在日常电池仿真中,我们常常会使用到两种仿真软件去创建电池模型,COMSOL和MATLAB,然而两种软件在原理和建模及应用方面却存在差别,接下来就从四个方面谈谈COMSOL和MATLAB在锂电池模型上的优缺点。
1.建模过程我们知道,COMSOL是一款基于有限元原理求解偏微分方程组,而锂电池中涉及到电化学反应,物质传递和扩散过程往往也是偏微分方程组,COMSOL在这边具有先天优势,在不同的锂离子模型中提供针对性的节点,我们只需要输入对应的数值参数,并可以完成建模和仿真过程,而且容易实现增删修改处理。COMSOL也具备多物理场耦合功能,对于电池的电,热,力过程能够有个很好的建模体验;COMSOL同时擅长多维度的建模,可观察到不同时间不同位置上的物理量变化过程。MATLAB计算过程一般是可以采用较大时间的步长,计算时间快,且报错问题容易解决。
3.参数
COMSOL涉及到电池设计参数及材料的物理参数,一般模型大约有20个参数需要输入,有些参数容易获得,但是有些像电化学属性参数往往难以确定,不同测试方法得到的参数有时候都会有量级的区别。
MATLAB一般采用的等效方式创建电池模型,一般模型大约需要有7-10个参数,通过常规的电性能测试就是实现辨识所需的参数。
4.应用领域
COMSOL在机理,设计和安全研究中具有重要的应用价值。由于COMSOL能过实现完整的P2D过程和微观多孔电极重构,可实现不同电极材料的充放电特性研究;在电极上通过增加SEI增厚和锂枝晶的副反应,可以观察电池在不同使用条件下的衰减特性研究;与热和力的物理场实现耦合后,可以创建电池加热,过充过放,针刺,挤压等等的滥用模型,通过改变电芯电极参数和材料物性参数,观察不同设计下电芯的电性能的变化程度。
由于COMSOL和MATLAB软件是需要收费的,而且在价格上是比较高昂的,不过使用率不高的,是需要考虑性价比的,两者的优缺点通过表格总结如下。
软件 | 建模过程 | 求解计算 | 参数 | 应用领域 | 共性缺点 |
COMSOL |
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| 参数多,辨识难 | 机理、设计研究 | 价格贵,性价比 |
MATLAB |
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| 参数少,易辨识 | 工业化应用 |