美国ORNL公布开放架构 优化动力锂电池设计

美国能源部属下橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家近日研发出一种灵活、强大以及计算可扩展的开放式架构，集成了多物理场和多尺度电池模型。

虚拟集成电池环境（VIBE）项目由JohnTurner博士主导，该项目允许研究人员在将电池应用于电动汽车之前，根据不同的模拟情景对锂离子电池进行测试。

整个过程分为充电、热交换、电化学反应及机械应力等物理现象，包括在电极（阴极和阳极）的多孔三维结构下相互用途；固体电解质或液体电解质体系；其它电池分量。

电动汽车电池计算机辅助设计项目（CAEBAT）的目标是将现存的和新开发的电池设计成套件，并缩短设计周期，优化电池结构，从而提升电池性能及安全性，延长电池使用寿命以及降低电池成本。

VIBE还具有以下特点：开放式架构软件（OpenArchitectureSoftware，简称OAS），能够为不同电池分量间的相互用途和编排供应基于python的计算架构；BatML作为一种为电池充电以及格式转换器的XML标准；BatteryState，电池分量间交换信息的文件标准；ICE则集成计算环境，供应一种用户环境来简化建模和可视化电池的工作流程。

以下是相关的不同程度耦合的电流分量（部分仍处于开发阶段）：

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

热学：AMpERES3D、Star-CCM;ANSYS；

电气：AMpERES3D、Star-CCM;ANSYS

力学：EpIC、LS-Dyna、LIGGGHTS/LAMMpS；

成本模型：ANL；

美国ECpower公司开发的Autolion软件

2010年美国能源部开始研发上述项目，橡树岭国家实验室于2012年公布了限量版软件，后于2014年更新了增强物理性能和可用性版本的软件。

最新的软件包括易用配置、安装、启动、后期处理功能以及标准化的输入和物理组件信息交流，并含有一套独特工具用来执行模拟耦合电化学-电力-热力的多物理场（安培）。

虽然新软件程序较为复杂，但是其并不要庞大的计算资源来运行。此外，该软件可使用户可以提交参数扫描分析或优化案例，从而能够通宵运行，让用户在白天专注于分析数据和解决问题。

总之，这些功能可帮助用户分析具体的锂离子电池设计要求，以及让电池成本更低、安全性更高、寿命更长、性能更强。

目前虚拟集成电池环境可以从CAEBAT网站上下载，而橡树岭国家实验室的研究人员也可以向用户供应服务支持。