STAR-CCM+：圆柱形锂离子电池组放电冷却仿真

1、打开STAR-CCM+，新建simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes根据PC配置选择，点击OK，保存为CylindricalCell.sim。

2、点击Continua > New > Physics Continuum，创建Physics 1模型，重命名为Battery Physics。

选择Optional Models中的Battery模型，其他为常规设置。

展开Initial Conditions > Static Temperature，设为30 ℃。

3、点击Batteries > Battery Cells，右键Create from Tbm，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。

1、点击Batteries > Battery Modules，右键新建电池组。展开Batteries > Battery Modules > Battery Module > Module Configuration，Battery Cells选择Cylindrical Cell。

2、展开Module Configuration > Battery Module Configuration，Option选择Staggered。

3、展开Module Configuration > Module Connection Values > Series Connection Flip Option，Option选择Flip Starting With Second Cell。

4、展开Module Configuration > Module Layout > Module Staggered Positioning，Gap Between Cells设为4 mm。

5、展开Module Configuration > Module Layout > Module Staggered Size，Number of Cells in Staggered Row设为3。

1、点击File > Import > Import Surface Mesh，导入post1Cylindrical.x_b，post2Cylindrical.x_b，strapCylindrical.x_b模型。

2、展开Batteries > Battery Modules > Battery Module > Tab Connections，右键选择Setup Tab Connections，依次将First Post Parts、Strap Parts、Second Post Parts设为Post 1、Strap、Post 2。

1、点击Batteries > Battery Modules > Battery Module，右键选择Generate Battery Parts。

2、点击Battery Modules > Battery Module，右键选择Generate Connector Parts。新建Geometry Scene显示模型。

3、压印Tab Connectors。点击Launch Surface Repair，选择EndPlate、Post、Strap等Parts，点击OK。

4、切换至Global页面，点击Merge/Imprint single or multiple parts图标（Global Tools里第四个），弹出选项设置界面。Imprint Mode选择Multi-Part Imprint，Tolerance设为1.0E-6 m。

5、点击Priority Indexing，点击Create New Set，在Priority 1中选择除Post 1、Strap、Post 2外的所有Parts，点击OK。

同理，新建Priority 2，选择Battery Module: Tab Connection 0,0: Strap和Battery Module: Tab Connection 0,1: Strap。

同理，新建Priority 3，选择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。

设置完成后，点击OK。

6、点击Find Pairs，然后再点击Imprint All，完成压印。

1、点击File > Import > Import Surface Mesh，导入externalCasingCylindrical.x_b模型。

2、展开Geometry > Parts > Case > Surfaces > Faces，右键Split By Patch分割进、出风口，分别命名为Inlet和Outlet。

3、展开Batteries > Battery Modules > Battery Module > External Casing Geometry > External Casing Specification，Battery External Casing Specification选择Specify External Casing Using Part。

4、展开Battery Module > Casing Values > External Casing Part，选择Case。

5、点击Battery Modules > Battery Module，右键选择Create External Casing Part。

1、点击Battery Modules > Battery Module，右键选择Generate Regions。在Additional (non-Battery) Parts to Generate Regions不选择任何parts，点击OK。

1、展开Batteries > Battery Modules > Battery Module，右键选择Setup Battery Meshing。展开Continua > Mesh 1，重命名为Battery Mesh。

2、展开Battery Mesh > Volumetric Controls > Battery Cell Tab Volumetric Control 1 > Mesh Values > Custom Size > Relative Size，Percentage of Base设为5。

3、新建Mesh Continuum，命名为External Casing Mesh。模型选择Surface Remesher和Polyhedral Mesher。

4、展开Continua > External Casing Mesh > Reference Values > Base Size，设为5 mm。

5、点击Regions > Battery Module: External Casing，Mesh Continuum选择External Casing Mesh。

6、提交体网格划分。

1、新建Physics 1，命名为External Casing。选择物理模型。

展开Initial Conditions > Static Temperature，设为30 ℃。

2、点击Regions > Battery Module: External Casing，Physics Continuum选择External Casing。

3、展开Boundaries，Battery Module: External Casing.Case.Inlet设为Velocity Inlet，Battery Module: External Casing.Case.Outlet设为Pressure Outlet。

点击Battery Module: External Casing.Case.Inlet > Physics Values，Static Temperature设为20 ℃，Velocity Magnitude设为1 m/s。

1、点击Batteries > Program Files，右键加载Tutorial3CDischargeCylindrical.prg文件。

2、点击Battery Modules > Battery Module，右键选择Create Circuit Element。

3、点击Program Files > Tutorial3CDischargeCylindrical.prg，右键选择Create Circuit Element。

4、展开Circuits > Circuit 1 > Circuit Elements，同时选中(+) Battery Module和(-) Tutorial3CDischarge.prg，右键选择Create Connection。

同理，同时选中(-) Battery Module和(+) Tutorial3CDischargeCylindrical.prg，创建Connection。

5、考虑电路的欧姆热。点击Batteries > Battery Modules > Battery Module，右键选择Setup Connector Ohmic Heating。

展开Continua > Battery Module Connectors: Ohmic Heating > Initial Conditions > Static Temperature，设为30 ℃。

1、展开Solvers，Implicit Unsteady时间步长设为1 s。

2、展开Stopping Criteria，不勾选Maximum Steps，Maximum Inner Iterations设为5步，Maximum Physical Time设为200 s。

1、右键Reports，新建Maximum 1，命名为Maximum Temperature，Field Function选择Temperature，单位为℃，Parts选择Battery Module: Cylindrical Cell: Jellyroll。

2、新建Minimum 1，命名为Minimum Temperature，设置与Maximum Temperature相同。

同时选中Maximum Temperature和Minimum Temperature，右键Create Monitor and Plot from Report，选择Single Plot。将新建的Plot重命名为Temperature Monitor Plot。

展开Plots > Temperature Monitor Plot > Axes > Left Axis > Title，改为Temperature (C)。

3、监测SOC变化。新建Volume Average 1，命名为State of Charge，Field Function选择Battery SOC，Parts选择Battery Module: Cylindrical Cell: Jellyroll。右键Create Monitor and Plot from Report。

1、监测电池卷心温度分布。新建Scalar Scene 1，命名为Temperature Scene。Parts选择Battery Module: Cylindrical Cell: Jellyroll，Field Function选择Temperature，单位为℃。Contour Style选择Smooth Filled。 点击Color Bar，将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035。

2、创建截面监测整个电池盒体的温度分布。点击Derived Parts > New Part > Section > Plane，Input Parts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No Displayer，点击Create。

新建Scalar Scene，命名为Can Temperature。Parts选择Plane Section，其它设置与Temperature Scene相同。

3、展开Tools > Annotations > Solution Time，拖拽至Temperature Scene和Can Temperature，将Solution Time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Time Step，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。

1、保存，初始化，提交计算。

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Derived Parts，创建Streamline。

打开Temperature Scene，新建一个Streamline，parts选择Streamline，Scalar Field选择Velocity: Magnitude。在Color Bar中将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035，Color Map选择cool-warm。