数学 > 数值分析
[提交于 2024年3月25日
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标题: 高阶瞬态多维模拟用于锂离子电池的热-电-化-力学模型
标题: High-order transient multidimensional simulation of a thermo-electro-chemo-mechanical model for Lithium-ion batteries
摘要: 我们基于连续介质理论构建了一个瞬态多维多物理场模型,涉及锂离子电池放电或充电过程中同时发生的耦合机械、热和电化学现象。 该过程产生了一组耦合的非线性偏微分方程。 除了初始和边界条件,我们强调了电极-电解质界面条件的处理,该条件对应于 Butler-Volmer 反应动力学方程。 我们给出了模型强形式和弱形式的推导,以及空间和时间上的离散化过程。 离散化的模型通过有限元方法在二维上进行计算求解,该方法采用$hp$层状网格,并结合交错的二阶半隐式时间积分。 预期的误差估计在空间和时间上都优于任何其他类似工作。 对不同操作场景下的代表性电池单元几何结构进行了模拟。 数值结果表明,与仅关注电化学耦合的情况相比,完整模型能够提供重要的额外见解。 考虑到随着施加电流的增加,多物理场变得更为重要,无论是放电还是充电。 我们的完整模型为电池设计专业人员提供了一个有价值的工具,以优化设计并推动储能行业的发展。
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