带你发现Fluent电池模型仿真计算

一、导读-算例分析要点

目前新能源汽车发展火热，在其电池热管理中做的最多的是水路流体的流热耦合分析。前提都是将电池假设为一个发热物理块进行。很少有对电池自身模型仿真的，最近发现fluent中有一个电池仿真模块，这次简单做个算例，来了解认识一下fluent中的电池仿真模块。

它的计算原理是需要前期做电池的充放电实验来获取一些数据，基于这些数据，根据不同模型计算，其中应用广泛的有两种一种是NTGK模型，也叫准静态模型，来模拟稳定的充放电过程，如1C充放电等，他需要提供不同倍率下的DOD与电压曲线，如图

这种适合系统的热管理计算使用，对电池热量要求不精确的情况；

第二种是ECM模型，也叫动态模型，等效电路模型。原理如下图

这个模型需要提供脉冲的充电数据类似于HPPC充放电数据，基于这个数据模拟动态的电池充放电。一般在BMS算法，以及整车急加速，急减数的模拟过程需要考虑此模型，计算要比NTGK精确一些。

二、模型处理

• Cell—电池本体

• Cell-n—电池负极耳

• Cell-p—电池正极耳

• wall-p—模组正极连接面

• wall-n—模组负极连接面

• busbar—连接母排  
  

SCDM处理完成后使整个模型处于“分享”状态（就是之前常说的share，中文模式翻译过来说有点别扭😀）

 
三、网格划分

由于模型是方方正正的，所以采用cutcell网格，并开启promixity，设置至少3层。

四、求解器设置

1、在默认的fluent的求解模型中是没有电池仿真模块的，我们通过输入命令打开此模型。

命令为：define/models/addon-module

输入后会显示11个模型，输入;8选择MSMD模型即可。

2、开启瞬态，打开能量方程模型及刚才选择的MSMD模型，并在MSMD中进行设置

①选择仿真计算的模型NTGK或者ECM

②输入你仿真电池的容量（35AH）

③选择充放电的倍率(1C)

④设置初始DOD

⑤设置电池容量（最好让这个值与前面那个容量值相同，但不同也不会影响计算，之前做过一次对比，他们具体有是什么差异目前没有搞明白，如果有明白可以留言讨论，不胜感激！）

⑥根据NTGK与ECM所提供的不同实验数据，计算所得的值，具体计算方法可参考帮助文件有详细介绍。本此采用默认的数值。

NTGK

ECM

匹配电池各部分，电池本体，极耳，连接母排，总正，总负。

设置完成可以先预处理一下，如下图，可以看到已显示有2块电池串联，是1并。

3、设置材料

因为已默认有铝，所以需要添加铜及电池材料属性。锂电池正极极耳为铝，负极极耳为铜，连接母排一般有铝有铜，本次选择铜作为连接母排。

在设置铜铝时，需要注意改一个扩散系数参数，改为user-define系统已标定的数据

下图为电池材料设置方法，密度，比热可根据实际输入，重点介绍导热系数，由于Y方向为电池厚度方向导热与XZ不同，所以需要单独设置。

除此之外还需要设置扩散系数如下图，重点在UDS0（正极）与UDS1（负极）中输入1e7和2e8，只要在这个范围内即可。

在这正好做一步很实用的操作，学会省很多事哦，材料保存。

我们经常用到电池这个材料，所以我们把电芯保存在一个文件夹，方便以后调用，操作如下

等下次打开时可以直接点击命令，找到保存的文件夹，打开即可，如下图

• Cell—电池

• Cell-n—铜

• Cell-p—铝

• Busbar—铜

新能源汽车电池PACK仿真分析9讲