FLUENT電池組放電過程模擬

CFD仿真

2017年9月13日 13:47

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本案例演示1P3S鋰離子電池組放電問題的模擬過程。案例模型如下圖所示。

案例中，電池組的放電過程發生在200瓦的恒定功率下，電池容量是14.6Ah。

1、啟動FLUENT并導入網格

（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 18.1→Fluid Dynamics→FLUENT 18.1命令，啟動FLUENT 18.1。

（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中選擇3D，在Display Options中勾選Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，單擊OK按鈕進入FLUENT主界面。

（3）在FLUENT主界面中，單擊主菜單中File→Read→Mesh按鈕，彈出Select File（導入網格）對話框，選擇文件名為1P3S_battery_pack.msh的網格文件，單擊OK按鈕便可導入網格。

（4）導入網格后，在圖形顯示區將顯示幾何模型。

（5）單擊主菜單中Mesh→Check按鈕，檢查網格質量，確保不存在負體積。

（6）單擊主菜單中Mesh→Scale按鈕，彈出如圖5所示Scale Mesh（網格縮放）對話框。在Scaling中，選擇Special Scaling Factors，在Scaling Factors X，Y和Z中分別輸入0.1，單擊Scale完成網格縮放。

（7）單擊主菜單中File→Write→Case按鈕，彈出Select File（保存項目）對話框，在Case File中填入battery，單擊OK按鈕便可保存項目。

2、調入MSMD電池模型

（1）在文本信息區，依次輸入以下指令

> define

/define> models

/define/models> addon-module

Fluent Addon Modules:

0. None

1. MHD Model

2. Fiber Model

3. Fuel Cell and Electrolysis Model

4. SOFC Model with Unresolved Electrolyte

5. Population Balance Model

6. Adjoint Solver

7. Single-Potential Battery Model

8. Dual-Potential MSMD Battery Model

9. PEM Fuel Cell Model

10. Macroscopic Particle Model

Enter Module Number: [0] 8

（2）輸入8，選擇導入MSMD電池模型。一旦MSMD電池模型被加載，MSMD電池模型將出現在模型樹中。

3、定義求解器

（1）單擊主菜單中Define→General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板。在Solver中，Time類型選擇Transient。

（2）在模型設定面板雙擊Energy按鈕，彈出Energy（能量模型）對話框，勾選Energy Equation激活能量方程，單擊OK按鈕確認。

（3）在模型設定面板雙擊MSMD Battery Model按鈕，彈出MSMD Battery Model（MSMD電池模型）對話框，勾選Enable the battery model激活MSMD電池模型。

在Nominal Cell Capacity中輸入14.6，在Solution Options中選擇Specified System Power，在System Power中輸入200。

（4）在Conductive Zones選項卡中，按照下圖進行選擇。

（5）在Electric Contacts選項卡中，按照下圖進行選擇。

（6）在Electric Contacts選項卡中，點擊Print Battery System Connection Information按鈕，將在文本信息框中顯示如下信息。確認后，點擊OK按鈕關閉MSMD電池模型對話框。

4、設置材料

（1）單擊主菜單中Define→Materials按鈕，彈出Materials（材料）面板。在材料面板中，點擊Create/Edit按鈕便可彈出Create/Edit Materials（物性參數設定）對話框。

（2）在物性參數設定對話框中，按照以下參數設定新物質e_material。

a．Material Type選擇solid

b．Name中輸入e_material，Chemical Formula中輸入e

c．Thermal Conductivity中輸入20

f．UDS Diffusivity選擇define-per-uds，在彈出的UDS Diffusivity Coefficients對話框中，設定uds-0和uds-1的Coefficient均為1.0e6。

（3）點擊Change/Create按鈕完成新物質的設定。

（4）在物性參數設定對話框中，按照以下參數設定新物質busbar_material。

a．Material Type選擇solid

b．Name中輸入busbar_material，Chemical Formula中輸入bus

c．UDS Diffusivity選擇user-defined，在彈出的User-Defined Functions對話框中，選擇battery_e_cond::msmdbatt，點擊OK按鈕確認。

點擊Change/Create按鈕，在彈出的Question對話框中，單擊No按鈕創建新物質。

5、設置計算域

（1）單擊主菜單中Define→Cell Zone Conditions按鈕啟動Cell Zone Condition（區域條件）面板。

對應e_zone、tab_pzone和tab_nzone在Material Name中選擇相應的e_material、p_material和n_material。

（2）設定bar_1、bar_2、n_tabzone_1、n_tabzone_2、n_tabzone_3、p_tabzone_1、p_tabzone_2和p_tabzone_3在Material Name中選擇相應的busbar_material。

6、邊界條件

（1）單擊主菜單中Define→Boundary Conditions按鈕啟動的邊界條件面板。

（2）在邊界條件面板中，雙擊wall-cell_1彈出邊界條件設置對話框。

在Thermal選項卡中，Thermal Conditions選擇Convention，在Heat Transfer Coefficient中輸入5，單擊OK按鈕確認退出。

（3）在邊界條件面板中，單擊Copy按鈕彈出Copy Conditions（邊界條件復制）對話框。

在From Boundary Zone中選擇wall-cell_1，在To Boundary Zone中選擇wall-cell_2、wall-cell_3、wall-bar1、wall-bar2、wall-n_tabzone_1、wall-n_tabzone_2、wall-n_tabzone_3、wall-p_tabzone_1、wall-p_tabzone_2和wall-p_tabzone_3，單擊Copy按鈕完成復制。