Fluent仿真实例-仿真单个锂离子电池的短路问题
1. 外部和内部短路处理
您将再次使用之前保存的ntgk.cas.h5案例文件来说明如何在电池仿真中处理外部和内部短路。假设电池同时经历外部和内部短路。这种极端情况将用来演示在短路仿真中的问题设置和后处理。
2. 设置和解决短路问题
1.读取NTGK模型案例文件ntgk.cas.h5。
2.设置外部电路短路。Setup → Models → Battery Model Edit...a. 在Battery Model对话框中，在Model Options标签页的Solution Options组框中，启用“Specified Resistance”（指定电阻）。b. 对于“External Resistance”（外部电阻），输入0.5 Ohm并点击OK。
3.在电池单元中心设置内部电路短路。a. 使用区域适配功能标记图26.16所示的短路区域，并使用区域注册功能。
Solution → Cell Registers → New → Region...
i. 在区域注册对话框中，输入以下输入坐标的值：
ii. 点击Save/Display并关闭Region Register对话框。
Fluent在控制台报告标记了12个单元进行细化。
4.使用标准初始化方法初始化场变量。
Solution → Initialization → Initialize
5.使用短路电阻值修补内部短路区域。
Solution → Initialization → Patch...
a. 在Patch对话框中，在Variable下选择Battery Short Resistance。
b. 在Registers to Patch下选择region_0。
c. 对于Value，输入5.0e-7。
d. 点击Patch并关闭Patch对话框。
6.保存案例文件（ntgk_short_circuit.cas.h5）。
File → Write → Case...
7.运行5秒的仿真。
a. 在Solution → Run Calculation中，设置Time Step Size为1秒，No. of Time Steps为5。
b. 点击Calculate。
8. 保存 case 和 data文件（ntgk_short_circuit.cas.h5 和 ntgk_short_circuit.dat.h5）。
3. 后处理
1.计算电池标签电压Utab。
Results → Reports → Surface Integrals...
a. 在Surface Integrals对话框中，从Report Type下拉列表中选择Area-Weighted Average。
b. 从Field Variable下拉列表中选择Battery Variables... 和 Passive Zone Potential。
c. 在Surfaces过滤器中输入t以显示以"t"开头的表面名称，并从列表中选择tab_p。
d. 点击Compute并关闭Surface Integrals对话框。
电池标签电压约为4.077V，在Area-Weighted Average字段和Fluent控制台中打印出来。
2.计算电池标签电流Itab。
Results → Reports → Volume Integrals...
a. 在Volume Integrals对话框中，从Report Type组框中选择Volume Integrals。
b. 从Field Variable下拉列表中选择Battery Variables... 和 Total Current Source。
c. 从Cell Zones选择列表中选择e_zone。
d. 点击Compute并关闭Volume Integrals对话框。
Fluent在Total Volume Integral字段和控制台中报告，体积电流源的总体积积分约为8.155A。
3.显示正极和负极电流收集器的电流矢量图。
Results → Graphics → Vectors → New...
a. 输入 vector-current+ 作为矢量名称。
b. 从样式下拉列表中选择 arrow。
c. 在矢量对话框中，从矢量下拉列表中选择 current-density-jp。
d. 从颜色下拉列表中选择 Battery Variables... 和 Current Magnitude。
e. 从表面选择列表中选择 Wall。
f. 点击 Save/Display。
g. 图显示了电池单元正极电流收集器中的电流矢量图。
h.类似地，通过从矢量下拉列表中选择 current-density-jn 来显示负极电流收集器中的电流。
图显示了电池单元负极电流收集器中的电流矢量图。这些图清楚地显示了除了提供标签电流外，短路电流还通过短路区域从正极流向负极。
4.像前面的步骤一样显示温度的等值图。
Results → Graphics → Contours → contour-temp Display
温度图显示了电池单元内部短路区域的温度热点。
5.检查不同的电流流动速率，如步骤2所述。
Results → Reports → Volume Integrals...
a. 为下表中列出的场变量生成体积积分报告。
b. 验证总产生的电流等于标签电流和短路电流的总和，即 𝐼echem=𝐼tab+𝐼short 。
6.检查不同类型的热生成速率。
a. 像电流源报告一样，为下表中列出的场变量生成报告。
b. 验证总热生成速率是不同贡献的总和，即 𝑄total=𝑄joule+𝑄echem+𝑄short。
7.保存案例文件（ntgk_short_circuit.cas.h5）。
File → Write → Case...
注意：随着电池温度的升高，可能会发生热失控。如果热失控开始，将发生一些不良的放热分解反应。对于热失控仿真，不能使用默认的电化学模型。短路处理只能捕捉到热失控发生前的热升高过程。
