第七章動(dòng)力電池流體傳熱仿真分析0102目錄Contents流體傳熱仿真分析技術(shù)動(dòng)力電池仿真分析原理PART1動(dòng)力電池系統(tǒng)仿真分析原理動(dòng)力電池系統(tǒng)仿真分析原理1.為什么要做動(dòng)力電池流體傳熱仿真？（1）動(dòng)力電池工作時(shí)產(chǎn)熱不均，易引發(fā)性能衰減或熱失控，需通過仿真優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)；（2）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法成本高、周期長（如電池包工況測(cè)試需數(shù)周），仿真可實(shí)現(xiàn)“先數(shù)字驗(yàn)證，再物理實(shí)驗(yàn)”。2.本章核心方法：兩大關(guān)鍵技術(shù)支撐?

有限元分析（FEA）：解決“結(jié)構(gòu)與載荷”相關(guān)模擬；?

計(jì)算流體力學(xué)（CFD）：聚焦“流體流動(dòng)與熱傳導(dǎo)”模擬。有限元分析方法—基本概念有限元分析（FEA）：從“復(fù)雜系統(tǒng)”到“離散單元”

定義：利用數(shù)學(xué)近似方法，將真實(shí)物理系統(tǒng)（如動(dòng)力電池包）拆分為“有限個(gè)互連小單元”，用有限未知量逼近無限未知量的真實(shí)狀態(tài)。

本質(zhì)：不是“準(zhǔn)確解”，而是“高精度近似解”，能適配復(fù)雜形狀（如動(dòng)力電池模組的異形散熱通道）核心思想：“化繁為簡”（例：用多邊形逼近圓形）有限元分析方法—發(fā)展歷程FEA的發(fā)展歷程多邊形逼近圓克拉夫教授提出“矩陣近似方法”，用于航空器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算擴(kuò)展到動(dòng)力電池、汽車、建筑等領(lǐng)域有限元分析方法—核心優(yōu)勢(shì)FEA的核心優(yōu)勢(shì)核心優(yōu)勢(shì)（對(duì)比其他近似方法）：?

近似性僅局限于“小單元”，無需滿足整個(gè)定義域的復(fù)雜邊界條件；?

計(jì)算精度高，可靈活調(diào)整單元數(shù)量優(yōu)化結(jié)果；?

適配復(fù)雜幾何形狀（如動(dòng)力電池的電芯排列、散熱管路）。關(guān)鍵總結(jié)：FEA=RayleighRitz法+分片函數(shù)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—概述定義：通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算+圖像顯示，模擬包含“流體流動(dòng)”“熱傳導(dǎo)”的物理系統(tǒng)（如動(dòng)力電池散熱通道內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)）。2.基本思想：“連續(xù)場(chǎng)離散化”（1）將連續(xù)的物理量場(chǎng)（速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)），拆分為“有限個(gè)離散點(diǎn)”；（2）建立離散點(diǎn)間的代數(shù)方程組，求解得到物理量近似值；（3）最終輸出流場(chǎng)細(xì)節(jié)（如旋渦、壓力分布），相當(dāng)于“在電腦上做物理實(shí)驗(yàn)”。機(jī)翼繞流CFD仿真圖方法優(yōu)勢(shì)局限性適配場(chǎng)景理論分析結(jié)果通用，指導(dǎo)意義強(qiáng)需簡化模型，非線性問題難求解基礎(chǔ)規(guī)律推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果真實(shí)，是理論/CFD的基礎(chǔ)成本高、周期長，受模型/精度限制最終驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)CFD成本低、靈活，可觀測(cè)細(xì)節(jié)多依賴數(shù)學(xué)模型，有計(jì)算誤差動(dòng)力電池流體傳熱仿真計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—核心內(nèi)容CFD的核心特點(diǎn)：優(yōu)勢(shì)與“不可替代”的邊界核心優(yōu)勢(shì)：?

適應(yīng)性強(qiáng)：可求解非線性、復(fù)雜邊界的流動(dòng)問題（如動(dòng)力電池包內(nèi)的多通道流體分配）；?

成本可控：無需搭建物理模型，節(jié)省人力/物力，縮短周期（如電池包工況仿真從“數(shù)周”縮至“數(shù)天”）；?

細(xì)節(jié)完整：可輸出離散點(diǎn)外的衍生物理量（如散熱效率、水力損失），還能模擬“極端場(chǎng)景”（如高溫、有毒環(huán)境，實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)）。的電芯排列、散熱管路）。

關(guān)鍵局限性：?

結(jié)果是“離散近似解”，存在計(jì)算誤差，依賴數(shù)學(xué)模型的合理性；?

需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型（如用真實(shí)散熱實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)CFD參數(shù)）；?

對(duì)軟硬件要求高（大規(guī)模仿真需高性能計(jì)算機(jī)），易出現(xiàn)“結(jié)果不真實(shí)”（如數(shù)值處理不當(dāng)導(dǎo)致的流場(chǎng)失真）。計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—核心內(nèi)容

重要原則：CFD不能替代理論/實(shí)驗(yàn)，需三者結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體與流動(dòng)的基本特性流體與流動(dòng)的核心分類：按“流體性質(zhì)”分類，聚焦動(dòng)力電池仿真常用類型

理想流體vs黏性流體：?

理想流體（無黏流體）：忽略黏性，無切向變形抵抗，僅為“近似模型”（如簡化動(dòng)力電池內(nèi)空氣流動(dòng)時(shí)可暫用）；?

黏性流體：有黏性（相鄰流體層的抵抗力），是真實(shí)流體（如動(dòng)力電池散熱用的冷卻液、空氣），黏性隨溫度變化。流體粘性示意圖計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體與流動(dòng)的基本特性流體與流動(dòng)的核心分類：按“流體性質(zhì)”分類，聚焦動(dòng)力電池仿真常用類型

牛頓流體vs非牛頓流體：?

牛頓流體：黏性應(yīng)力與速度變化率成正比（μ為常數(shù)），如動(dòng)力電池散熱用的水、乙二醇溶液；?

非牛頓流體：μ不為常數(shù)，如部分特殊散熱膏（動(dòng)力電池仿真中較少用）。牛頓流體“τ-速度變化率”線性關(guān)系圖關(guān)鍵公式流體的內(nèi)摩擦剪切力τ由牛頓內(nèi)摩擦定律決定：計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體與流動(dòng)的基本特性流體與流動(dòng)的核心分類：按“流動(dòng)狀態(tài)”分類，結(jié)合動(dòng)力電池場(chǎng)景舉例可壓流體vs不可壓流體?

不可壓流體：是指在流動(dòng)過程中密度保持不變的流體，例如動(dòng)力電池冷卻液。這類流體在進(jìn)行流體仿真時(shí)，不需要考慮密度隨壓力或溫度的變化。密度ρ為常數(shù)（如動(dòng)力電池冷卻液），仿真時(shí)無需求解ρ；?

可壓流體：指的是密度會(huì)隨著壓力或溫度變化而變化的流體，如動(dòng)力電池散熱用的空氣。在仿真這類流體時(shí)，必須考慮密度ρ的變化，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。ρ隨壓力/溫度變化（如動(dòng)力電池散熱用的空氣），連續(xù)方程需包含ρ。低速空氣流動(dòng)示意圖高速空氣流動(dòng)示意圖計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體與流動(dòng)的基本特性流體與流動(dòng)的核心分類：按“流動(dòng)狀態(tài)”分類，結(jié)合動(dòng)力電池場(chǎng)景舉例定常流動(dòng)vs非定常流動(dòng)：?

定常流動(dòng)：物理量不隨時(shí)間變化（?()/?t=0），如動(dòng)力電池“穩(wěn)態(tài)放電”時(shí)的散熱流動(dòng)；?

非定常流動(dòng)：物理量隨時(shí)間變化（?()/?t≠0），如動(dòng)力電池“急加速/急減速”時(shí)的瞬態(tài)散熱。

層流vs湍流?

判斷依據(jù)：雷諾數(shù)Re=ud/ν（u：流速，d：管徑，ν：運(yùn)動(dòng)黏度）；?

臨界值：Re≤2300（層流，流線規(guī)則），Re≥8000（湍流，流線紊亂），2300<Re<8000（過渡區(qū)）；?

動(dòng)力電池場(chǎng)景：散熱管路內(nèi)多為湍流。計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體與流動(dòng)的基本特性流體與流動(dòng)的核心分類：按“流動(dòng)狀態(tài)”分類，結(jié)合動(dòng)力電池場(chǎng)景舉例

層流vs湍流?

判斷依據(jù)：雷諾數(shù)Re=ud/ν（u：流速，d：管徑，ν：運(yùn)動(dòng)黏度）；?

臨界值：Re≤2300（層流，流線規(guī)則），Re≥8000（湍流，流線紊亂），2300<Re<8000（過渡區(qū)）；?

動(dòng)力電池場(chǎng)景：散熱管路內(nèi)多為湍流。“層流流線”“湍流流線”對(duì)比圖計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體動(dòng)力學(xué)控制方程

核心邏輯：所有流動(dòng)問題均遵循“物理守恒定律”，方程是定律的數(shù)學(xué)表達(dá)?

定律含義：單位時(shí)間內(nèi)微元體質(zhì)量增加=流入微元體的凈質(zhì)量；?

質(zhì)量守恒方程：任何流動(dòng)問題都必須滿足質(zhì)量守恒定律。?

動(dòng)力電池場(chǎng)景：用于判斷散熱通道內(nèi)流體是否“堵塞”（若方程不滿足，可能存在通道狹窄）。動(dòng)量守恒方程質(zhì)量守恒方程（連續(xù)方程）?

定律含義:微元體動(dòng)量變化率=外界作用力之和(牛頓第二定律);?

核心作用:求解流體的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)(如動(dòng)力電池散熱通道內(nèi)的壓力損失,判斷泵體功率是否足夠);?

簡化說明:對(duì)牛頓流體,黏性應(yīng)力與變形率成正比,方程可代入黏性參數(shù)求解。計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體動(dòng)力學(xué)控制方程CFD核心：三大守恒定律與控制方程（進(jìn)階篇）能量守恒方程?

定律含義：微元體能量增加率=凈熱流量+外力做功（熱力學(xué)第一定律）；?

簡化公式（以溫度T為變量）：?

核心參數(shù)說明：k（傳熱系數(shù)，散熱材料關(guān)鍵指標(biāo)）、C_{P}（比熱容）、S_{r}（黏性耗散項(xiàng)，動(dòng)力電池產(chǎn)熱相關(guān)）；?

動(dòng)力電池場(chǎng)景：求解電池包內(nèi)“溫度分布”，優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)。動(dòng)力電池溫度場(chǎng)云圖計(jì)算流體力學(xué)（CFD）—流體動(dòng)力學(xué)控制方程

核心邏輯：所有流動(dòng)問題均遵循“物理守恒定律”，方程是定律的數(shù)學(xué)表達(dá)組分質(zhì)量守恒方程應(yīng)用組分質(zhì)量守恒方程應(yīng)用湍流控制方程在工程應(yīng)用中通常采用時(shí)間平均法進(jìn)行簡化，以適應(yīng)實(shí)際計(jì)算需求。這種方法雖然犧牲了一些精確度，但使得方程的求解變得可行，且不需要依賴于高性能計(jì)算機(jī)資源。狀態(tài)方程補(bǔ)充了壓力（P）與密度（ρ）之間的關(guān)系，例如理想氣體狀態(tài)方程P=ρRT，這對(duì)于確保流體動(dòng)力學(xué)方程組的封閉性至關(guān)重要。通過這些關(guān)系，可以完整描述流體狀態(tài)，使整個(gè)方程組能夠自洽地求解。在動(dòng)力電池系統(tǒng)中，組分質(zhì)量守恒方程特別適用于多組分混合的場(chǎng)景，例如燃料電池的水管理。這些方程幫助避免電池系統(tǒng)中出現(xiàn)水淹或脫水現(xiàn)象，確保電池性能和壽命。狀態(tài)方程補(bǔ)充與方程組封閉性7.2流體傳熱仿真分析技術(shù)7.2.1流體傳熱仿真方案概述熱管理問題在電池流體仿真方向，主要有熱管理、電化學(xué)、水管理、熱失控、短路和降階模型等問題溫度分布冷卻設(shè)計(jì)電化學(xué)問題基于物理基于經(jīng)驗(yàn)水管理問題溫度影響水分布熱失控問題機(jī)理短路問題內(nèi)部短路外部短路降階模型問題LTIROMSVDROM7.2.1流體傳熱仿真方案概述電池電化學(xué)問題研究核心：聚焦電池工作中內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)引發(fā)的產(chǎn)熱、電流、電壓、SOC等宏觀量變化，研究方法分為基于物理的電化學(xué)模型與基于經(jīng)驗(yàn)的電化學(xué)模型兩類。電池?zé)峁芾韱栴}定位：是電池設(shè)計(jì)重點(diǎn)，最終輸出溫度分布、壓降等信息，本質(zhì)考察電池冷卻設(shè)計(jì)，且溫度場(chǎng)一致性對(duì)電池性能影響大。鋰電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)：熱管理設(shè)計(jì)缺陷可能導(dǎo)致熱失控，其機(jī)理含電器濫用、熱濫用、機(jī)械濫用，絕大多數(shù)直接誘因是短路（分內(nèi)部短路、外部短路）。電池?zé)峁芾矸抡嫱袋c(diǎn)：耗時(shí)久，尤其電池包級(jí)別、NEDC等循環(huán)工況下，因模型網(wǎng)格量大、計(jì)算物理時(shí)間長，常需幾天至幾周。熱管理仿真痛點(diǎn)解決方案：ANSYS降階模型技術(shù)，可在保證與三維CFD仿真同等準(zhǔn)確度的前提下，近乎實(shí)時(shí)完成電池模組或電池包的共軛傳熱仿真。燃料電池特有問題：無熱失控和降階問題，但需解決水管理問題，避免膜脫水或水淹電極情況發(fā)生。電池流體方向仿真工具推薦：優(yōu)先選Fluent，其內(nèi)置電池模塊與燃料電池模塊，能高效解決流體方向仿真問題；CFX、Icepak

可處理特定電池問題，但專業(yè)性和功能覆蓋度不及Fluent。7.2.1流體傳熱仿真方案概述ANSYS電池仿真軟件列表7.2.2電池共軛傳熱仿真FluentBatteryModel目前BatteryModel主要可以做CHTCoupling、FMU-CHTCoupling、CircuitNetwork和MSMD4個(gè)子模塊，分別對(duì)應(yīng)共軛傳熱、通過FMU文件與第三方聯(lián)合共軛傳熱、基于CircuitNetwork的電化學(xué)和完全熱電耦合電化學(xué)模塊。在仿真過程中只需要使用此中一個(gè)模塊即可實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)電池仿真場(chǎng)景的仿真工作。同時(shí)BatteryModel還內(nèi)置了兩種熱失控模型，可獨(dú)立或與上述4個(gè)子模塊耦合使用。7.2.2電池共軛傳熱仿真電池模組幾何模型示意圖該模型為1P12S（1并12串）水冷結(jié)構(gòu)，模型中保留了工業(yè)電池模組的絕大多數(shù)特征，如電池本體、極柱(pole)、母排(busbar)、隔熱材料(硅膠)、箱體、冷板。在接下來鋰電池的共軛傳熱、ECM、NTGK、熱失控等仿真過程中均以此模型為模擬對(duì)象。以此模型為例，進(jìn)行以下仿真步驟7.2.2電池共軛傳熱仿真①.啟動(dòng)FluentLauncher啟動(dòng)FluentLauncher配置啟動(dòng)參數(shù)Dimension:勾選3DOptions:勾選DoublePrecision勾選MeshingModeProcessingOptions:設(shè)置并行/串行設(shè)置工作文件夾路徑1.網(wǎng)格劃分設(shè)置工作文件夾路徑單擊“OK"按鈕，啟動(dòng)FluentMeshing進(jìn)入FluentMeshing界面，選擇網(wǎng)格劃分方法切換至Workflow標(biāo)簽頁SelectWorkflowType下拉菜單:選擇WatertightGeometry按照集成流程執(zhí)行7個(gè)子步驟：導(dǎo)人幾何；添加局部尺寸控制；生成面網(wǎng)格；描述幾何；更新域；添加邊界層；生成體網(wǎng)格。7.2.2電池共軛傳熱仿真①.啟動(dòng)FluentLauncher1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真建議導(dǎo)人幾何模型的為.scdoc

格式文件;其他類型的幾何文件可先導(dǎo)人ANSYSSCDM中進(jìn)行前處理后保存為.scdoc

格式。導(dǎo)人之前可選擇幾何模型創(chuàng)建時(shí)使用的單位，這樣生成網(wǎng)格后通過switch-to-solution將網(wǎng)格傳遞到fuentsol-ver

中可自動(dòng)縮放到所需的單位。②.WTM導(dǎo)入幾何1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真添加局部尺寸控制可針對(duì)幾何模型不同部位細(xì)節(jié)特征，采用FaceSize（作用于選中面）、BodySize（作用于選中體）、BodyofInfluence（作用于BOI體）、Curvature（曲率）、Proximity（鄰近度）等不同類型，實(shí)現(xiàn)局部特征的針對(duì)性保留或不保留；由于本算例僅需全局尺寸控制，因此此環(huán)節(jié)選擇“no”并單擊“Update”按鈕。③.WTM添加局部尺寸控制1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真此環(huán)節(jié)一是設(shè)置全局尺寸控制，二是控制生成面網(wǎng)格。與上一步驟添加局部尺寸不同，此處的尺寸控制設(shè)置作用在全部幾何模型上④.WTM全局尺寸控制及生成面網(wǎng)格1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真定義幾何有以下幾方面功能:①GeometryType(幾何類型):此處定義的是最終的計(jì)算模型的幾何類型，共分以下3類:幾何中全部為固體域;幾何中全部為流體域;幾何中既有流體域，又有固體域。②Capopeningandextractfluidregion(封閉開口):Yes,選擇在FluentMeshing中封閉開口以抽取相應(yīng)流體域;選擇此項(xiàng)后，會(huì)激活相應(yīng)的封閉開口菜單。此案例中在SCDM中抽取冷卻水流體域，電池外表面與箱體內(nèi)表面間的流體域?yàn)樽詣?dòng)封閉;⑤.WTM定義幾何1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真此功能的應(yīng)用場(chǎng)景為幾何模型在SCDM中沒有進(jìn)行共享拓?fù)浠虿糠止蚕硗負(fù)涫　Ｔ贔uentMeshing中進(jìn)行共享拓?fù)涞臅r(shí)間會(huì)比較長，建議盡可能在SCDM中進(jìn)行，實(shí)在完成不了的共享拓?fù)湓贔uentMeshing中完成。共享拓?fù)淇纱_保在Interface處生成共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格(ConformalMesh)。⑥.ApplyShareTopology(共享拓?fù)?1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)幾何模型中NamedSelection命名中的關(guān)鍵詞，并自動(dòng)為其設(shè)置相應(yīng)邊界條件。需要在此步驟檢查邊界條件是否正確合理，將鼠標(biāo)放置在BoundaryName上會(huì)在圖形窗口對(duì)相應(yīng)區(qū)域高亮顯示。也可以在BoundaryName上右鍵選擇drawselection，以單獨(dú)顯示選中的邊界條件。檢查無誤后，單擊“UpdateBoundaries”選項(xiàng)⑦.WTM定義邊界條件1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真8.WTM定義域數(shù)量需要大概估算一下幾何模型中有多少流體域，填寫合適的數(shù)字即可。⑨.WTM更新域在此步驟對(duì)幾何模型中最終的域信息進(jìn)行確認(rèn)更新。FluentMeshing中域的類型有fluid、solid、dead，檢查時(shí)的技巧同上所述，將鼠標(biāo)放在RegionName上，相應(yīng)區(qū)域會(huì)高亮顯示，也可在RegionName上右鍵選擇drawselection來單獨(dú)顯示。對(duì)于仿真中不需要的域，可將其類型選擇為“dead”。⑩.WTM體網(wǎng)格生成此步驟主要與邊界層網(wǎng)格、體網(wǎng)格生成設(shè)置相關(guān)。在BoundaryLayerSettingsonFluidWalls中進(jìn)行邊界層網(wǎng)格設(shè)置，OffsetMethodType目前有4種類型。還需要定義邊界層層數(shù);其余設(shè)置會(huì)OffsetMethodType不同而略有不同。在VolumeSettings中進(jìn)行相關(guān)體網(wǎng)格生成設(shè)置，F(xiàn)illWith有4種類型，分別是polyhedral、tetrahedral、hexcore、poly-hexcore。此外還需要設(shè)置MaxCellLength和其他因網(wǎng)格類型不同而不同的設(shè)置。⑧.WTM定義域數(shù)量1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真FluentMeshing會(huì)自動(dòng)將網(wǎng)格數(shù)量、質(zhì)量在console中顯示出來一般需要將maxskewness控制在0.9,最好0.85以內(nèi)。在本案例中，生成的體網(wǎng)格數(shù)量為382454個(gè)cell，maxskewness為0.85。若生成的體網(wǎng)格質(zhì)量大于0.9，最好在createvolumemesh上右鍵選擇improvevolumemesh，進(jìn)行體網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)化提升。11.WTM檢查網(wǎng)格1.網(wǎng)格劃分7.2.2電池共軛傳熱仿真2.電池共軛傳熱仿真流程啟動(dòng)Fluent讀入網(wǎng)格Fluent網(wǎng)格檢查通用設(shè)置相關(guān)物理模型選擇設(shè)置電池材料物性設(shè)置母排、極柱、箱體、端板和冷板材料物性設(shè)置硅膠材料物性設(shè)置冷卻液材料物性設(shè)置流體域CellZoneCondition冷卻液區(qū)域設(shè)置固體域電池部分設(shè)置固體域其余部分設(shè)置邊界條件設(shè)置Method和Control初始化及求解設(shè)置后處理7.2.2電池共軛傳熱仿真1）.啟動(dòng)Fluent2.電池共軛傳熱仿真流程啟動(dòng)FluentLauncher,勾選3DDimension,勾選DisplayMeshAfterReading，勾選DoublePrecision，ProcessingOptions選擇并行，且SolverProcesses選擇16(按照計(jì)算機(jī)實(shí)際選擇計(jì)算線程)，在WorkingDirectory中設(shè)置工作路徑。2）.讀入網(wǎng)格在菜單File-ReadMesh中，選中Geom-1P12S-CHT2.msh.gz網(wǎng)格，導(dǎo)人完成后軟件會(huì)自動(dòng)顯示網(wǎng)格。3）.Fluent網(wǎng)格檢查在進(jìn)行具體設(shè)置求解之前，對(duì)導(dǎo)人的網(wǎng)格一定要進(jìn)行檢查，主要檢查以下4方面：計(jì)算域尺寸檢查，確認(rèn)計(jì)算的范圍與計(jì)算模型范圍是否相符，主要是通過x，y，z坐標(biāo)最大最小值來判斷，如若范圍不符，往往需要通過scale來縮放到合理范圍；最小體積檢查，不可為負(fù)；網(wǎng)格正交質(zhì)量，0rthogonalQuality一般建議大于0.1，最好大于0.15。7.2.2電池共軛傳熱仿真電池模組內(nèi)流動(dòng)速度較低，故選擇壓力基求解器，本案例為展示設(shè)置流程，為簡單起見選擇穩(wěn)態(tài)求解，其余保持默認(rèn)。4）.通用設(shè)置2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真打開能量方程；湍流模型選擇Realizablek-e模型及標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。如需切換其他湍流模型，可右鍵或雙擊Viscous模塊即可，對(duì)于少數(shù)特定的湍流模型，則需要TUI命令來激活。5）.相關(guān)物理模型選擇2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真在Materials-Solid中右鍵選擇New，按照以下步驟進(jìn)行設(shè)置：Name為cell；ChemicalFormula為cell；Density為2194kg/m3；Cp為906J/(kg·K)；ThermalConductivity:下拉菜單中選擇orthotropic，在Conductivity0/Conductivity1/Conductivity2中分別填入0.5/12/12W/(m·K)，按照Direction0Components和Direction1Components的規(guī)定，以上Conductivity0/1/2分別對(duì)應(yīng)X、Y、Z方向的熱導(dǎo)率。6）.設(shè)置電池材料物性2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真7）.設(shè)置母排、極柱、箱體、端板和冷板材料物性2.電池共軛傳熱仿真流程采用Fluent默認(rèn)鋁的材料屬性即可8）.設(shè)置硅膠材料物性電池之間的隔熱材料為硅膠。在結(jié)構(gòu)樹Materials→Solid中右鍵，選擇New，在彈出的設(shè)置面板中進(jìn)行如下設(shè)置：Density為1450kg/m3；Cp：1700J/(kg·K)；ThermalConductivity為0.1W/(m·K)。單擊“Change/Create”按鈕，完成硅膠材料設(shè)置。設(shè)置硅膠材料物性7.2.2電池共軛傳熱仿真使用液態(tài)水作為冷卻媒質(zhì)。在結(jié)構(gòu)樹Materials→Fluid中右鍵，選擇New，在彈出的設(shè)置面板中單擊FluentDatabase，在FluentFluidMaterials中選擇water-liquid(h2o<l>)，單擊“Copy”按鈕，完成冷卻液材料物性設(shè)置。9）.設(shè)置冷卻液材料物性2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真在結(jié)構(gòu)樹CellZoneConditions→Fluid中，雙擊cooling_fluid

流體域，從MaterialName下拉菜單中選擇之前定義的water-liquid，其余保持默認(rèn)，10）.設(shè)置流體域CellZoneCondition冷卻液區(qū)域2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真11）.設(shè)置固體域電池部分

2.電池共軛傳熱仿真流程①2021R1之前版本設(shè)置方法：在結(jié)構(gòu)樹CellZoneConditions→Solid中選擇cell-1并雙擊在MaterialName下拉菜單中選擇cell，將電池材料賦值于電池幾何；勾選SourceTerms，在SourceTerms標(biāo)簽下的Energy中單擊Edit，設(shè)置電池發(fā)熱功率密度6000W/m3。在cell-1中右鍵“Copy”按鈕，將cell-1設(shè)置復(fù)制熱功率設(shè)置，到其余電池；若電池發(fā)熱功率不相同，需要分別設(shè)置。電池計(jì)算域設(shè)置電池發(fā)熱功率密度設(shè)置7.2.2電池共軛傳熱仿真11）.設(shè)置固體域電池部分

2.電池共軛傳熱仿真流程②2021R1及之后版本設(shè)置方法：Fluent自2021R1開始提供了在BatteryModel中為電池設(shè)置源項(xiàng)的選項(xiàng)，具體操作如下:①雙擊BatteryModel，勾選EnableBatteryModel，在ModelOptions標(biāo)簽下SolutionMeth-od中選擇CHTCoupling，其余保持默認(rèn)。②在ConductiveZones標(biāo)簽下，ActiveComponents中選擇電池域，在PassiveComponents中選擇只導(dǎo)電無電化學(xué)反應(yīng)的域。③在ElectricContacts標(biāo)簽下，NegativeTab中選擇neg（總負(fù)），在PositiveTab中選擇pos（總正）。④在ModelParameters標(biāo)簽下，EnergySource下面，可為每個(gè)電池設(shè)置不同功率，單位為W。若所有電池發(fā)熱功率相同，勾選UseSameSettingforAllZones，以簡化輸入工作量在TabElectricCurrent后的輸人框中輸入工作電流，將其焦耳熱考慮在內(nèi)。7.2.2電池共軛傳熱仿真在結(jié)構(gòu)樹CellZoneConditions→Solid中選擇cell-1并雙擊，在MaterialName下拉菜單中選擇cel，將電池材料賦值于電池幾何，其余保持默認(rèn)。在cell-1右鍵“Copy”按鈕，將cell-1設(shè)置復(fù)制于其余電池。電池的極柱默認(rèn)為鋁，在此不做修改。12）.設(shè)置固體域電池部分2.電池共軛傳熱仿真流程電池域設(shè)置將cell-1設(shè)置復(fù)制到其他電池域7.2.2電池共軛傳熱仿真在結(jié)構(gòu)樹CellZoneConditions→Solid中選擇silica_gel-1并雙擊，在MaterialName下拉菜單中選擇silica_gel，將硅膠材料賦值于硅膠幾何，其余保持默認(rèn)，在silica_gel-1右鍵“Copy”按鈕，將silica_gel

設(shè)置復(fù)制于其余硅膠。母排、箱體、端板和冷板默認(rèn)為鋁，在此不做修改。13）.設(shè)置固體域其余部分2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真設(shè)置BC-Inlet，在結(jié)構(gòu)樹BoundaryConditions→Inlet中雙擊inlet，打開的面板Momentum標(biāo)簽設(shè)置VelocityMagnitude為0.53m/s，其余保持默認(rèn)。在Thermal標(biāo)簽下設(shè)置冷卻水的溫度為300K。設(shè)置BC-outlet，在結(jié)構(gòu)樹BoundaryCon-ditions-0utlet中雙擊outlet,在打開的面板Momentum標(biāo)簽下設(shè)置GaugePressure為OPa，其余保持默認(rèn)；在Thermal標(biāo)簽下設(shè)置冷水的溫度為300K。14）.設(shè)置邊界條件

2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真設(shè)置BC-璧面，在結(jié)構(gòu)樹BoundaryConditions→Wall

中雙擊“box:1”，在面板Thermal標(biāo)簽下設(shè)置。選擇Convection熱邊界，在HeatTransferCoeficient

中設(shè)置5W/m2·K，在FreeStreamTemperature中設(shè)置300K，其余保持默認(rèn)設(shè)置；在box:1右鍵“Copy”按鈕，復(fù)制到其他通過自然對(duì)流散熱的壁面。在Wall列表中凡是以xxx和xxx-shadow結(jié)尾的壁面均為Coupled面，上述壁面邊界條件無須對(duì)其進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，壁面通過對(duì)流與外界進(jìn)行熱交換，壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為5W/m2·K，外界環(huán)境溫度為300K14）.設(shè)置邊界條件

2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真15）.設(shè)置Method和Control2.電池共軛傳熱仿真流程在Solution→Methods和Solution→Controls中設(shè)置。為監(jiān)測(cè)計(jì)算過程中電池溫度的變化趨勢(shì)以及收斂判斷考慮，在此對(duì)電池平均溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置過程如下:在結(jié)構(gòu)樹Solution→ReportDefinitions中右鍵，選擇New→VolumeReport-Volume-Average。7.2.2電池共軛傳熱仿真15）.設(shè)置Method和Control2.電池共軛傳熱仿真流程在面板中修改Name為report-def-avetemp；Options勾選PerZone，F(xiàn)ieldVariable選擇Temperature，CellZones選擇所有的電池，Create勾選Re-portPlot，單擊“OK”按鈕。7.2.2電池共軛傳熱仿真15）.設(shè)置Method和Control2.電池共軛傳熱仿真流程收斂準(zhǔn)則設(shè)置在結(jié)構(gòu)樹Solution→ReportPlots-ConvergenceConditions中，單擊Residu-ConvergenceCriterion設(shè)置為none。7.2.2電池共軛傳熱仿真設(shè)置到此處，推薦保存一下case，使用.gz

或.h5文檔格式。在結(jié)構(gòu)樹Solution→Initialization中雙擊，在設(shè)置面板中選擇HybridInitialization方法。16）.初始化及求解設(shè)置2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真在結(jié)構(gòu)樹Solution→RunCalculation中雙擊，在設(shè)置面板中NumberofIterations設(shè)置為200，其余保持默認(rèn)設(shè)置，單擊“Calculate”按鈕進(jìn)行仿真求解。16）.初始化及求解設(shè)置2.電池共軛傳熱仿真流程7.2.2電池共軛傳熱仿真17）.后處理2.電池共軛傳熱仿真流程一般來說，后處理分為兩大類，即定性的后處理和定量的后處理。其中常見的定性后處理有云圖、矢量圖、流線圖、動(dòng)畫、粒子圖等;定量的后處理有監(jiān)測(cè)點(diǎn)值積分、XY線圖等。①模組溫度分布。在結(jié)構(gòu)樹Result→Graphics→Contours中右鍵，選擇New，設(shè)置修改名稱為contour-temp，Contoursof選擇Temperature;在Surfaces中首先通過surfacetype方法選中所有的walltype，然后在FilterText中輸人box，取消所有包含box的面，單擊“Save/Display”按鈕。②冷卻液流線圖。在結(jié)構(gòu)樹Results→Graphics→Pathlines

中右鍵，選擇New，在設(shè)置面板上設(shè)置；ReleasefromSurfaces中選擇inlet-water，Colorby選擇Velocity,其余保持默認(rèn)，單擊“Save/Display”按鈕。溫度云圖冷卻液流線圖7.2.2電池共軛傳熱仿真17）.后處理2.電池共軛傳熱仿真流程③冷卻通道矢量圖。為察看冷卻液在某平面的矢量圖，需要首先在Fluent設(shè)置一個(gè)后處理平面。在結(jié)構(gòu)樹Results-Surfaces中右鍵，選擇New-Plane，選擇Iso-Surface，連續(xù)平面選擇Z向的網(wǎng)格。在結(jié)構(gòu)樹Results→Graphics→Vectors中右鍵，選擇New，在彈出的設(shè)置面板中，Surfaces中選擇剛剛創(chuàng)建的平面，單擊VectorOptions，勾選FixedLength和InPlane，單擊“Apply”按鈕；在Vectors面板Scale設(shè)置為0.005，其余保持默認(rèn)。單擊“Save/Display”按鈕。通過分析矢量圖可以很方便地得出諸如流動(dòng)擁塞、旋渦、回流區(qū)、混合度等信息。冷卻通道速度矢量圖7.2.2電池共軛傳熱仿真17）.后處理2.電池共軛傳熱仿真流程④監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化及殘差圖。圖所示為電池監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均溫度隨時(shí)間變化曲線，可較為清楚地看出電池溫度變化趨勢(shì)、不同電池間溫度差異以及是否達(dá)到平衡狀態(tài)。電池平均溫度變化圖殘差變化圖7.2.2電池共軛傳熱仿真3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法在實(shí)際工作中絕大多數(shù)情況都是瞬態(tài)計(jì)算，在Fuent

進(jìn)行瞬態(tài)源項(xiàng)的設(shè)置方法有很多,如使用NamedExpression、UDF、TransientProfile以及BatteryModel。在這里只講述TransientProfile和BatteryModel兩種方法。1.TransientProfile方法1.1）獲得電池發(fā)熱功率隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，一般為表格1.2）將發(fā)熱功率除以電池體積，得到發(fā)熱功率密度隨時(shí)間變化的表格7.2.2電池共軛傳熱仿真1.3）將步驟2）得到的數(shù)據(jù)復(fù)制到txt文檔中，第一列為時(shí)間（單位為s），第二列為發(fā)熱功率密度(單位為W/m3)，在前兩行寫表頭。其中，第一行中依次為：heatingsource—表頭名稱；2—列數(shù)；5—數(shù)據(jù)的行數(shù)（不包含前兩行）；0—表示無周期。第二行中依次為：time-第一列數(shù)據(jù)識(shí)別名稱：heat-ingsourcedensity—第二列數(shù)據(jù)識(shí)別名稱。3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法1.4）使用TUI命令:/file/read-transient-ta-blexx.txt將步驟3)保存的文檔讀入Fluent。7.2.2電池共軛傳熱仿真1.5）雙擊電池域，勾選SourceTerms，在SourceTerms標(biāo)簽下，設(shè)置EnergySource數(shù)量為1，在下拉菜單中選擇heatingsourceheatingsourcedensity即可.3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法7.2.2電池共軛傳熱仿真3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法2.BatteryModelCHT方法在如圖所示界面中ModelParameters標(biāo)簽下，在電池右側(cè)下拉菜單選擇profle，在右側(cè)Browse選擇事先寫好的profle文件。對(duì)于TabElectricCurrent，處理方法也如此。對(duì)于瞬態(tài)仿真，一般初始的幾步計(jì)算中需要使用較小的時(shí)間步長，如1~2s；計(jì)算穩(wěn)定后，可逐步增加時(shí)間步長如30s。在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)，殘差均需達(dá)到所需的水平。電池共軛傳熱還有一類場(chǎng)景需要特別注意，即在計(jì)算過程中會(huì)出現(xiàn)自然對(duì)流帶來的傳熱計(jì)算。典型的場(chǎng)景是在冬天或寒冷地區(qū)，電池包從工作溫度30℃自然冷卻到-30℃整個(gè)過程的仿真，這個(gè)過程中一般的冷卻媒介已經(jīng)不再工作，傳熱基本上是通過輻射、自然對(duì)流和熱傳導(dǎo)來進(jìn)行的。針對(duì)這類包含自然對(duì)流的場(chǎng)景仿真有以下幾個(gè)注意點(diǎn):7.2.2電池共軛傳熱仿真3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法2.1）流體域網(wǎng)格一定要設(shè)置至少3層邊界層網(wǎng)格，且最大長寬比(AspectRatio)不宜超過40。FluentMeshingWTM流程中可以規(guī)定生成網(wǎng)格的最大長寬比，一般在設(shè)置邊界層網(wǎng)格或生成體網(wǎng)格步驟。7.2.2電池共軛傳熱仿真3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法2.2）求解器必須使用雙精度求解器。這在啟動(dòng)Fluent時(shí)需要指定2.3）設(shè)置空氣物性密度或采用imcompressibleidealgas并指定密度，或者采用Boussinesq的假定。7.2.2電池共軛傳熱仿真3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法2.4）壓力空間離散格式必須選擇“BodyForceWeighted”或“PRESTO!”，其他格式極可能產(chǎn)生近壁面非物理解。2.5）時(shí)間步長選取需要提前計(jì)算系統(tǒng)的瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)，一般取時(shí)間常數(shù)的1/4左右。時(shí)間常數(shù)計(jì)算公式如下:式中，B是熱膨脹系數(shù)；L是特征長度；ΔT為最大溫差；g為重力加速度。7.2.2電池共軛傳熱仿真3.設(shè)置共軛傳熱瞬態(tài)源項(xiàng)方法2.6）壓力速度耦合推薦使用Coupled算法，CF,設(shè)置在100，密度松弛因子為0.8左右BodyForces松弛因子不宜大于0.5，如下圖所示。2.7）必要時(shí)需要關(guān)閉溫度的二階梯度，在FluentConsole中輸人TUI命令：(rpsetvar’temperature/secondary-gradient?#f)。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真ECM模型是用電路中的電氣元件，如電阻、電容、電壓源、電流源等構(gòu)建電路，模擬電池的電性能。由于ECM模型是基于經(jīng)驗(yàn)，所以需要相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)擬合。ECM模型計(jì)算量很小，求解效率很高，同時(shí)ECM等效電路中存在RC并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其對(duì)負(fù)載劇烈變化工況的跟隨性較好。在Fluent中關(guān)于ECM模型在參數(shù)擬合的時(shí)候有4參數(shù)(4P)和6參數(shù)(6P)兩種選項(xiàng)。區(qū)別在于4PECM電路中只有一組RC并聯(lián)結(jié)構(gòu)，6PECM電路中有兩組RC并聯(lián)結(jié)構(gòu)。在絕大多數(shù)工程應(yīng)用中，6PECM模型在魯棒性、計(jì)算準(zhǔn)確度等方面是最好的，所以無特殊情況，建議以6PECM來進(jìn)行相關(guān)仿真。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真電池ECM仿真步驟中部分設(shè)置環(huán)節(jié)與7.2.2節(jié)共軛傳熱部分相同，在以下內(nèi)容中僅列出與之前不同部分的設(shè)置。1.ECM模型仿真流程同7.2.2節(jié)共軛傳熱部分1）.啟動(dòng)Fluent2）.讀入網(wǎng)格并檢查菜單File→Readmesh中，選中Geom-1P12S-CHT2.msh.gz，網(wǎng)格導(dǎo)入完成后軟件會(huì)自動(dòng)顯示網(wǎng)格，檢查網(wǎng)格質(zhì)量。3）.通用設(shè)置選擇壓力基求解器;本案例需要計(jì)算電池性能隨時(shí)間的變化，故選擇瞬態(tài)求解，其余保持默認(rèn)。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程打開能量方程；流模型選擇Realizablek-e模型及標(biāo)準(zhǔn)面函數(shù)。關(guān)于流動(dòng)狀態(tài)的確定，一般需要先計(jì)算雷諾數(shù)然后根據(jù)其與臨界雷諾數(shù)的大小來確定流動(dòng)為湍流還是層流，在電池液冷冷卻設(shè)計(jì)中幾乎均為湍流。4）.相關(guān)物理模型選擇5）.MSMD模塊設(shè)置在Fuent

中進(jìn)行電池電化學(xué)仿真之前，必須提前激活其相對(duì)應(yīng)的MSMD模塊。目前FluentMSMD模塊還是以addon-module的方式存在，激活有兩種方式。備注:在2020R2版本之前，F(xiàn)luent電池模型名稱為MSMD模塊，自2020R2版本開始改名為BatteryModel。另外，自2021R1版本，BatteryModel成為Fuent

內(nèi)置模塊，無須TUI激活即可使用，但依然支持TUI激活。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程5）.MSMD模塊設(shè)置方法1是在console中輸人TUI命令行:/define/models/addon-module，選擇8。方法2是在右上角搜索框中輸入addon，直接調(diào)用，選擇8。方法1方法27.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程6）.設(shè)置MSMD模型選項(xiàng)在結(jié)構(gòu)樹Models中雙擊MSMDBatteryModel，在彈出的面板勾選EnableBatteryModel。在EChemistryModels下選擇電化學(xué)子模型EquivalentCircuitModel(ECM);在ElectricalParameters下面的NominalCellCapacity中填寫電池的標(biāo)稱容量，本案例為60A·h；SolutionOptions中選擇SpecifiedC-Rate(特定倍率)，在右側(cè)C-Rate框中填入1，即1C倍率放電。其余保持默認(rèn)，單擊“Apply按鈕。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程7）.設(shè)置ModelParameters在MSMDBatteryModel的第四個(gè)標(biāo)簽ModelParameters中設(shè)置：設(shè)置initialStafeofCharge(初始荷電狀態(tài))為1，表示電池處于完全充滿狀態(tài);ReferenceCapacity的目的是當(dāng)試驗(yàn)室測(cè)試的容量與標(biāo)稱容量不一致時(shí)，以測(cè)試容量為準(zhǔn)，在本案例中填寫60A·h;對(duì)于特殊電池，其放電曲線與充電曲線有較大差異時(shí)，可勾選Usingdifferentcoefficientsforcharginganddischarging選頂。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程7）.設(shè)置ModelParameters在MSMDBatteryModel的第四個(gè)標(biāo)簽ModelParameters中設(shè)置：設(shè)置initialStafeofCharge(初始荷電狀態(tài))為1，表示電池處于完全充滿狀態(tài);ReferenceCapacity的目的是當(dāng)試驗(yàn)室測(cè)試的容量與標(biāo)稱容量不一致時(shí)，以測(cè)試容量為準(zhǔn)，在本案例中填寫60A·h;對(duì)于特殊電池，其放電曲線與充電曲線有較大差異時(shí)，可勾選Usingdifferentcoefficientsforcharginganddischarging選頂。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程7）.設(shè)置ModelParameters目前ECM方法的Datatypes有3種:①Chen’soriginal:擬合關(guān)系是以指數(shù)形式實(shí)現(xiàn)的，一般使用較少。②Polynomial:擬合關(guān)系是用5階多項(xiàng)式來實(shí)現(xiàn)的，使用的比較多，尤其是只有單一溫度下的HPPC數(shù)據(jù)時(shí)。③Table:在多溫度HPPC條件下使用，通過在不同溫度下擬合關(guān)系生成table，再在計(jì)算中通過査表來獲取數(shù)據(jù)。在使用Fuent

自帶的參數(shù)擬合工具以后，建議單擊一下“Reset”按鈕，來確認(rèn)擬合后的參數(shù)填充到相應(yīng)的位置。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程8）.在上述面板中ECM設(shè)置參數(shù)時(shí)，我們需要使用HPPC數(shù)據(jù)擬合出各參數(shù)與SOC的函數(shù)關(guān)系，擬合過程需要使用Fluent自帶的參數(shù)擬合工具，在console中輸人以下命令//define/models/battery-model>parameter-estimation-tool,來激活參數(shù)擬合工具。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程9）.設(shè)置MSMD模塊導(dǎo)電區(qū)域在MSMDBatteryModel的ConductiveZones需要定義電池模組的內(nèi)部區(qū)域以及連接關(guān)系，在ActiveComponents中選擇所有電池本體部分，在PassiveComponents中選擇所有的極柱(pole)和母排(busbar)7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程10）.設(shè)置正負(fù)極及檢查電池連接性在定義完電池各部分外，還需要在MSMDBatteryModel的ElectricContacts標(biāo)簽下定義內(nèi)部或外部的接觸面，主要有3個(gè)功能:最主要的功能是在ExternalConnectors中定義電池與外部連接時(shí)的總正極面(PositiveTab)和總負(fù)極面(NegativeTab);另一個(gè)功能是定義虛擬連接(VirtualConnection);最后一個(gè)功能是在ContactSurfaces中選擇相應(yīng)的面后賦予其相應(yīng)的接觸阻抗(SpecificContactResistance）。完成此步驟設(shè)置后，最好單擊面板左下方的“PrintBatterySystemConnectionInformation”按鈕，F(xiàn)luent會(huì)在console里面打印出基于當(dāng)前設(shè)置下電池間的連接關(guān)系，用戶可以在進(jìn)行下一步之前進(jìn)行設(shè)置檢查。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程11）.standalone模式在設(shè)置MSMD模塊之后，求解計(jì)算之前，F(xiàn)luentMSMD模塊提供standalone模式，用于初步檢査電化學(xué)設(shè)計(jì)是否合理正確，其功能在MSMDBatteryModel面板的AdvancedOption中，單擊RunEchemModelStandalone即可，如圖1所示。在此模式下，F(xiàn)luent僅求解電勢(shì)方程，不考慮溫度對(duì)其影響，進(jìn)行簡單設(shè)置并計(jì)算后，單擊“DrawProfile”按鈕可以近乎實(shí)時(shí)得到結(jié)果。Standalone還可以將soc、voltage、current、power隨時(shí)間的趨勢(shì)展示處理，如圖2和圖3所示。圖1圖2圖37.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程12）.設(shè)置材料物性在Materials-Solid中右鍵，選擇New，在彈出的面板中按照以下進(jìn)行設(shè)置:Name改為cell；ChemicalFormula改為cell；Density為2194kg/m3；Cp為906J/(kg·K)。UDSDiffusivity:在下拉菜單中選擇defined-per-uds，設(shè)置uds-0為1.19e6，uds-1為9.83e5。ThermalConductivity:下拉菜單中選擇orthotropic，Conductivity0、Conductivity1、Conductivity2分別填人0.5、12、12，按照Direction0Components和Direction1Components的規(guī)定，以上Conductivity0/1/2分別對(duì)應(yīng)X、Y、2方向的熱導(dǎo)率。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程13）.設(shè)置母排、極柱、箱體和端板材料物性默認(rèn)使用鋁的材料屬性，修改UDSDifu-sivity

為user-defined，并選擇圖示的UDF7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程14）.設(shè)置硅膠材料物性。在結(jié)構(gòu)樹Materials→Solid中右鍵，選擇New，在彈出的設(shè)置面板中進(jìn)行如下設(shè)置:Density為1450kg/m3Cp為1700J/(kg·K);ThermalConductivity為0.1W/(m·K)。修改UDS為user-defined，并選中battery_e_cond：smdbatt，最后單擊“Change/Create”按鈕，完成硅膠材料設(shè)置。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程15）.設(shè)置冷卻液材料物性。使用液態(tài)水作為冷卻媒質(zhì)，詳細(xì)設(shè)置過程與7.2.2章節(jié)步驟2.9相同，完成冷卻液材料物性設(shè)置。16）.設(shè)置計(jì)算區(qū)域設(shè)置流體域CellZoneCondition，在結(jié)構(gòu)樹CellZoneConditions→>Fluid中，雙擊cooling_fluid

流體域，從MaterialName下拉菜單中選擇之前定義的water-liquid，其余保持默認(rèn)。然后設(shè)置固體域電池部分。在結(jié)構(gòu)樹CellZoneConditions→Solid中選擇cell-1并雙擊，在MaterialName下拉菜單中選擇e-mat，將電池材料賦值于電池幾何;在cell-1右擊“Copy”按鈕，將cell-1設(shè)置復(fù)制到其余電池，設(shè)置過程參照7.2.2節(jié)的步驟12。最后設(shè)置固體域硅膠部分。在結(jié)構(gòu)樹CellZoneConditions→Solid中選擇silica_gel-1并雙擊，在MaterialName下拉菜單中選擇silica_gel，將硅膠材料賦值于硅膠幾何;對(duì)silicagel-2固體域重復(fù)上述操作。在silica_gel-1右鍵“Copy”按鈕，將silica_gel-1設(shè)置復(fù)制到其余硅膠。電池的極柱、母排、箱體、端板和冷板默認(rèn)設(shè)置為鋁，在此不做修改。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程17）.設(shè)置邊界條件設(shè)置BC-inlet:在結(jié)構(gòu)樹BoundaryConditions→Inlet

中雙擊inlet-water，在打開的面板Momentum標(biāo)簽下設(shè)置VelocityMagnitude為0.53m/s，其余保持默認(rèn);在Thermal標(biāo)簽下設(shè)置冷卻水的溫度為300K。設(shè)置BC-outlet:雙擊outlet-water，在打開的面板Momentum標(biāo)簽下設(shè)置GaugePressure為0pascal，其余保持默認(rèn);在Themmal

標(biāo)簽下設(shè)置冷卻水的溫度為300K。設(shè)置BC-壁面:在Wall中雙擊box:1，在打開的面板Thermal標(biāo)簽下設(shè)置，其余保持默認(rèn)設(shè)置;在box:1右鍵“Copy”按鈕，復(fù)制到其他通過自然對(duì)流散熱的壁面。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程18）.在Solution-Methods中和Solutions→Controls中設(shè)置(參照7.2.2節(jié)步驟2.15)。19）.設(shè)置report和monitor。設(shè)置電池平均溫度監(jiān)測(cè)過程參照7.2.2節(jié)步驟1620）.設(shè)置電池SOC監(jiān)測(cè)。在結(jié)構(gòu)樹Solution-ReportDefinitions右鍵，New-VolumeReport→Volume-Average;在彈出的面板中修改Name為report-def-soc,Options勾選PerZone，F(xiàn)ieldVariable選擇BatteryVariables-StateofCharge,CellZones選擇所有的電池，Create勾選ReportPlot，單擊“OK”按鈕，設(shè)置如圖所示。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程21）.設(shè)置電池SOC監(jiān)測(cè)在結(jié)構(gòu)樹Solution-ReportDefinitions右鍵，New-VolumeReport→Volume-Average;在彈出的面板中修改Name為report-def-soc，Options勾選PerZone，F(xiàn)ieldVariable選擇BatteryVariables-StateofCharge，CellZones選擇所有的電池，Create勾選ReportPlot，單擊“OK”按鈕，設(shè)置如圖所示。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程22）.設(shè)置后處理動(dòng)畫模組內(nèi)部固體溫度分布對(duì)于定性的云圖、矢量圖，制作成動(dòng)畫瞬態(tài)計(jì)算的展示效果會(huì)更好。制作動(dòng)畫的步驟如下:①單擊Solution→Initialization，確保算例中有后處理所需數(shù)據(jù)。②)單擊Result-Graphics→Contour，設(shè)置過程如圖1所示。③單擊Solution→CalculationActivities→AnimationDefinition，設(shè)置如圖2所示，單擊“OK”按鈕。圖1圖27.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程23）.設(shè)置收斂準(zhǔn)則一般鋰電池的電導(dǎo)率較大，電勢(shì)的均勻性較好，因此要求其殘差一般要小于1x10-，在此不以殘差作為收斂判據(jù)，通過內(nèi)迭代步數(shù)來控制UDS殘差達(dá)到要求。在結(jié)構(gòu)樹Solution→ReportPlots→ConvergenceConditions中，單擊Residuals，如圖1所示。在彈出的操作面板中將ConvergenceCriterion設(shè)置為none，如圖2所示。圖1圖27.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真1.ECM模型仿真流程24）.初始化及求解設(shè)置在結(jié)構(gòu)樹Solution-Initiation雙擊，在設(shè)置面板中選擇HybridInitialization方法。在結(jié)構(gòu)樹Solution→RunCalculation雙擊，在設(shè)置面板中將TimeStepSize設(shè)置為2，NumberofTimeSteps設(shè)置為1500，其余保持默認(rèn)設(shè)置，單擊“Calculate”按鈕進(jìn)行仿真求解。7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真2.后處理1）.模組內(nèi)部溫度場(chǎng)分布后處理具體操作方法如下:在結(jié)構(gòu)樹Result→Graphics→Con-tours中，右鍵選擇New，修改名稱為contour-celltemp，在Contoursof中選擇Temperature，選擇所有的cell，單擊“Save/Display”按鈕，得到模組內(nèi)部溫度分布，設(shè)置如圖1所示結(jié)果如圖2所示。圖1圖27.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真2.后處理2）.模組內(nèi)部溫度分布動(dòng)畫在結(jié)構(gòu)樹Result→Animations中，雙擊SolutionAnimationPlayback→AnimationSequenees，選擇animation-l，單擊播放按鈕査看動(dòng)畫，通過調(diào)整ReplaySpeed來調(diào)整播放速度;可通過Write/RecordFormat→MPEG→Write，將動(dòng)畫輸出7.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真2.后處理3）.模組內(nèi)部電流矢量分布圖后處理操作方法如下:在結(jié)構(gòu)樹Result→Graphics→Contours中，右鍵選擇New，設(shè)置如圖7.93所示，Colorby選擇BatteryVariables→CurrentMagnitude，在:Surfaces中選中所有的busbar和pole;單擊CustomVectors，設(shè)置如圖7.94所示:單擊VectorOptions，勾選FixedLength并設(shè)置為0.3，如圖7.95所示:最后修改Seale值為0.004，單擊“Save/Display”按鈕。模組內(nèi)部電流矢量圖分布如圖7.96所示。圖1圖27.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真2.后處理3）.模組內(nèi)部電流矢量分布圖后處理操作方法如下:在結(jié)構(gòu)樹Result→Graphics→Contours中，右鍵選擇New，設(shè)置如圖1所示，Colorby選擇BatteryVariables→CurrentMagnitude，在:Surfaces中選中所有的busbar和pole;單擊CustomVectors，設(shè)置如圖2所示:單擊VectorOptions，勾選FixedLength并設(shè)置為0.3，如圖3所示:最后修改Seale值為0.004，單擊“Save/Display”按鈕。模組內(nèi)部電流矢量圖分布如圖4所示。圖3圖47.2.3電池等效電路模型（ECM)仿真2.后處理4）.模組冷卻通道流線圖后處理操作方法如下:在結(jié)構(gòu)樹Result→GraphicsPathlines中右鍵，選擇New，保持默認(rèn)名稱為pathlines-l，Colorby選擇Velocity→VelocityMagnitude，在ReleasefromSurfaces中選擇inlet-water，其余保持默認(rèn)，單擊“Save/Display”按鈕。圖1所示為模組電壓隨時(shí)間變化曲線，圖2所示為電池平均溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間變化曲線，可較為清楚地看出電池溫度變化趨勢(shì)、不同電池間溫度差異以及是否達(dá)到平衡狀態(tài)。圖1圖27.2.4電池NTGK模型仿真—本質(zhì)與特點(diǎn)模型定位：基于經(jīng)驗(yàn)的電化學(xué)子模型，是ECM模型的“真子集”（工程簡化版）

核心優(yōu)勢(shì)?

優(yōu)勢(shì)：使用簡單、求解效率高，適配“僅能獲取倍率放電測(cè)試曲線”的場(chǎng)景。?

局限：模型假設(shè)限制，負(fù)載劇烈變化時(shí)（如急加速/急減速），跟隨性易失真。數(shù)據(jù)需求僅需“不同倍率的放電測(cè)試曲線”。NTGK與ECM模型關(guān)系示意圖電池模組幾何示意圖核心邏輯通過“封閉能量守恒、電流守恒方程”實(shí)現(xiàn)仿真，關(guān)鍵是求解2個(gè)參數(shù)：?

：電池發(fā)熱量（決定溫度場(chǎng)）?j：遷移電流（決定電性能）封閉流程1.從倍率放電曲線中提取“Y（導(dǎo)納）、U（開路電壓）”2.用Y、U推導(dǎo)得到q和j，使原本不封閉的方程“閉環(huán)”3.最終將Y、U擬合為“放電深度DOD的函數(shù)”，供仿真調(diào)用7.2.4電池NTGK模型仿真—工作原理NTGK模型工作原理1.Step1：曲線轉(zhuǎn)換——將“電壓隨時(shí)間變化曲線”轉(zhuǎn)為“電壓隨DOD變化曲線”（消除時(shí)間維度，聚焦荷電狀態(tài)）2.Step2：區(qū)間劃分——將DOD從0~1均分為若干區(qū)間（如20~30個(gè)區(qū)間），提取每個(gè)區(qū)間的電壓值3.Step3：數(shù)據(jù)錄入——將Step2的“DOD-電壓”數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)填入擬合工具的指定位置（如圖7.100Step3）4.Step4：擬合計(jì)算——對(duì)多條倍率曲線重復(fù)Step1~Step3，同一DOD數(shù)據(jù)點(diǎn)連線：連線截距=該DOD下的U（開路電壓，電流=0時(shí)）連線斜率=該DOD下的電阻（=1/Y）最終擬合出“Y=f(DOD)、U=f(DOD)”7.2.4電池NTGK模型仿真—參數(shù)擬合4步流程N(yùn)TGK模型參數(shù)擬合4個(gè)步驟7.2.4NTGK模型—Fluent仿真流程

基礎(chǔ)設(shè)置（1-3步，與CHT/ECM一致）：?

啟動(dòng)Fluent→讀入網(wǎng)格（Geom-1P12S-CHT2.msh.gz）→檢查網(wǎng)格，選“壓力基瞬態(tài)求解器”

核心差異步驟（4-12步，重點(diǎn)標(biāo)注）?

Step4：打開能量方程，湍流模型選“Realizablek-ε模型+標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)”（適配散熱仿真）?

Step5：激活MSMD模塊（Fluent專屬電池仿真模塊，addon-module形式）?

Step6：設(shè)置模型選項(xiàng)：勾選“EnableBatteryModel”，子模型選“NTCKEmpiricalModel”，填寫標(biāo)稱容量（60A·h），C-Rate設(shè)為1MSMD模塊ModelOptions7.2.4NTGK模型—Fluent仿真流程

核心差異步驟（4-12步，重點(diǎn)標(biāo)注）?

Step7：ModelParameters：初始DOD=0（滿電），DataType選“Polynomial（5階，單溫度場(chǎng)景）”或“Table（多溫度場(chǎng)景）”MSMD模塊NTGK模型ModelParameters7.2.4NTGK模型—Fluent仿真流程

核心差異步驟（4-12步，重點(diǎn)標(biāo)注）?

Step8：激活參數(shù)擬合工具（Console輸入命令：define/models/battery-model/parameter-estimation-tool），輸入溫度、曲線數(shù)量、數(shù)據(jù)文件名NTGK模型參數(shù)擬合7.2.4NTGK模型—Fluent仿真流程

核心差異步驟（4-12步，重點(diǎn)標(biāo)注）?

Step9：查看擬合結(jié)果（生成“fitingresult”文件夾，含對(duì)比文件與SCM圖片命令）NTGK模型參數(shù)擬合后生成的文檔NTGK模型對(duì)比圖擬合工具7.2.4NTGK模型—Fluent仿真流程

核心差異步驟（4-12步，重點(diǎn)標(biāo)注）?

Step10：設(shè)置導(dǎo)電區(qū)域（Active選電池，Passive選母排