对比COMSOL和MATLAB电池模型的优缺点

yuejunruirui

在日常电池仿真中，我们常常会使用到两种仿真软件去创建电池模型，COMSOL和MATLAB，然而两种软件在原理和建模及应用方面却存在差别，接下来就从四个方面谈谈COMSOL和MATLAB在锂电池模型上的优缺点。
1.建模过程我们知道，COMSOL是一款基于有限元原理求解偏微分方程组，而锂电池中涉及到电化学反应，物质传递和扩散过程往往也是偏微分方程组，COMSOL在这边具有先天优势，在不同的锂离子模型中提供针对性的节点，我们只需要输入对应的数值参数，并可以完成建模和仿真过程，而且容易实现增删修改处理。COMSOL也具备多物理场耦合功能，对于电池的电，热，力过程能够有个很好的建模体验；COMSOL同时擅长多维度的建模，可观察到不同时间不同位置上的物理量变化过程。

MATLAB在锂电池仿真中，一般需要借助Simulink和Simcape工具箱帮助，通过代码实现模型的建立，具有一定的难度，需要有锂电池的充放电过程转化成公式的理解能力，特别是在多物理场实现过程中要弄清楚不同物理量之间的传递关系。


2.求解计算过程COMSOL在求解计算中往往会遇到模型不收敛，参数值不一致等问题，有时候只是修改某个值的大小，就会报错，此外多尺度的模型计算往往非常长。

MATLAB计算过程一般是可以采用较大时间的步长，计算时间快，且报错问题容易解决。

3.参数

COMSOL涉及到电池设计参数及材料的物理参数，一般模型大约有20个参数需要输入，有些参数容易获得，但是有些像电化学属性参数往往难以确定，不同测试方法得到的参数有时候都会有量级的区别。

MATLAB一般采用的等效方式创建电池模型，一般模型大约需要有7-10个参数，通过常规的电性能测试就是实现辨识所需的参数。

4.应用领域

COMSOL在机理，设计和安全研究中具有重要的应用价值。由于COMSOL能过实现完整的P2D过程和微观多孔电极重构，可实现不同电极材料的充放电特性研究；在电极上通过增加SEI增厚和锂枝晶的副反应，可以观察电池在不同使用条件下的衰减特性研究；与热和力的物理场实现耦合后，可以创建电池加热，过充过放，针刺，挤压等等的滥用模型，通过改变电芯电极参数和材料物性参数，观察不同设计下电芯的电性能的变化程度。



MATLAB更擅长在工业化应用。通过常见的RC模型串并联方式组成PACK模型，再增加BMS控制逻辑算法，可用于研究电池的充放电策略和优化热管理，甚至将模型可输出到车辆大模型上，作为整车模型的一部分实现整车控制逻辑。

由于COMSOL和MATLAB软件是需要收费的，而且在价格上是比较高昂的，不过使用率不高的，是需要考虑性价比的，两者的优缺点通过表格总结如下。

软件	建模过程	求解计算	参数	应用领域	共性缺点
COMSOL	建模易实现 多物理场多尺度	时间长 易报错	参数多，辨识难	机理、设计研究	价格贵，性价比
MATLAB	手动建模 需要借助工具箱和代码	时间短 报错少	参数少，易辨识	工业化应用