美國(guó)能源部屬下橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的科學(xué)家近日研發(fā)出一種靈活、強(qiáng)大以及計(jì)算可擴(kuò)展的開(kāi)放式架構(gòu)，集成了多物理場(chǎng)和多尺度電池模型。

虛擬集成電池環(huán)境（VIBE）項(xiàng)目由JohnTurner博士主導(dǎo)，該項(xiàng)目允許研究人員在將電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車之前，根據(jù)不同的模擬情景對(duì)鋰離子電池進(jìn)行測(cè)試。

整個(gè)過(guò)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(yáng)極）的多孔三維結(jié)構(gòu)下相互用途；固體電解質(zhì)或液體電解質(zhì)體系；其它電池分量。

電動(dòng)汽車電池計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)項(xiàng)目（CAEBAT）的目標(biāo)是將現(xiàn)存的和新開(kāi)發(fā)的電池設(shè)計(jì)成套件，并縮短設(shè)計(jì)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(zhǎng)電池使用壽命以及降低電池成本。

VIBE還具有以下特點(diǎn)：開(kāi)放式架構(gòu)軟件（OpenArchitectureSoftware，簡(jiǎn)稱OAS），能夠?yàn)椴煌姵胤至块g的相互用途和編排供應(yīng)基于python的計(jì)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)；BatteryState，電池分量間交換信息的文件標(biāo)準(zhǔn)；ICE則集成計(jì)算環(huán)境，供應(yīng)一種用戶環(huán)境來(lái)簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)階段）：

電化學(xué)：NTG、DualFoil、AMpERESpseudo-2D、AMpERESSingleparticle、AMpERES3D、NREL’smode、Cantera1DElectrode(Sandia)、Fluentparticlemodel(CSM/ANSYS)；

熱學(xué)：AMpERES3D、Star-CCM;ANSYS；

電氣：AMpERES3D、Star-CCM;ANSYS

力學(xué)：EpIC、LS-Dyna、LIGGGHTS/LAMMpS；

成本模型：ANL；

美國(guó)ECpower公司開(kāi)發(fā)的Autolion軟件

2010年美國(guó)能源部開(kāi)始研發(fā)上述項(xiàng)目，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于2012年公布了限量版軟件，后于2014年更新了增強(qiáng)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(dòng)、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(dú)特工具用來(lái)執(zhí)行模擬耦合電化學(xué)-電力-熱力的多物理場(chǎng)（安培）。

雖然新軟件程序較為復(fù)雜，但是其并不要龐大的計(jì)算資源來(lái)運(yùn)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(yùn)行，讓用戶在白天專注于分析數(shù)據(jù)和解決問(wèn)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(jì)要求，以及讓電池成本更低、安全性更高、壽命更長(zhǎng)、性能更強(qiáng)。

目前虛擬集成電池環(huán)境可以從CAEBAT網(wǎng)站上下載，而橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員也可以向用戶供應(yīng)服務(wù)支持。