课程名称:COMSOL Multiphysics® 电池与燃料电池专题培训
培训对象
本课程面向具有工程、物理或电化学背景,希望将多物理场仿真技术应用于新能源领域的高校研究人员、企业研发工程师以及相关专业的硕博士研究生。无论您是 COMSOL 软件的新用户,还是希望系统提升电池或燃料电池仿真能力的资深使用者,均可报名参加 。
培训目标
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掌握仿真流程:熟练使用 COMSOL Multiphysics® 进行几何建模、网格划分、求解及后处理的全流程操作。
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理解电化学模型:深入理解锂离子电池及各类燃料电池(如 PEMFC、SOFC)的工作原理及其背后的数学物理方程 。
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构建多物理场模型:学会耦合电化学、流体流动、热传导及结构力学,构建能够真实反映设备性能的仿真模型。
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解决工程问题:能够独立分析电池衰减、燃料电池水管理、电堆热管理等实际问题,并通过仿真优化设计方案 。
培训内容介绍
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COMSOL 基础与建模流程
介绍软件用户界面、建模对象树以及核心工作流。内容包括几何的创建与导入、修复缺陷几何、参数化几何构建;讲解结构化与非结构化网格划分技术,包括边界层网格、网格收敛性研究及自动重划网格,并通过电熔丝模型进行 hands-on 实操练习 。
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电化学仿真基础与电流分布理论
深入讲解电化学仿真的理论基础,包括欧姆损耗、活化损耗和浓差损耗。详细介绍一次、二次及三次电流分布接口的适用场景与区别,为构建复杂的电化学模型打下坚实的理论基础 。
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锂离子电池 P2D 模型详解
聚焦锂离子电池仿真中最经典的准二维(Pseudo-2D,P2D)模型,即 Newman 模型。详细解析模型的控制方程、边界条件以及多孔电极理论,并指导学员如何在软件中一步步搭建并求解 P2D 模型,获取充放电曲线 -。
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电池容量衰减与老化建模
探讨电池老化的主要机理,如固体电解质界面膜(SEI 膜)的增长、活性锂损失等。通过案例演示如何建立容量衰减模型,模拟电池在多次循环充放电过程中的性能衰退,预测电池寿命 。
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电池电化学-热耦合与热管理仿真
建立电池产热模型(包括焦耳热和可逆熵热),并将其与传热物理场耦合。针对动力电池包,讲解风冷、液冷等热管理系统的建模方法,分析不同冷却策略下的温度分布,预防热失控风险 。
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电池包(Pack)与集总模型仿真
介绍针对电池模组和电池包的仿真策略。讲解如何利用 Battery Pack 接口简化计算,建立等效电路模型或集总模型,用于评估大尺度下的电压一致性和热分布,并分析电池滥用情况下的结构响应 。
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燃料电池单相与两相流模型
针对质子交换膜燃料电池(PEMFC),讲解气体扩散层和流道内的流体流动与物质传递。重点分析水管理问题,包括电化学反应产生的水如何影响电池性能,以及如何模拟气体扩散层内的两相流(气-液)现象 。
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燃料电池多物理场耦合分析
实现传质、导电、电化学与传热的多场耦合。通过在模型中同时求解 Navier-Stokes 方程、Maxwell-Stefan 对流扩散方程以及 Butler-Volmer 电化学动力学方程,精确预测燃料电池的极化曲线和局部电流密度分布 。
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固体氧化物燃料电池(SOFC)特殊现象模拟
针对 SOFC 的高温工作特性,讲解其特有的建模方法。内容包括如何设置内重整反应(如甲烷重整)、模拟高温下的热应力分布,以及分析积碳现象对电池性能和结构完整性的影响 。
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电解槽仿真与析氢/析氧反应
将燃料电池知识延伸至电解水制氢领域。讲解碱性电解槽(AEC)或质子交换膜电解槽(PEMEC)的建模方法,重点模拟析氢反应(HER)和析氧反应(OER),分析气泡生成对电解效率和电流分布的影响 。
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连接体(双极板)优化与接触电阻
针对燃料电池电堆,讲解连接体(双极板)的设计与优化。通过仿真分析流道几何形状对气体分布均匀性的影响,并研究装配压力、接触电阻对整体性能的影响,为轻量化、高功率密度设计提供指导 。
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电堆(Stack)与辅助系统(BOP)集成建模
讲解从单电池到电堆的扩展建模方法。内容包括电堆中多个电池的电压一致性分析、歧管内的流量分配,以及加湿器、散热器等辅助系统(Balance of Plant, BOP)与电堆的协同仿真,实现系统级性能评估 。
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