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美國ORNL公布開放架構 優化動力鋰電池設計

鉅大LARGE  |  點擊量:828次  |  2021年12月25日  

美國能源部屬下橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學家近日研發出一種靈活、強大以及計算可擴展的開放式架構,集成了多物理場和多尺度電池模型。


虛擬集成電池環境(VIBE)項目由JohnTurner博士主導,該項目允許研究人員在將電池應用于電動汽車之前,根據不同的模擬情景對鋰離子電池進行測試。


整個過程分為充電、熱交換、電化學反應及機械應力等物理現象,包括在電極(陰極和陽極)的多孔三維結構下相互用途;固體電解質或液體電解質體系;其它電池分量。


電動汽車電池計算機輔助設計項目(CAEBAT)的目標是將現存的和新開發的電池設計成套件,并縮短設計周期,優化電池結構,從而提升電池性能及安全性,延長電池使用壽命以及降低電池成本。


VIBE還具有以下特點:開放式架構軟件(OpenArchitectureSoftware,簡稱OAS),能夠為不同電池分量間的相互用途和編排供應基于python的計算架構;BatML作為一種為電池充電以及格式轉換器的XML標準;BatteryState,電池分量間交換信息的文件標準;ICE則集成計算環境,供應一種用戶環境來簡化建模和可視化電池的工作流程。

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標準

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

以下是相關的不同程度耦合的電流分量(部分仍處于開發階段):


電化學:NTG、DualFoil、AMpERESpseudo-2D、AMpERESSingleparticle、AMpERES3D、NREL’smode、Cantera1DElectrode(Sandia)、Fluentparticlemodel(CSM/ANSYS);


熱學:AMpERES3D、Star-CCM;ANSYS;


電氣:AMpERES3D、Star-CCM;ANSYS


力學:EpIC、LS-Dyna、LIGGGHTS/LAMMpS;

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標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應用領域:勘探測繪、無人設備

成本模型:ANL;


美國ECpower公司開發的Autolion軟件


2010年美國能源部開始研發上述項目,橡樹嶺國家實驗室于2012年公布了限量版軟件,后于2014年更新了增強物理性能和可用性版本的軟件。


最新的軟件包括易用配置、安裝、啟動、后期處理功能以及標準化的輸入和物理組件信息交流,并含有一套獨特工具用來執行模擬耦合電化學-電力-熱力的多物理場(安培)。


雖然新軟件程序較為復雜,但是其并不要龐大的計算資源來運行。此外,該軟件可使用戶可以提交參數掃描分析或優化案例,從而能夠通宵運行,讓用戶在白天專注于分析數據和解決問題。


總之,這些功能可幫助用戶分析具體的鋰離子電池設計要求,以及讓電池成本更低、安全性更高、壽命更長、性能更強。


目前虛擬集成電池環境可以從CAEBAT網站上下載,而橡樹嶺國家實驗室的研究人員也可以向用戶供應服務支持。


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