高性能电池多物理场仿真框架

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欢迎一起探讨如何用仿真驱动下一代电池研发！ 🔋⚡
图1:🔋 异构模型如何"解剖"锂离子电池？一张图看懂
电池仿真从P2D到异构模型，最大的升级是显式解析真实微结构：
我们的计算域包含5个子域：
正极/负极活性物质颗粒（Ωcp, Ωap）
导电粘结剂（Ωcb, Ωab）
电解液孔隙（Ωe）
核心创新：形态特异性建模
正极凝聚体（Agglomerate）：纳米一次颗粒堆积成二次颗粒，内部多孔网络允许电解液渗透→用RVE均质化+楔形子域求解径向扩散
负极致密颗粒（Dense Particle）：石墨密实结构不透电解液→直接在宏观域求解固相扩散
这种处理方式既保留了微结构细节，又避免了3D重建的巨额计算成本。相比商业软件的黑箱操作，我们基于OpenFOAM的开源框架让每一行代码都透明可控。
图2:关键发现：
P2D在高倍率下误差爆炸（>100mV），异构模型稳定<50mV
温度预测同样占优，唯0.9C/1.8C时因集总热模型简化略有偏差
过电位分解揭示：放电末期电压骤降源于负极Li⁺近耗尽导致的固相扩散极化激增
工程价值：在2.5-4.2V工作区间内，相对误差<2%，足以支撑正向设计决策。
图3:与COMSOL效率对比（同几何/同参数）：
低核并行（8核）：快3倍
高核并行（32核）：快10倍
技术秘诀：域分解并行策略
全局域用Scotch方法分区
物理域分解为5个子域（颗粒/粘结剂/孔隙）
子域手动分配给计算核心
MPI通信保证边界数据交换
所有物理场在同一核心内求解，避免频繁通信