本案例演示1P3S鋰離子電池組放電問(wèn)題的模擬過(guò)程。案例模型如下圖所示。



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

1、啟動(dòng)FLUENT并導(dǎo)入網(wǎng)格
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開(kāi)始”→“所有程序”→ANSYS 18.1→Fluid Dynamics→FLUENT 18.1命令，啟動(dòng)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(jìn)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(dǎo)入網(wǎng)格）對(duì)話框，選擇文件名為1P3S_battery_pack.msh的網(wǎng)格文件，單擊OK按鈕便可導(dǎo)入網(wǎng)格。
（4）導(dǎo)入網(wǎng)格后，在圖形顯示區(qū)將顯示幾何模型。



（5）單擊主菜單中Mesh→Check按鈕，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，確保不存在負(fù)體積。
（6）單擊主菜單中Mesh→Scale按鈕，彈出如圖5所示Scale Mesh（網(wǎng)格縮放）對(duì)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(wǎng)格縮放。



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

2、調(diào)入MSMD電池模型
（1）在文本信息區(qū)，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(dǎo)入MSMD電池模型。一旦MSMD電池模型被加載，MSMD電池模型將出現(xiàn)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(shè)定）面板。在Solver中，Time類型選擇Transient。



（2）在模型設(shè)定面板雙擊Energy按鈕，彈出Energy（能量模型）對(duì)話框，勾選Energy Equation激活能量方程，單擊OK按鈕確認(rèn)。
（3）在模型設(shè)定面板雙擊MSMD Battery Model按鈕，彈出MSMD Battery Model（MSMD電池模型）對(duì)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(xiàng)卡中，按照下圖進(jìn)行選擇。



（5）在Electric Contacts選項(xiàng)卡中，按照下圖進(jìn)行選擇。



（6）在Electric Contacts選項(xiàng)卡中，點(diǎn)擊Print Battery System Connection Information按鈕，將在文本信息框中顯示如下信息。確認(rèn)后，點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉MSMD電池模型對(duì)話框。



4、設(shè)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(diǎn)擊Create/Edit按鈕便可彈出Create/Edit Materials（物性參數(shù)設(shè)定）對(duì)話框。



（2）在物性參數(shù)設(shè)定對(duì)話框中，按照以下參數(shù)設(shè)定新物質(zhì)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(duì)話框中，設(shè)定uds-0和uds-1的Coefficient均為1.0e6。





（3）點(diǎn)擊Change/Create按鈕完成新物質(zhì)的設(shè)定。
（4）在物性參數(shù)設(shè)定對(duì)話框中，按照以下參數(shù)設(shè)定新物質(zhì)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(duì)話框中，選擇battery_e_cond::msmdbatt，點(diǎn)擊OK按鈕確認(rèn)。



點(diǎn)擊Change/Create按鈕，在彈出的Question對(duì)話框中，單擊No按鈕創(chuàng)建新物質(zhì)。



5、設(shè)置計(jì)算域
（1）單擊主菜單中Define→Cell Zone Conditions按鈕啟動(dòng)Cell Zone Condition（區(qū)域條件）面板。
對(duì)應(yīng)e_zone、tab_pzone和tab_nzone在Material Name中選擇相應(yīng)的e_material、p_material和n_material。



（2）設(shè)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(yīng)的busbar_material。



6、邊界條件
（1）單擊主菜單中Define→Boundary Conditions按鈕啟動(dòng)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(shè)置對(duì)話框。
在Thermal選項(xiàng)卡中，Thermal Conditions選擇Convention，在Heat Transfer Coefficient中輸入5，單擊OK按鈕確認(rèn)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(fù)制）對(duì)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(fù)制。



7、求解控制
（1）單擊主菜單中Solve→Methods按鈕，彈出Solution Methods（求解方法設(shè)置）面板。
（2）單擊Equations按鈕，彈出Equations（方程）對(duì)話框，取消選擇Flow，單擊OK按鈕確認(rèn)。



（3）單擊主菜單中Solve→Monitors按鈕，彈出Monitors（監(jiān)視）面板，雙擊Residuals-Print, Plot便彈出Residual Monitors（殘差監(jiān)視）對(duì)話框，在Convergence Criterion中選擇none。



（4）在Surface Monitors下單擊Create按鈕彈出Surface Monitor（表面監(jiān)視）對(duì)話框。
勾選Plot，在Report Type 中選擇Area-Weighted Average，在Field Variable中選擇User Defined Scalars和Potential Phi+，在Surface中選擇tab_p，單擊OK按鈕確認(rèn)。



（5）在Volume Monitors下單擊Create按鈕彈出Volume Monitor（體積監(jiān)視）對(duì)話框。
勾選Plot，在Report Type 中選擇max，在Field Variable中選擇Temperature和Static Temperature，在Cell Zones中選擇全部，單擊OK按鈕確認(rèn)。



8、初始條件
單擊主菜單中Solve→Initialization按鈕，彈出Solution Initialization（初始化設(shè)置）面板。
Initialization Methods中選擇Standard Initialization，單擊Initialize按鈕進(jìn)行初始化。



9、計(jì)算求解
單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運(yùn)行計(jì)算）面板。
在Time Step Size中輸入30，No. of Time Steps中輸入50，單擊Calculate開(kāi)始計(jì)算。



10、結(jié)果后處理
（1）在Graphics下雙擊Contous彈出Contous（等值線）對(duì)話框。
Contous of選擇User Defined Memory和Volumetric Ohmic Source，在Surface Types中選擇wall，單擊Display按鈕，顯示云圖。