В сегодняшних попытках электрифицировать все возникает проблема прототипирования. То, что работает как лабораторный макет, в реальности не работает. Использование и безопасное хранение энергии в масштабах сети и в автомобилях, грузовикии самолеты — это очень сложная проблема, которую иногда не могут решить упрощенные модели.
“В электрификацияпо своей сути это комбинация электромагнитных эффектов, теплопередачаи строительная механика в сложном взаимодействии», — говорит Бьорн Шёдинстарший вице-президент по управлению продуктами стокгольмской компании-разработчика программного обеспечения. КОМСОЛ.
КОМСОЛ — компания, занимающаяся разработкой программного обеспечения для инженерных исследований и разработок, которая стремится моделировать не просто одно явление (например, электромагнитное поведение цепи), а, скорее, все соответствующую физику, которую необходимо моделировать для разработки новых технологий в реальных условиях эксплуатации.
Инженеры и разработчики собрались в Берлингтоне, штат Массачусетс, с 8 по 10 октября на конференции COMSOL. ежегодная Бостонская конференциягде они обсуждали инженерное моделирование с помощью нескольких одновременных физических пакетов. И мультифизическое моделированиекак называется развивающаяся область, стала компонентом исследований и разработок в области электрификации, иметь который становится не просто приятно.
«Иногда мне кажется, что некоторые люди до сих пор рассматривают моделирование как модную научно-исследовательскую работу», — говорит Нилуфар камьяабинженер-химик и менеджер по приложениям в COMSOL. “Потому что они видят в этом замену экспериментам. Но нет, эксперименты все равно необходимо проводить, хотя эксперименты можно проводить более оптимизированным и эффективным способом”.
Может Мультифизика Масштабная электрификация?
Мультифизика, говорит Камьяб, иногда может быть лишь половиной дела.
«Я думаю, когда дело доходит до батарейкиесть еще одна привлекательная сторона симуляции, — говорит она.шкала— как батареи можно изучать в различных весы. Вы можете получить углубленный анализ, который, если не очень сложный, я бы сказал, невозможно провести экспериментально».
Частично это связано с тем, что батареи демонстрируют сложное поведение (и неконтролируемые реакции) на уровне ячеек, но также и непредсказуемыми новыми способами на уровне аккумуляторной батареи.
«Для большинства людей, которые моделируют аккумуляторные батареи, управление температурным режимом является одной из их основных задач», — говорит Камьяб. “Вы проводите эту симуляцию, чтобы знать, как ее избежать. Вы воссоздаете неисправную клетку”. Она добавляет, что мультифизическое моделирование из термический побег позволяет разработчикам аккумуляторов безопасно тестировать, как каждая конструкция ведет себя даже в самых экстремальных условиях, чтобы предотвратить любые проблемы с аккумуляторами или возгорания до того, как они могут произойти.
Беспроводная зарядка системы — еще одна область электрификации, имеющая свои собственные тепловые проблемы.. «При более высоких уровнях мощности локальный нагрев катушки меняет ее проводимость», — говорит Нирмал Паудельведущий инженер компании Верст Инжинирингконсалтинговой фирмы, базирующейся в Нидэме, штат Массачусетс. А это, как он отмечает, в свою очередь, может изменить всю схему, а также конструкцию и работу всех элементов, которые ее окружают.
Электродвигатели и преобразователи мощности требуется аналогичная смекалка моделирования. По словам инженера-электрика и старшего инженера по применению COMSOL Винеш Гурусамистарые способы разработки этих вековых электрических рабочих лошадок сегодня оказываются менее полезными. «Недавний всплеск электрификации в различных сферах применения требует более целостного подхода, поскольку он позволяет разрабатывать новые оптимальные конструкции», — говорит Гурусами.
И фрахт транспорт: «Что касается грузовиков, люди расследуют, Стоит ли использовать батарейки? Стоит ли нам использовать топливные элементы?» — говорит Шёдин. «Топливные элементы очень дружелюбны к мультифизике: поток жидкости, теплопередача, химические реакции и электрохимические реакции».
Наконец, есть электрическая сеть сам. «Эта сеть рассчитана на непрерывную подачу электроэнергии», — говорит Сьодин. «Поэтому, когда у вас есть источники питания [like wind and solar] постоянно выключаясь и включаясь, у вас возникают совершенно новые проблемы».
Мультифизика в проектировании аккумуляторов и электродвигателей
По словам Камьяба, такой комплексный подход к инженерному моделированию может дать и непредвиденные преимущества. в Берлине автомобильная инженерия компания ИАВнапример, разрабатывает системы силовой передачи, которые объединяют в одном корпусе аккумуляторы разных форматов и химических составов. «Ион натрия не может дать вам энергию, которая литий-ионный “, – говорит Камьяб. – Поэтому они придумали смесь химических веществ, чтобы получить преимущества каждого, а затем разработали управление температурным режимом это соответствует всем химическим составам».
Якоб Хильгерт, технический консультант в IAV, недавно внес свой вклад в Пример использования COMSOL в отрасли. В нем Хильгерт описал конструкцию двуххимического аккумуляторного блока, сочетающего в себе ион натрия элементы с более дорогой литиевой твердотельной батареей.
Хильгерт говорит, что использование мультифизического моделирования позволило команде IAV сравнить различные свойства двух химических веществ друг с другом. «Если у нас есть некоторые элементы, которые могут работать при высоких температурах, и некоторые элементы, которые могут работать при низких температурах, полезно использовать тепло выхлопных газов более быстродействующих ячеек для нагрева ячеек с более низкой скоростью, и наоборот», — сказал Хильгерт. «Именно поэтому мы придумали система охлаждения это перемещает энергию от клеток, которые хотят находиться в более холодном состоянии, к клеткам, которые хотят находиться в более горячем состоянии».
По словам Шёдина, IAV является частью более широкой тенденции в ряде отраслей, на которые влияет электрификация всего. «Алгоритмические улучшения и улучшения аппаратного обеспечения умножаются друг на друга», — говорит он. “Это будущее мультифизического моделирования. Оно позволит вам моделировать все более крупные и более реалистичные системы”.
По словам Гурусами из COMSOL, ускорители графических процессоров и суррогатные модели позволяют значительно повысить возможности и эффективность электродвигателей. Даже такие, казалось бы, простые компоненты, как обмотки из медного провода в сердечнике двигателя (называемые статоры) предоставляют параметры, которые мультифизика может оптимизировать.
«Основной рубеж в разработке электродвигателей расширяется. плотность мощности и эффективность поднялась на новый уровень, а управление температурным режимом становится ключевой задачей, — говорит Гурусами. — Мультифизические модели, объединяющие электромагнитное и тепловое моделирование… включают температурно-зависимое поведение статорных обмоток и магнитных материалов».
По словам Паудела, моделирование также меняет мир беспроводной зарядки. «Традиционные циклы проектирования изменяют геометрию катушки», — говорит он. «Сегодня интегрированные мультифизические платформы позволяют исследовать новые архитектуры зарядки», включая гибкую зарядку. текстиль и умные поверхности, которые адаптируются в режиме реального времени.
А батареи, по словам Камьяба, продолжают стремиться к более высокой плотности мощности и более низким ценам. Это меняет не только отрасли, в которых батареи уже используются, например бытовая электроника и электромобили. Батареи большей емкости также стимулируют развитие новых отраслей, таких как электрический самолет с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL).
«Причина того, что многие идеи, которые у нас были 30 лет назад, становятся реальностью, заключается в том, что теперь у нас есть батареи для их питания», — говорит Камьяб. «Это было узким местом на протяжении многих лет… И поскольку мы продолжаем продвигать вперед аккумуляторные технологии, кто знает, какие новые технологии и приложения мы сделаем возможными в будущем».
Статьи из вашего сайта
Статьи по теме в Интернете
2025-10-16 15:00:00
1760871893
#COMSOL #Multiphysicals #совершенствует #конструкции #батарей #сетей
Продолжение темы
