模型描述:1P3S的圆柱形锂离子电池组(电池单体已在BDS中完成建模,并封装成tbm文件),由外壳结构包裹固定。初始温度30℃,电池组以22.11A恒流放电200s,20℃的空气以1m/s的速度流入壳内进行冷却。
工具/原料
STAR-CCM+13.02.011-R8
电池模型导入
1、打开STAR-CCM+,新建simulation,选择ParallelonLocalHost,ComputeProcesses根据PC配置选择,点击OK,保存为CylindricalCell.sim。
2、点击Continua咯悝滩镞>New>PhysicsContinuum,创建Physics1模型,重命名为BatteryPhysics。选择Op墉掠载牿tionalModels中的Battery模型,其他为常规设置。展开InitialConditions>StaticTemperature,设为30℃。
3、点击Batteries>BatteryCells,右键CreatefromTbm,打开TutorialCellCylindrical.tbm。这里的.tbm文件是在BDS里封装好的圆柱电池模型,采用了NTG模型。
定义电池组
1、点击Batteries>BatteryModules,右键新建电池组。展开Batteries>BatteryModules>BatteryModule>ModuleConfiguration,BatteryCells选择CylindricalCell。
2、展开ModuleConfiguration>BatteryModuleConfiguration,Option选择Staggered。
3、展开ModuleConfiguration>ModuleConnectionValues>SeriesConnectionFlipOption,Option选择FlipStartingWithSecondCell。
4、展开ModuleConfiguration>ModuleLayout>ModuleStaggeredPositioning,GapBetweenCells设为4mm。
5、展开ModuleConfiguration>ModuleLayout>ModuleStaggeredSize,NumberofCellsinStaggeredRow设为3。
定义TabConnectors
1、点击File>Import>ImportSurfaceMesh,导入post1Cylindrical.x_b,post2Cylindrical.x_b,strapCylindrical.x_b模型。
2、展开Batteries>Battery咯悝滩镞Modules>BatteryModule>TabConnections,右键选择SetupTab惺绅寨瞀Connections,依次将FirstPostParts、StrapParts、SecondPostParts设为PostStrap、Post2。
生成电池组模型
1、点击Batteries>BatteryModules>BatteryModule,右键选择GenerateBatteryParts。
2、点击BatteryModules>BatteryModule,右键选择GenerateConnectorParts。新建GeometryScene显示模型。
3、压印TabConnectors。点击LaunchSurfaceRepair,选择EndPlate、Post、Strap等Parts,点击OK。
4、切换至Global页面,点击Merge/Imprintsingleormultipleparts图标(GlobalTools里第四个),弹出选项设置界面。ImprintMode选择Multi-PartImprint,Tolerance设为1.0E-6m。
5、点击Priority咯悝滩镞Indexing,点击CreateNewSet,在Priority1中选择除PostStrap、Post2外的所有Parts,盼内溲铫点击OK。同理,新建Priority2,选择BatteryModule:TabConnection0,0:Strap和BatteryModule:TabConnection0,1:Strap。同理,新建Priority3,选择BatteryModule:TabConnection0,0:PostBatteryModule:TabConnection0,0:PostBatteryModule:TabConnection0,1:PostBatteryModule:TabConnection0,1:Post2。设置完成后,点击OK。
6、点击FindPairs,然后再点击ImprintAll,完成压印。
定义电池组外壳
1、点击File>Import>ImportSurfaceMesh,导入externalCasingCylindrical.x_b模型。
2、展开Geometry>Parts>Case>Surfaces>Faces,右键SplitByPatch分割进、出风口,分别命名为Inlet和Outlet。
3、展开Batteries>Battery咯悝滩镞Modules>BatteryModule>ExternalCasingGeometry>E旌忭檀挢xternalCasingSpecification,BatteryExternalCasingSpecification选择SpecifyExternalCasingUsingPart。
4、展开BatteryModule>CasingValues>ExternalCasingPart,选择Case。
5、点击BatteryModules>BatteryModule,右键选择CreateExternalCasingPart。
创建Regions
1、点击BatteryModules>BatteryModule,右键选择GenerateRegions。在Additional(non-Battery)PartstoGenerateRegions不选择任何parts,点击OK。
网格划分
1、展开Batteries>BatteryModules>BatteryModule,右键选择SetupBatteryMeshing。展开Continua>Mesh1,重命名为BatteryMesh。
2、展开BatteryMesh>VolumetricControls>BatteryCellTabVolumetricControl1>MeshValues>CustomSize>RelativeSize,PercentageofBase设为5。
3、新建MeshContinuum,命名为ExternalCasingMesh。模型选择SurfaceRemesher和PolyhedralMesher。
4、展开Continua>ExternalCasingMesh>ReferenceValues>BaseSize,设为5mm。
5、点击Regions>BatteryModule:ExternalCasing,MeshContinuum选择ExternalCasingMesh。
6、提交体网格划分。
定义壳内空气模型
1、新建Physics1,命名为ExternalCasing。选择物理模型。展开InitialConditions>StaticTemperature,设为30℃。
2、点击Regions>BatteryModule:ExternalCasing,PhysicsContinuum选择ExternalCasing。
3、展开Boundaries,BatteryM艺皱麾酪odule:ExternalCasing.Case.Inlet设为Velocit烤恤鹇灭yInlet,BatteryModule:ExternalCasing.Case.Outlet设为PressureOutlet。点击BatteryModule:ExternalCasing.Case.Inlet>PhysicsValues,StaticTemperature设为20℃,VelocityMagnitude设为1m/s。
定义电路回路
1、点击Batteries>ProgramFiles,右键加载Tutorial3CDischargeCylindrical.prg文件。
2、点击BatteryModules>BatteryModule,右键选择CreateCircuitElement。
3、点击ProgramFiles>Tutorial3CDischargeCylindrical.prg,右键选择CreateCircuitElement。
4、展开Circuits>Circuit龀音孵茧1>CircuitElements,同时选中(+像粜杵泳)BatteryModule和(-)Tutorial3CDischarge.prg,右键选择CreateConnection。同理,同时选中(-)BatteryModule和(+)Tutorial3CDischargeCylindrical.prg,创建Connection。
5、考虑电路的欧姆热。点击Batteries>BatteryModu盟敢势袂les>BatteryModule,右键选蒉揉坟巡择SetupConnectorOhmicHeating。展开Continua>BatteryModuleConnectors:OhmicHeating>InitialConditions>StaticTemperature,设为30℃。
求解条件
1、展开Solvers,ImplicitUnsteady时间步长设为1s。
2、展开StoppingCriteria,不勾选MaximumSteps,MaximumInnerIterations设为5步,MaximumPhysicalTime设为200s。
创建Reports
1、右键Reports,新建Maximum1,命名为MaximumTemperature,FieldFunction选择Temperature,单位为℃,Parts选择BatteryModule:CylindricalCell:Jellyroll。
2、新建Minimum1,命名为Mi艘绒庳焰nimumTemperature,设置与MaximumTemperature相同。同时选蒗钰妒蟥中MaximumTemperature和MinimumTemperature,右键CreateMonitorandPlotfromReport,选择SinglePlot。将新建的Plot重命名为TemperatureMonitorPlot。展开Plots>TemperatureMonitorPlot>Axes>LeftAxis>Title,改为Temperature(C)。
3、监测SOC变化。新建VolumeAverage1,命名为StateofCharge,FieldFunction选择BatterySOC,Parts选择BatteryModule:CylindricalCell:Jellyroll。右键CreateMonitorandPlotfromReport。
后处理显示
1、监测电池卷心温度分布。新建ScalarScene1,命名为Tem圬桦孰礅peratureScene。Parts选择BatteryM泠贾高框odule:CylindricalCell:Jellyroll,FieldFunction选择Temperature,单位为℃。ContourStyle选择SmoothFilled。点击ColorBar,将TitleHeight设为0.04,LabelHeight设为0.035。
2、创建截面监测整个电池盒体的温度分布。点击DerivedParts>NewP瞢铍库祢art&g墉掠载牿t;Section>Plane,InputParts选择整个Region,Origin向量设为[0.0,0.03,0.0],Normal向量设为[0.0,1.0,0.0],勾选NoDisplayer,点击Create。新建ScalarScene,命名为CanTemperature。Parts选择PlaneSection,其它设置与TemperatureScene相同。
3、展开Tools>Annotations>SolutionTime,拖拽至TemperatureScene和CanTemperature,将SolutionTime的Height设为0.04。
4、记录输出历史,命名为CylindricalCell.simh。Functions选择Temperature,Trigger选择TimeStep,Frequency设为1。这里要强调一点,.simh文件的保存路径必须为全英文,否则无法记录。
提交计算
1、保存,初始化,提交计算。
计算结果
1、电池卷心温度瞬态云图。
2、电池卷心温度曲线。最高温度34.48℃,最低温度34.18℃,温差0.3℃。
3、电池SOC变化曲线。
4、电池盒体在中截面上的温度分布。
5、创建流线图。右键DerivedParts,创建Streamline。打开Tempera隋茚粟胫tureScene,新建一个Streamline芟坳葩津,parts选择Streamline,ScalarField选择Velocity:Magnitude。在ColorBar中将TitleHeight设为0.04,LabelHeight设为0.035,ColorMap选择cool-warm。