STAR

模型描述：1P3S的圓柱形鋰離子電池組（電池單體已在BDS中完成建模，并封裝成tbm文件），由外殼結構包裹固定。初始溫度30℃，電池組以22.11 A恒流放電200 s，20℃的空氣以1 m/s的速度流入殼內進行冷卻。

東西/原料

STAR-CCM+ 13.02.011-R8

電池模子導入

1
打開STAR-CCM+，新建simulation，選擇Parallel on Local Host，Compute Processes按照PC設置裝備擺設選擇，點擊OK，保留為CylindricalCell.sim。
2
點擊Continua > New > Physics Continuum，建立Physics 1模子，重定名為Battery Physics。
選擇Optional Models中的Battery模子，其他為常規設置。
睜開Initial Conditions > Static Temperature，設為30 ℃。
3
點擊Batteries > Battery Cells，右鍵Create from Tbm，打開TutorialCellCylindrical.tbm。這里的.tbm文件是在BDS里封裝好的圓柱電池模子，采用了NTG模子。
END

界說電池組

1
點擊Batteries > Battery Modules，右鍵新建電池組。睜開Batteries > Battery Modules > Battery Module > Module Configuration，Battery Cells選擇Cylindrical Cell。
2
睜開Module Configuration > Battery Module Configuration，Option選擇Staggered。
3
睜開Module Configuration > Module Connection Values > Series Connection Flip Option，Option選擇Flip Starting With Second Cell。
4
睜開Module Configuration > Module Layout > Module Staggered Positioning，Gap Between Cells設為4 mm。
5
睜開Module Configuration > Module Layout > Module Staggered Size，Number of Cells in Staggered Row設為3。
END

界說Tab Connectors

1
點擊File > Import > Import Surface Mesh，導入post1Cylindrical.x_b，post2Cylindrical.x_b，strapCylindrical.x_b模子。
2
睜開Batteries > Battery Modules > Battery Module > Tab Connections，右鍵選擇Setup Tab Connections，依次將First Post Parts、Strap Parts、Second Post Parts設為Post 1、Strap、Post 2。
END

生當作電池組模子

1
點擊Batteries > Battery Modules > Battery Module，右鍵選擇Generate Battery Parts。
2
點擊Battery Modules > Battery Module，右鍵選擇Generate Connector Parts。新建Geometry Scene顯示模子。
3
壓印Tab Connectors。點擊Launch Surface Repair，選擇EndPlate、Post、Strap等Parts，點擊OK。
4
切換至Global頁面，點擊Merge/Imprint single or multiple parts圖標（Global Tools里第四個），彈出選項設置界面。Imprint Mode選擇Multi-Part Imprint，Tolerance設為1.0E-6 m。
5
點擊Priority Indexing，點擊Create New Set，在Priority 1中選擇除Post 1、Strap、Post 2外的所有Parts，點擊OK。
同理，新建Priority 2，選擇Battery Module: Tab Connection 0,0: Strap和Battery Module: Tab Connection 0,1: Strap。
同理，新建Priority 3，選擇Battery Module: Tab Connection 0,0: Post 1、Battery Module: Tab Connection 0,0: Post 2、Battery Module: Tab Connection 0,1: Post 1、Battery Module: Tab Connection 0,1: Post 2。
設置完當作后，點擊OK。
6
點擊Find Pairs，然后再點擊Imprint All，完當作壓印。
END

界說電池組外殼

1
點擊File > Import > Import Surface Mesh，導入externalCasingCylindrical.x_b模子。
2
睜開Geometry > Parts > Case > Surfaces > Faces，右鍵Split By Patch朋分進、出風口，別離定名為Inlet和Outlet。
3
睜開Batteries > Battery Modules > Battery Module > External Casing Geometry > External Casing Specification，Battery External Casing Specification選擇Specify External Casing Using Part。
4
睜開Battery Module > Casing Values > External Casing Part，選擇Case。
5
點擊Battery Modules > Battery Module，右鍵選擇Create External Casing Part。
END

建立Regions

1
點擊Battery Modules > Battery Module，右鍵選擇Generate Regions。在Additional (non-Battery) Parts to Generate Regions不選擇任何parts，點擊OK。
END

網格劃分

1
睜開Batteries > Battery Modules > Battery Module，右鍵選擇Setup Battery Meshing。睜開Continua > Mesh 1，重定名為Battery Mesh。
2
睜開Battery Mesh > Volumetric Controls > Battery Cell Tab Volumetric Control 1 > Mesh Values > Custom Size > Relative Size，Percentage of Base設為5。
3
新建Mesh Continuum，定名為External Casing Mesh。模子選擇Surface Remesher和Polyhedral Mesher。
4
睜開Continua > External Casing Mesh > Reference Values > Base Size，設為5 mm。
5
點擊Regions > Battery Module: External Casing，Mesh Continuum選擇External Casing Mesh。
6
提交體網格劃分。
END

界說殼內空氣模子

1
新建Physics 1，定名為External Casing。選擇物理模子。
睜開Initial Conditions > Static Temperature，設為30 ℃。
2
點擊Regions > Battery Module: External Casing，Physics Continuum選擇External Casing。
3
睜開Boundaries，Battery Module: External Casing.Case.Inlet設為Velocity Inlet，Battery Module: External Casing.Case.Outlet設為Pressure Outlet。
點擊Battery Module: External Casing.Case.Inlet > Physics Values，Static Temperature設為20 ℃，Velocity Magnitude設為1 m/s。
END

界說電路回路

1
點擊Batteries > Program Files，右鍵加載Tutorial3CDischargeCylindrical.prg文件。
2
點擊Battery Modules > Battery Module，右鍵選擇Create Circuit Element。
3
點擊Program Files > Tutorial3CDischargeCylindrical.prg，右鍵選擇Create Circuit Element。
4
睜開Circuits > Circuit 1 > Circuit Elements，同時選中(+) Battery Module和(-) Tutorial3CDischarge.prg，右鍵選擇Create Connection。
同理，同時選中(-) Battery Module和(+) Tutorial3CDischargeCylindrical.prg，建立Connection。
5
考慮電路的歐姆熱。點擊Batteries > Battery Modules > Battery Module，右鍵選擇Setup Connector Ohmic Heating。
睜開Continua > Battery Module Connectors: Ohmic Heating > Initial Conditions > Static Temperature，設為30 ℃。
END

求解前提

1
睜開Solvers，Implicit Unsteady時候步長設為1 s。
2
睜開Stopping Criteria，不勾選Maximum Steps，Maximum Inner Iterations設為5步，Maximum Physical Time設為200 s。
END

建立Reports

1
右鍵Reports，新建Maximum 1，定名為Maximum Temperature，Field Function選擇Temperature，單元為℃，Parts選擇Battery Module: Cylindrical Cell: Jellyroll。
2
新建Minimum 1，定名為Minimum Temperature，設置與Maximum Temperature不異。
同時選中Maximum Temperature和Minimum Temperature，右鍵Create Monitor and Plot from Report，選擇Single Plot。將新建的Plot重定名為Temperature Monitor Plot。
睜開Plots > Temperature Monitor Plot > Axes > Left Axis > Title，改為Temperature (C)。
3
監測SOC轉變。新建Volume Average 1，定名為State of Charge，Field Function選擇Battery SOC，Parts選擇Battery Module: Cylindrical Cell: Jellyroll。右鍵Create Monitor and Plot from Report。
END

后處置顯示

1
監測電池卷心溫度分布。新建Scalar Scene 1，定名為Temperature Scene。Parts選擇Battery Module: Cylindrical Cell: Jellyroll，Field Function選擇Temperature，單元為℃。Contour Style選擇Smooth Filled。點擊Color Bar，將Title Height設為0.04，Label Height設為0.035。
2
建立截面監測整個電池盒體的溫度分布。點擊Derived Parts > New Part > Section > Plane，Input Parts選擇整個Region，Origin標的目的量設為[0.0, 0.03, 0.0]，Normal標的目的量設為[0.0, 1.0, 0.0]，勾選No Displayer，點擊Create。
新建Scalar Scene，定名為Can Temperature。Parts選擇Plane Section，其它設置與Temperature Scene不異。
3
睜開Tools > Annotations > Solution Time，拖拽至Temperature Scene和Can Temperature，將Solution Time的Height設為0.04。
4
記實輸出汗青，定名為CylindricalCell.simh。Functions選擇Temperature，Trigger選擇Time Step，Frequency設為1。
這里要強調一點，.simh文件的保留路徑必需為全英文，不然無法記實。
END

提交計較

1
保留，初始化，提交計較。
END

計較成果

1
電池卷心溫度瞬態云圖。
2
電池卷心溫度曲線。最高溫度34.48 ℃，最低溫度34.18 ℃，溫差0.3 ℃。
3
電池SOC轉變曲線。
4
電池盒體在中截面上的溫度分布。
5
建立流線圖。右鍵Derived Parts，建立Streamline。
打開Temperature Scene，新建一個Streamline，parts選擇Streamline，Scalar Field選擇Velocity: Magnitude。在Color Bar中將Title Height設為0.04，Label Height設為0.035，Color Map選擇cool-warm。
END