美國能源部屬下橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學(xué)家近日研發(fā)出一種靈活、強大以及計算可擴(kuò)展的開放式架構(gòu)，集成了多物理場和多尺度電池模型。

　　虛擬集成電池環(huán)境（VIBE）項目由John Turner博士主導(dǎo)，該項目允許研究人員在將電池應(yīng)用于電動車之前，根據(jù)不同的模擬情景對鋰電池進(jìn)行測試。

　　整個過程分為充電、熱交換、電化學(xué)反應(yīng)及機(jī)械應(yīng)力等物理現(xiàn)象，包括在電極（陰極和陽極）的多孔三維結(jié)構(gòu)下相互作用；固體電解質(zhì)或液體電解質(zhì)體系；其它電池分量。

　　電動車電池計算機(jī)輔助設(shè)計項目（CAEBAT）的目標(biāo)是將現(xiàn)存的和新開發(fā)的電池設(shè)計成套件，并縮短設(shè)計周期，優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，從而提升電池性能及安全性，延長電池使用壽命以及降低電池成本。

　　VIBE還具有以下特點：開放式架構(gòu)軟件（Open Architecture Software，簡稱OAS），能夠為不同電池分量間的相互作用和編排提供基于Python的計算架構(gòu)；BatML作為一種為電池充電以及格式轉(zhuǎn)換器的XML標(biāo)準(zhǔn)；Battery State，電池分量間交換信息的文件標(biāo)準(zhǔn)；ICE則集成計算環(huán)境，提供一種用戶環(huán)境來簡化建模和可視化電池的工作流程。

　　以下是相關(guān)的不同程度耦合的電流分量（部分仍處于開發(fā)階段）：

　　電化學(xué)：NTG、DualFoil、AMPERES Pseudo-2D、AMPERES Single Particle、AMPERES 3D、NREL’s mode、Cantera 1D Electrode (Sandia)、Fluent particle model (CSM/ANSYS)；

　　熱學(xué)：AMPERES 3D、Star-CCM ；ANSYS；

　　電氣：AMPERES 3D、Star-CCM ；ANSYS

　　力學(xué)：EPIC、LS-Dyna、LIGGGHTS/LAMMPS；

　　成本模型：ANL；

　　美國EC Power公司開發(fā)的Autolion軟件

　　2010年美國能源部開始研發(fā)上述項目，橡樹嶺國家實驗室于2012年發(fā)布了限量版軟件，后于2014年更新了增強物理性能和可用性版本的軟件。

　　最新的軟件包括易用配置、安裝、啟動、后期處理功能以及標(biāo)準(zhǔn)化的輸入和物理組件信息交流，并含有一套獨特工具用來執(zhí)行模擬耦合電化學(xué)-電力-熱力的多物理場（安培）。

　　雖然新軟件程序較為復(fù)雜，但是其并不需要龐大的計算資源來運行。此外，該軟件可使用戶可以提交參數(shù)掃描分析或優(yōu)化案例，從而能夠通宵運行，讓用戶在白天專注于分析數(shù)據(jù)和解決問題。

　　總之，這些功能可幫助用戶分析具體的鋰離子電池設(shè)計要求，以及讓電池成本更低、安全性更高、壽命更長、性能更強。

　　目前虛擬集成電池環(huán)境可以從CAEBAT網(wǎng)站上下載，而橡樹嶺國家實驗室的研究人員也可以向用戶提供服務(wù)支持。