本文提出了基于物理的,还原的电化学模型,这些模型比电化学伪2D(P2D)模型快得多,同时即使在高C速率的挑战性条件下,也提供了较高的精度,并且在电池中锂离子浓度的较高极化和强度的极化。尤其是通过使用形状函数来开发创新的方程式弱形式,从而将完全耦合的电化学方程和传输方程降低到普通微分方程,并为多项式系数的演变提供自洽的解决方案。结果表明,称为修订后的单粒子模型(RSPM)和快速计算的P2D模型(FCP2D)的模型提供了对电池操作的高度可靠预测,包括动态驾驶轮廓。他们可以计算电池参数,例如终端电压,过电位,界面电流密度,锂离子浓度分布和电解质电位分布,相对误差小于2%。适用于适度高的C速率(低于2.5 C),RSPM的速度比P2D模型快33倍以上。FCP2D适用于高C速率(高于2.5 C),比P2D模型快8倍。凭借其高速和准确性,这些基于物理的模型可以显着提高电池管理系统的功能和性能,并加速电池设计优化。关键字:锂离子电池;减少阶模型;修订后的单粒子模型(RSPM);快速计算P2D模型(FCP2D);准确性;效率
有限元方法(FEM)是计算研究中最强大的工具之一,可以生成物理现象的解决方案。由于其在求解复杂的物理行为方面的功效,它被广泛用于结构工程[1],[2],热和热分析[3],[4],计算流体动力学[5],[6],Biofluid Simulation [7],[8],[8]和电子磁学[9]。在所有这些应用中,FEM解决传热问题的能力在许多领域都在开创。由于FEM的能力,我们使用了一个简单的FEM代码来解决一个基本的1D热传导问题。FEM的引入为工程师和科学家提供了多个自由度,可以从管理方程式中分析任何物理现象。最重要的方面是FEM的几何独立性。在大多数情况下,分析解决方案仅适用于非常简单的特定几何形状。相比之下,FEM是一种解决问题的方法,该问题高度能够根据某些初始参数近似实际解决方案。纳入FEM可以消除对复杂分析解决方案的需求。fem通过构建矩阵并迭代解决任何现象,从而使范围很容易获得见识。fem是解决预期物理现象方程的框架,在我们的情况下,即线性热传导。fem首先要使方程式的弱形式,然后将域离散到较小的域,计算形状函数,应用边界条件等。我们方法的详细信息将在方法部分中描述,重点是我们的目标。在这项研究中,我们将在特定边界条件下解决稳态线性1D热传导问题。尽管它是一个简单的模型,但它为将来接近更复杂的模型提供了起点。此外,我们将讨论变化参数的结果,并评估分析模型中FEM模型的性能。2。方法论
成型和金属切割 模块:1 FEM 的数学基础 6 小时 工程中的一般场问题-离散和连续模型特性-边界值问题的变分公式-最小势能原理-加权残差法-大方程组的解-高斯消元法。 模块:2 FEM 的一般理论 5 小时 FEM 的一般理论-FEM 程序-域离散化-插值多项式的选择-收敛要求-单纯形元素的形状函数。 模块:3 一维结构分析的 FEM 8 小时 弹性问题的元素特征矩阵和向量-元素特征矩阵的组装-边界条件的合并-方程的解-后处理-使用杆、桁架和梁元素解决结构力学问题。 模块:4 二维固体力学的 FEM 6 小时 使用恒定应变可训练和矩形元素进行平面应力、平面应变和轴对称应力分析-自然坐标系和数值积分。模块:5 传热的有限元法 6 小时 考虑传导和对流损失的传热元素方程的制定 - 使用单纯形元素的一维、二维和轴对称稳态传热分析 - 瞬态传热分析简介。 模块:6 非线性有限元法的基本概念 6 小时 非线性问题 - 材料非线性分析 - 几何非线性分析 - 材料和几何非线性组合 - 非线性接触条件。 模块:7 制造业中有限元分析的应用 6 小时 铸件和焊接件凝固的有限元分析 - 特殊考虑、潜热结合 - 案例研究。 金属成型和金属切削的有限元分析、切屑分离标准、应变率依赖性的结合 - 案例研究。 模块:8 当代问题 2 小时 总讲座时长:45 小时 教科书