Simulating a Half-Cell Battery with COMSOL Multiphysics^®

Mikael Cugnet
French Atomic and Alternative Energy Commission

电池管理系统 (BMS) 旨在保护电池，预测其电量级别。这些 BMS 使用通常由电化学阻抗谱（EIS）测量得到的电路模型，可以构造一个等效电路模型（ECM），其中由串并联电阻器和电容器构成。然而，ECM 无法提供任何关于重要电池属性（电极活性材料电阻、反应速率，特定电容或扩散系数等）的信息。

基于多物理场的 LiFePO4/Li 半电池模型能提供的信息比典型电路模型更多。法国原子与替代能源委员会 (CEA) 是法国最大的技术研究组织，致力于开发在 COMSOL Multiphysics 中模拟锂电池的方法。第一个模型包括半电池中的所有组件，而第二个模型则专门模拟了磷酸铁电极。这样 CEA 就可以在重新设计和制作实际电池前对材料的性能进行分析。

使用 LiveLink™ for MATLAB® 来处理结果，获取半电池的完整阻抗谱。在 COMSOL Multiphysics 中实现双电层可以帮助他们模拟非线性特性，通常在运行频率较高时电池才会出现这种情况。通过使用 COMSOL Multiphysics 模拟半电池，他们可以借助更易导电的电极材料优化设计，而且他们证实了添加双电层的模型能够更好地反映器件性能。