本算例演示利用Fluent中的电池模型仿真计算电池组的基本流程。
1 问题描述
本算例考虑的模型为一个小型的1P3S电池组,其结构为一个串联三个电池的电池组。
几何模型如下图所示。
算例考虑的电池组的放电过程是在恒定功率200 W条件下完成,该电池组的标称容量为14.6 ah。
算例使用NTGK模型模拟恒定功率条件下的电池放电过程。
2 Fluent设置
- 以3D、Double Precision启动Fluent
- 利用菜单File → Read → Mesh... 导入计算网格1P3S_battery_pack.msh
- 选择Domain → Mesh → Scale打开网格缩放对话框,如下图所示,沿三个方向设置缩放因子0.1对网格尺寸进行缩放
2.1 General设置
img
2.2 Models设置
- 激活Battery Model,进入Model Options标签页
- 激活选项MSMD
- 激活NTGK Empirical Model
- 设置Nominal Cell Capacity为14.6 ah
- 激活选项Enable Joule heat in active zones
- 激活选项Specified System Power ,设置System Power为200 W
- 进入Conductive Zones 标签页
- 设置Active Components为cell_1、cell_2、cell_3
- 设置Passive Components为n_tabzone_1、n_tabzone_2、n_tabzone_3、p_tabzone_1、p_tabzone_2、p_tabzone_3、bar1、bar2
- 进入Electric Contacts标签页
- 指定Negative Tab为tab_n
- 指定Positive Tab为tab_p
点击按钮Print Battery System Connection Information
可检查电池定义。TUI窗口的输出信息如下所示。
Battery Network Zone Information:-------------------------------------Battery Serial 1Parallel 1Active zone: cell_1Battery Serial 2Parallel 1Active zone: cell_2Battery Serial 3Parallel 1Active zone: cell_3-----------------------------------Passive zone 0:n_tabzone_1Passive zone 1:p_tabzone_1bar1n_tabzone_2Passive zone 2:p_tabzone_2bar2n_tabzone_3Passive zone 3:p_tabzone_3Number of battery series stages =3; Number of batteries in parallel per series stage=1****************END OF BATTERY CONNECTION INFO**************
2.3 Materials设置
- 创建材料e_material
- 指定Thermal Conductivity为20 W/(m K)
- 指定Electrical Conductivity为defined-per-uds
- 指定uds-0的电导率为1e6 S/m,如下图所示
- 创建材料介质**busbar_material **
- 指定 Thermal Conductivity 为20
- 指定Electrical Conductivity为3.541e7
2.4 计算区域设置
- 指定区域cell_1的材料介质为e_material
- 将cell_1的参数拷贝到区域cell_2、cell_3
- 指定区域bar1的材料介质为**busbar_material **
2.5 边界条件设置
- 指定边界wall-cell_1的边界条件
- 指定边界类型为Convection
- 指定Heat Transfer Coefficient为5
- 指定Free Stream Temperature为300 K
- 其他参数保持默认设置
- 将边界wall-cell_1的参数拷贝给其他的壁面边界,如下图所示
2.6 求解设置
- 进入Controls节点,指定计算求解的方程,取消选择Flow及Turbulence,如下图所示
2.7 定义监测
- 如下图所示指定残差监测Convergence Criterion为None,表示计算过程中不监测残差
2.8 初始化计算
- 如下图所示采用Standard Initialization,采用默认参数进行初始化
2.9 计算求解
- 设置时间步长30 s,设置时间步数50,共计算1500 s
3 计算结果
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