对热失控建模：

Simcenter STAR-CCM+ 提供热释放模型、排气模型和质量损失模型，用于预测热失控过程中电池电芯固体部件释放的热量和质量。

这些模型需要输入实验数据，具体取决于使用哪个模型：
  • 热释放模型：作为电池电芯温度或时间的函数的电池电芯热耗率
  • 排气模型：排气率，即作为时间的函数的排气的质量流率和温度
  • 质量损失模型：总质量损失，即作为时间的函数的排气质量损失与固体颗粒质量损失之和。
在 Simcenter STAR-CCM+ 中，这些数据以表的形式导入。对于放热模型，还可以将热耗率作为场函数提供。要在 Simcenter STAR-CCM+ 中使用热释放模型、排气模型和质量损失模型，可直接在 Simcenter STAR-CCM+ 中创建 0D 电池电芯。
注在 Simcenter STAR-CCM+ 中，选择电池模型时将激活电路模型。无需创建电路元件即可运行热失控模型。因此，可以按个人喜好禁用电路模型。
要对热失控建模：
  1. 右键单击电池 > 电池电芯节点，然后选择创建用户自定义电池电芯。
  2. 右键单击电池电芯 > [用户自定义电池电芯]节点并选择选择电池电芯模型...。
要设置放热模型：
  1. 在选择电池电芯模型对话框中，激活放热模型。
  2. 要导入热耗率表，右键单击工具 > 表节点，然后选择新建表格 > 文件表。
    表格格式为两列，一列表示以瓦特为单位的热耗率，另一列表示以开氏度为单位的电池电芯对应温度或以秒为单位的时间，具体取决于导入的热耗率表的类型。
  3. 选择电池电芯 > [用户自定义电池电芯] > 模型 > 热失控放热模型节点，然后设置以下属性：
    属性 设置
    最大释放能量 为电池的最大可释放能量设置所选值。
    应用模型约束 激活时，启用模型激活约束节点。
  4. 如果激活应用模型约束属性，则可以添加控制放热模型激活的约束。
    1. 右键单击热失控热释放模型 > 模型激活约束节点并选择新建以添加模型激活约束。
    2. 选择新的热失控热释放模型 > 模型激活约束 > 模型约束 1 节点，然后设置以下属性：
      属性 设置
      场函数 选择要应用约束的场函数。
      范围操作 选择两个范围操作之一，以定义热失控热释放模型的激活范围。
      值 设置约束的值。
      计算法 选择两种方法之一来定义如何计算电池电芯的核心部件上的场变量。
      注设置约束后，模型约束 1 节点的名称将更改以与所选属性匹配。
  5. 根据要如何指定电池电芯热源输入，执行以下操作之一：
    方法 步骤
    热耗率作为阿雷尼乌斯伪反应
    1. 选择热失控热释放模型 > 热耗率节点，然后将方法设为阿雷尼乌斯伪反应。
    2. 选择阿雷尼乌斯伪反应节点，然后输入阿雷尼乌斯方程的参数值。
    3. 如果要使用内部短路模型，激活使用内部短路。
    热耗率用作场函数
    1. 定义电池体积热源的场函数。请参见创建用户场函数。
    2. 选择热失控热释放模型 > 热耗率节点，然后将方法设为场函数。
    3. 展开热耗率 > 场函数 节点，然后为 函数选择体积热耗率的场函数。
    热耗率作为温度的函数
    1. 选择热失控热释放模型 > 热耗率节点，然后将方法设为表（温度）。
    2. 选择表（温度）节点，然后设置以下属性：
      • 表 - 选择先前导入的表，该表存储在工具 > 表节点中，它表示电池的热耗率。
      • 温度 K - 选择表中表示电池温度的列的标题。
      • 热耗率 W - 选择表中表示电池热耗率的列的标题。
      • 温度类型 - 选择是根据电池单元内的局部温度将热量施加于电池单元网格的每个单元，还是根据整个电池单元的最高温度或体积平均温度将热量施加于电池单元的完整体积。
    热耗率作为时间的函数
    1. 选择热失控热释放模型 > 热耗率节点，然后将方法设为表（时间）
    2. 选择表（时间）节点，然后设置以下属性：
      • 表 - 选择先前导入的表，该表存储在工具 > 表节点中，它表示电池的热耗率。
      • 时间 s - 选择表中表示热失控开始后经过的时间的列的标题。
      • 热耗率 W - 选择表中表示电池热耗率的列的标题。

    请参见电池电芯参考：热失控热释放模型。

要设置排气模型：
  1. 右键单击电池电芯 > [用户自定义电池电芯]节点并选择选择电池电芯模型...。
  2. 在选择电池电芯模型对话框中，激活排气模型。
  3. 选择电池电芯 > [用户自定义电池电芯] > 模型 > 初始电芯部件密度节点，然后为电池的初始电芯部件密度设置所选值。
  4. 要导入通风率表，右键单击工具 > 表节点，然后选择新建表格 > 文件表。
    表格式分为三列 - 一列表示通风气体的质量流率，以 kg/s 为单位；一列表示相应的通风气体温度，以 Kelvin 为单位；一列表示相应时间，以秒为单位。
  5. 选择电池电芯 > [用户自定义电池电芯] > 模型 > 热失控排气模型节点，然后设置以下属性：
    属性 设置
    表 选择之前导入的表，该表表示电池通风气体的通风率。
    时间 s 选择时间列。
    质量流率，kg/s 选择通风气体质量流率列。
    通风口温度 K 选择通风气体温度列。
  6. 如果激活应用模型约束属性，则可以添加控制排气模型激活的约束。
    1. 右键单击热失控排气模型 > 模型激活约束节点并选择新建以添加模型激活约束。
    2. 选择热失控排气模型 > 模型激活约束 > 模型约束 1 节点，然后设置以下属性：
      属性 设置
      场函数 选择要应用约束的场函数。
      范围操作 选择两个范围操作之一，以定义热失控排气模型的激活范围。
      值 设置约束的值。
      计算法 选择两种方法之一来定义如何计算电池电芯的核心部件上的场变量。
      注设置约束后，模型约束 1 节点的名称将更改以与所选属性匹配。
  7. 选择区域 > [流体] > 边界 > [通风入口] > 物理值节点，并设置以下属性：
    节点 属性 设置
    质量流率 方法 场函数
    标量函数 电池通风口模型质量流率
    总温 方法 场函数
    标量函数 电池通风口模型总温

    对所有通风入口边界进行这些设置。

  8. 选择连续体 > [电池叠片物理连续体] > 模型 > 固体 > [电池叠片] > 材料属性 > 密度节点，然后设置以下属性：
    节点 属性 设置
    Density 方法 场函数
    场函数 标量函数 电池核心部件密度

    请参见电池电芯参考：热失控排气模型。

要设置质量损失模型：
  1. 右键单击电池电芯 > [用户自定义电池电芯]节点并选择选择电池电芯模型...。
  2. 在选择电池电芯模型对话框中，激活质量损失模型。
  3. 选择电池电芯 > [用户自定义电池电芯] > 模型 > 初始电芯部件密度节点，然后为电池的初始电芯部件密度设置所选值。
  4. 要导入质量损失表，右键单击工具 > 表节点，然后选择新建表格 > 文件表。
    表格格式为两列 - 一列表示以 kg 为单位的总质量损失，一列表示以秒为单位的对应时间。总质量损失是排气质量损失与固体颗粒质量损失之和。
  5. 选择电池电芯 > [用户自定义电池电芯] > 模型 > 热失控质量损失模型节点，然后设置以下属性：
    属性 设置
    表 选择之前导入的表，该表表示电池总质量损失。
    时间 s 选择时间列。
    总质量损失 (kg) 选择总质量损失列。
  6. 如果激活应用模型约束属性，则可以添加控制质量损失模型激活的约束。
    1. 右键单击热失控质量损失模型 > 模型激活约束节点并选择新建以添加模型激活约束。
    2. 选择热失控质量损失模型 > 模型激活约束 > 模型约束 1 节点，然后设置以下属性：
      属性 设置
      场函数 选择要应用约束的场函数。
      范围操作 选择两个范围操作之一，以定义热失控质量损失模型的激活范围。
      值 设置约束的值。
      计算法 选择两种方法之一来定义如何计算电池电芯的核心部件上的场变量。
      注设置约束后，模型约束 1 节点的名称将更改以与所选属性匹配。
  7. 选择连续体 > [电池叠片物理连续体] > 模型 > 固体 > [电池叠片] > 材料属性 > 密度节点，然后设置以下属性：
    节点 属性 设置
    Density 方法 场函数
    场函数 标量函数 电池核心部件密度

    请参见电池电芯参考：热失控质量损失模型。

在模拟过程中，热失控热释放模型执行以下任务：
  • 如果应用模型约束属性已激活，模型将检查是否满足所有模型约束。
  • 模型将检查核心部件释放的累积能量是否低于为最大释放能量设置的值。
  • 模型从导入的热速率表读取核心部件当前温度所对应的热速率。如果温度超出表的范围，则热速率设为零。当外推热速率为负时，热速率也设为零。
  • 模型使用热速率值和相应的时间步计算释放的能量。
  • 计算的能量将回馈到系统中。
在模拟过程中，热失控排气模型执行以下任务：
  • 如果应用模型约束属性已激活，模型将检查是否满足所有模型约束。激活排气模型后，将无法停用。
  • 模型开始累积通风时间。
  • 模型从导入的通风率表中读取当前通风时间的通风气体质量流率和温度。如果通风时间超出表范围，则通风气体质量流率设为零，而通风气体温度设为电池核心部件温度。
  • 该模型使用质量流率值和相应的时间步计算电池电芯质量损失。如果同时激活了质量损失模型，则改为采用导入的质量损失表中当前时间的总质量损失。如果总质量损失超过初始电池质量，系统将调整排气质量流率以确保质量损失不超过可用质量。然后，模型将计算有效电芯部件密度。
  • 该模型会将电芯的能量损失计算为排气焓或由于质量损失而产生的电芯内部能量变化这两者中的最小值。如果通风气体焓高于由于质量损失而产生的电芯内部能量变化，则该差异在热失控过程中被视为生热。相反，如果通风气体焓低于由于质量损失而产生的电芯内部能量变化，则该差异会促进电芯温度升高。
  • 计算的能量损失回馈到系统中。
在模拟过程中，热失控质量损失模型执行以下任务：
  • 如果应用模型约束属性已激活，模型将检查是否满足所有模型约束。激活质量损失模型后，将无法停用。
  • 模型开始累积时间。
  • 模型从导入的质量损失表中读取当前时间的总质量损失。如果时间超出表的范围，则总质量损失保持上一个可用值的设置。如果总质量损失超过初始电池质量，系统将调整总质量损失以确保质量损失不超过可用质量。如果排气质量损失超过当前时间预测的总质量损失，则将排气质量损失视为总质量损失。
  • 该模型计算有效电芯部件密度，同时考虑相应时间步的总质量损失。