新能源锂离子电池基于Fluent MSMD仿真分析

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了在仿真软件中设置报告定义、监视计算过程、初始化以及运行计算的具体步骤。通过设置报告定义，可以监视正极极耳电压和计算域中最高温度值的变化。在监视设置中，取消了残差收敛标准的限制。初始化方法选择为标准初始化，并进行了初始化操作。运行计算时，设置了时间步长和计算步数。计算开始后，可以通过视图窗口查看残差曲线和监视值的变化。最后，介绍了后处理步骤，包括显示正极和负极的相电势云图、电池上的温度云图以及电流密度矢量图。

正文共： 5119字 37图

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仿真操作步骤

1、模型处理

在SCDM中绘制模型，如图，需要注意的是提前标注好各部分的名称，下图是两个电池串联模型，注意需要共享拓扑“share”

Cell—电池本体

tab-n—电池负极耳

tab-p—电池正极耳

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

4.2 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

4.3 打开msmd 进行设置，这里调用基于时间和基于事件。以及NTGK和ECM模型计算，可自行尝试分别计算。（视频会有步骤）相应的文件。

4.4  重点中的重点，关于如何设置我们自己定义的充放电策略。

Fluent中有两种自定义的方法，一种是基于时间定义，编写规则如下（来自帮助文件）：

电参数类型由整数定义:    0:倍率 ；1:电流  ；2:电压 ；3:功率 ；4:外部电阻

举个例子：

0        15    1（以15A的电流开始放电）

500      15    1（以15A的电流放电500S）

500.1    60    3（以15A放电结束，接着60W功率放电）

1000     60    3（以60W放电500S到1000S）

1000.1   -1    0（以60W放电结束，接着1C充电）

1500     -1    0（1C充电500S，到1500s结束）

注：符号为正表示放电，符号为负表示充电。

另一种是基于事件：电流，电压，功率，电阻表示方法与上述相同，这里多一个判断表示方法：

判断条件定义:

1:time> FC_Value

2: I < FC_Value(放电电流最小)

3: I > FC_Value(充电电流最大值)

4: V < FC_Value(系统电压最小值)

5: V > FC_Value(系统电压最大值)

6: P < FC_Value(放电功率最小)

7: P > FC_Value(充电功率最大值)

例子如下：(第一列的数字表示电参数，第三列的表示判断，最后一列0表示转下一步，1表示结束当前步)

1    15    1    500    0（15A电流充电时间大于500S时转下一步）

3    60    1   1000    0（60W功率充电时间大于1000S时转下一步）

0    -1    1   1500    1（1C放电时间大于1500S时停止）

我们就按照上述的方式验证一下两种方式的充放电策略。

4.5 切换到Conductive Zones标签卡，在Active Components中选择f_cell，在Tab Components中选择f-tab_n和f-tab_p。

4.6 切换到Electric Contacts标签卡，在External Connectors中Negative Tab选择f-tab_n，Positive Tab选择f-tab_p。

6.1 在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】>【Boundary Conditions】，进行边界条件的设置。

在Boundary Conditions的Task Page中，鼠标左键单击选中wall-f-cell，点击【Edit…】，弹出Wall窗口，Thermal标签卡中，Thermal Conditions选择Convection，Heat Transfer Coefficient输入5，Free Stream Temperature输入300，点击OK完成设置。

6.2 在Boundary Conditions的Task Page中，鼠标左键单击选中wall-f-cell，点击【Copy…】，弹出Copy Conditions窗口，在左侧From Boundary Zone列表中选择wall-f-cell，在右侧To Boundary Zones列表中选择wall-f-tab_n和wall-f-tab_p，点击Copy，在弹出的Question窗口中点击OK确认。点击Close关闭Copy Conditions窗口。

在Solution Controls的Task Page中，点击Equations…按钮，在弹出的Equations窗口中，取消选择对Flow方程的求解。点击OK关闭Equations窗口。

7.1 Report Definitions报告定义设置

在最左侧的树中，鼠标左键双击【Solution】>【Report Definitions】，进行报告定义的设置。创建对正极极耳电压的报告，并随着计算的进行监视该值的变化。

在弹出的Report Definitions窗口中，鼠标左键依次点击【New】>【Surface Report】>【Area-Weighted Average…】。在新弹出的Surface Report Definition窗口中，Name中输入voltage_vp，Field Variable修改为User Defined Scalars… > Potential Phi+，Surfaces中选择tab_p，Create中勾选Report File、Report Plot和Print to Console。点击OK完成设置。（设置最高温度与此设置相类似）

7.2 创建对计算域中最高温度值的报告，并随着计算的进行监视该值的变化。

树中【Solution】>【Monitors】>【Residual】，鼠标左键双击Residual，进行残差监视的设置。

在弹出的Residual Monitors窗口中，将Convergence Criterion修改为none。点击OK完成设置。

树中【Solution】>【Initialization】，鼠标左键双击Initialization，在Task Page中将Initialization Methods选择为Standard Initialization，Initial Values中保留默认的设置，点击Initialize按钮进行初始化。

树中【Solution】>【Run Calculation】，鼠标左键双击Run Calculation，在Task Page中的Time Step Size输入30，Number of Time Steps输入100。点击Calculate开始运行计算。

运行计算开始后，可以在视图窗口中看到残差曲线和所监视的正极极耳电压、计算域内最高温度值随时间的变化。

在最左侧的树中，使用【Results】中的相关工具，对计算结果进行后处理。

11.1  显示正极的相电势云图

在菜单中点击【Viewing】>【Graphics】>【Lights】，弹出Lights窗口，取消对Light On和Headlight On选项的勾选，点击Apply按钮，然后点击Close关闭Lights窗口。因为在有些角度下的光线渲染会导致云图显示的不太清晰。

树中【Results】>【Graphics】>【Contours】，鼠标左键双击Contours，弹出Contours窗口，在Options中勾选Filled、Node Values、Global Range和Auto Range，在Coloring中选择Smooth，Contours of选择User Defined Scalars… > Potential Phi+，Surfaces选择tab_p、wall_cell和wall_f_tab_p，点击Save/Display按钮，显示正极的相电势云图。

11.2  显示负极的相电势云图

11.3 显示电池上的温度云图

11.4 显示电流密度矢量图

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