battery 와 Battery with Binary Electrolyte 인터페이스에서 새로운 베이커-버브러지(Baker-Verbrugge) 확산 모델은 삽입 반응의 평형 전위를 기반으로 전극 입자에서 확산 계수에 보정을 추가할 수 있습니다. 일반적으로, 베이커-버브러지 모델은 전달 속도와 단계(staging) 현상에 대한 전하 상태를 포착하는 데에 더 좋습니다.

리튬 이온 배터리 전극 입자에서 농도 분포. 이 모델에서 베이커-버브러지 확산 모델은 농도가 9000 mol/m3 과 11000 mol/m3 사이에 “staging” 의 명확한 효과를 설명합니다.

리튬 이온 배터리 전극 입자에서 농도 분포. 이 모델에서 베이커-버브러지 확산 모델은 농도가 9000 mol/m3 과 11000 mol/m3 사이에 “staging” 의 명확한 효과를 설명합니다.

Application Library path:

Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Batteries,_Lithium-Ion/li_battery_multiple_materials_1d

New Tutorial Model: Heterogeneous Li Battery

고 충실도 배터리 모델링에서 최신 경향은 비균질 모델이라 불리는 다공성 전극의 구조를 상세하게 모델링 하는 것입니다. 이 새로운 예제는 이상적인 3차원 형상을 사용하여 모델링된 리튬 배터리의 단위 셀에서의 거동을 해석합니다. 형상은 다공성 전극을 구조적으로 상세하게 모방하였습니다. 다공성 전극을 해석하기 위해 전형적인 균질화된 접근법에 대해 비균질 모델은 공극 전해질과 전극 입자의 실제 형상을 설명합니다. 이 모델은 또한 입자의 폰 미제스 응력(Von Mises Stress)을 계산하기 위해 구조 역학과 연동을 사용합니다. 이러한 응력은 순환 피로를 추정하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 순환 동안 형성된 균열 때문에 가능한 성능의 손실을 추정할 수 있습니다. Lithium-Ion Battery 인터페이스에서 Electrode Reaction 항목은 새로운 예제 모델에 의해 사용된 새로운 리튬 삽입 반응 속도타입으로 업데이트 되었습니다.

Note: 이 모델은 Structural Mechanics 모듈이 필요합니다.

Batteries & Fuel Cells Application Library 의 Heterogeneous Li Battery tutorial 로 부터 전극 입자에서의 농도 분포.

Batteries & Fuel Cells Application Library 의 Heterogeneous Li Battery tutorial 로 부터 전극 입자에서의 농도 분포.

Application Library path:

Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Batteries,_Lithium-Ion/heterogeneous_li_battery

New Tutorial Model: Lumped Li Battery Parameter Estimation

이 새로운 예제 모델은 내부 구조, 배터리 전극의 설계, 또는 물질의 선택에 대한 지식이 없다고 가정할 때, 일련 매개 변수의 작은 설정을 기반으로 배터리 모델을 정의할 수 있는 “블랙박스(black-box)” 접근법을 사용합니다. 모델에 입력값은 배터리 용량, 초기 전하 상태(SOC), 그리고 부하 순환 실험 결과와 함께 개방 전압(Open circuit voltage, OCV) 대비 SOC 곡선입니다. Optimization 인터페이스를 사용하여 일괄 매개변수의 매개 변수 추정을 사용할 수 있습니다.

Note: 이 모델은 Optimization 모듈이 필요합니다.

매개변수 추정을 사용한 시간 의존 셀 전압 데이터 대비 모델링되는 셀 전압.

그림설명

Application Library path:

Batteries_&_Fuel_Cells_Module/Batteries,_Lithium-Ion/lumped_li_battery_parameter_estimation