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新能源锂离子电池基于Fluent MSMD仿真分析

5月前浏览7805

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

预计阅读时间: 13分钟

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仿真操作步骤



1、使用SCDM建立电池单体模型(包括cell、tab_n、tab_p三部分)

2、在mesh下划分网格,定义边界


3、打开FLUENT界面,调用MSMD模块,”tui:/define/models/addon-module、TUI:define/models/battery-model/parameter-estimation-tool


4、NTGK/ECM电池模型设置


5、材料设置:(e_material、n_material、p_material)


E_material: Density:2092,Cp:678,Thermal Conductivity:18.2, uds-0:1.19e6,uds-1,9.83e5;


N_material/p_material: Density输入8978,Cp输入381输入387,Electrical Conductivity1e7


6、添加材料Cell Zone Condition


7、边界条件Boundary Condition设置


8、求解设置-solution controls


9、Report  Definitions报告定义设置


10、监视设置:Monitors


11、Initialization 初始化设置


12、Run Calculation运行计算


13、显示正极的相电势云图、负极相电势云图、电池的温度云图、电流密度矢量图。


14、重复运算,以及不同倍率的运算。


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




2.定义正负极耳上表面:负极耳tab_n,正极耳tab_p。1






3,网格划分 


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,求解器设置

4.1  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,后选择8。



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 ConnectorsNegative Tab选择f-tab_nPositive Tab选择f-tab_p





1

5.材料设置(裸电芯的导热系数三项的),这里选用设置

(e_material、n_material、p_material)


E_material: Density:2092,Cp:678,Thermal Conductivity:18.2, uds-0:1.19e6,uds-1,9.83e5;


N_material/p_material: Density输入8978,Cp输入381输入387,Electrical Conductivity1e7






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6、Boundary Conditions设置




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。


Boundary ConditionsTask 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ConvectionHeat Transfer Coefficient输入5Free 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。





1

7、 Solution Controls求解控制设置



Solution ControlsTask 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。





8

 Monitors监视设置



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。






9

 Initialization初始化




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。




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 10、Run Calculation运行计算



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。






1

11、 Post-processing后处理




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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首次发布时间:2020-04-06
最近编辑:5月前
CAE技术贴
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2条评论
CSG
签名征集中
2年前
你好,能不能分享一下模型
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东东
签名征集中
2年前
你好,能否分享一下模型,谢谢
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