本教程演示利用Fluent中的MSMD模型对单电池进行计算。
本教程演示了以下操作：
使用NTGK电池子模型设置电池模拟针对不同的电池放电率执行计算模拟电池脉冲放电在电池模拟中引入外部和内部短路1 问题描述本算例演示Kims论文中描述的锂离子电池的放电行为。在本算例中使用NTGK模型，计算的电池为14.6 Ah LiMn2O4阴极/石墨阳极电池。电池的几何形状如图所示。算例研究电池在不同放电速率下的电池性能。
图片
2 Fluent设置以3D、Double Precision模式启动Fluent利用菜单File → Read → Mesh... 读取网格文件unit_battery.msh2.1 General设置激活选项Transient采用瞬态计算图片
2.2 Models设置鼠标双击模型树节点Battery Model，弹出对话框中激活选项Enable Battery Model激活电池模型图片
打开的电池模型中的Model Options标签页在Solution Method组合框中激活选项MSMD在E-Chemistry Models组合框中激活选项NTGK Empirical Model保持参数Nominal Cell Capacity为默认中14.6 ah激活选项Enable Joule heat in active zones保持参数Specified C-Rate，并设置C-Rate的值为1其他参数保持默认设置图片
进入Conductive Zones标签页指定Active Componnets为e_zones指定Passive Components为tab_nzone与tab_pzone图片
注：电化学反应只发生在active components，这里的tab_nzone与tab_pzone是正负极耳区域。
”进入Electric Contacts标签页指定Negative Tab为tab_n指定Positive Tab为tab_p图片
此时点击对话框中的按钮 Print Battery System Connection Information可以在tui窗框输出电池基本信息图片
进入Model Parameters标签页，保持默认设置图片
注：如果Y与U函数的形式与Kim的论文中结构不同，则需要修改cae_user.c文件中的源代码。
”2.3 Materials设置为电池定义新的e_material材料，为正极定义p_material，为负极定义n_material。
创建材料e_material，如下图所示定义材料参数图片
指定Electrical Conductivity为defIne-per-uds，指定uds-0的电导率为1.19e6 S/m图片
指定uds-1的电导率为983000 S/m，如下图所示图片
创建材料p_material，如下图所示指定材料参数图片
创建材料n_material，如下图所示指定参数图片
说明：如果正极区域和负极区域由相同的材料制成，则不需要创建两种不同的材料。在本算例中创建了两种具有相同物理特性的不同材料，仅作演示之用。
”2.4 指定计算区域的介质如下图所示指定区域e_zone的材料为e_material图片
如下图所示指定区域tab_nzone的材料为n_material图片
如下图所示指定区域tab_pzone的材料为p_material图片
2.5 指定边界条件指定边界wall_active的换热系数为5 W/(m2.k)，江苏全昌航空动力有限公司如下图所示图片
将边界wall_active的边界条件拷贝给边界wall_n及wall_p图片
2.6 Controls进入controls面板， 宁波百仕高联合工业有限公司打开Equations对话框， 缝隙小程序测试如下图所示，取消选择Flow与Turbulence图片
2.7 物理量监测如下图所示取消残差监测图片
监测tab_p上的平均电势，如下图所示图片
监测所有区域中的最高温度，如下图所示图片
2.8 初始化采用全局初始化图片
2.9 设置计算设置迭代步数为100，设置时间步长为30 s，点击Calculate进行计算图片
监测得到的放电曲线（电位随时间变化曲线）如下图所示图片
监测得到的温度变化曲线如下图所示图片
3 计算结果查看阴极电位分布图片
3000s时刻阴极电位分布如下图所示图片
相同方式查看3000s时刻阳极电位分布如下图所示图片
3000s时刻温度分布如下图所示图片
3000s时刻电流示例分布如下图所示图片
采用相同设置方法，成功案例分别计算C-Rate为0.5C及5C，同时分别指定它们的计算时间步数为230及23，对结果进行比较，放电曲线如下图所示。
三种不同放电率条件下计算得到的放电曲线图片
三种放电率条件下的最高温度随实际变化关系图片
利用菜单File → Write → Case... 保存文件ntgk.cas.h54 利用ECM模型模拟电池脉冲放电创建一个文本文件，命名为time_profile.txt，在其中输入以下内容0 1 0300 1 0300.1 0 0600 0 0600.1 1 0900 1 0900.1 0 01200 0 01200.1 1 01500 1 01500.1 0 0 1800 0 01800.1 1 02100 1 0
此文件中指定了电池的放电倍率随时间的变化，倍率变化如下图所示。
图片
进入电池模型，指定电池脉冲放电规律，如下图所示图片
初始化计算图片
设置时间步长30秒，时间步数70步，一共计算2100秒图片
监测得到的放电曲线如下图所示图片
检测得到的最高温度如下图所示图片
利用菜单File → Write → Case... 保存文件ECM.cas.h55 模拟外部及内部短路读取之前保存的ntgk.cas及ntgk.dat文件进入电池模型，指定外部电阻为0.5 欧姆，如下图所示图片
新建一个patch区域图片
指定patch区域几何，如下图所示图片
全局初始化图片
patch区域的电阻为5e-7图片
利用菜单File → Write → Case... 保存文件ntgk_short_circuit.cas.h5设置时间步长为1秒，计算5步，一共计算5秒钟图片
计算完毕后查看计算结果。
统计正极上的平均电位，如下图所示为3.465769 V图片
统计区域内的总电流，如下图所示为6.931506 A图片
查看电池表面的温度分布，如下图所示图片
查看电池总发热量，如下图所示为48.00267 W图片
” 本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。