电池电芯参考

0D 电池电芯

0D 电池电芯直接在 Simcenter STAR-CCM+ 中创建。

在 Simcenter STAR-CCM+ 中直接创建的电池电芯使用以下属性和子节点定义。当电池电芯元件的配置（例如表）不完整时，电池电芯节点 () 和相关子节点 () 上会显示警告符号。

用户自定义电池电芯

右键单击操作

选择电池电芯模型...

打开选择电池电芯模型对话框，在其中可选择所需电池电芯模型：RCR 模型和/或放热模型和/或排气模型和/或质量损失模型。

如果选择 RCR 模型，将创建新的模型 > RCR 等效电路模型和 RCR 等效电路模型 > 参数表节点。

如果选择放热模型，将创建新的模型 > 热失控热释放模型、热失控热释放模型 > 热速率和热速率 > 表（温度）节点。

如果选择排气模型，将创建新的模型 > 热失控排气模型型节点。

如果选择质量损失模型，将创建新的模型 > 热失控质量损失模型节点。

用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型

右键单击操作

从 TBM 文件提取 RCR 参数

打开从文件导入电池数据对话框，可在其中导览并选择要从其导入电池电芯数据的 .tbm 文件。

选择 .tbm 文件后，将创建多个用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型 > 参数表 > [RCR 表]节点，每个 RCR 表表示单组条件下的一组 RC 元件。在 RCR 表参考中给出了一个 RCR 表示例。

Simcenter STAR-CCM+ 根据活动面积将 $R_o$ 和 $R_p$ 在 .tbm 文件中的值自动从 Ohms/m² 转换为 Ohms。请参见从 .tbm 文件导入的 RCR 表值。

如果使用选定的 .tbm 文件找不到表，则会显示警告。

从 Amesim 文件提取 RCR 参数

打开从目录导入电池数据对话框，可在其中导航至包含 Amesim 拟合工具数据的文件夹并将其选中。

Simcenter STAR-CCM+ 将解析该文件夹中的所有文件，然后创建数据表和相应的 RCR 参数表。输出窗口将显示进度并指明从 Amesim 电池模型导入的 RCR 表数。

导入的 RCR 表将显示在用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型 > 参数表节点下。每个 RCR 表表示单组条件下的一组 RC 元件。在 RCR 表参考中给出了一个 RCR 表示例。

将 RCR 参数导出至 Amesim 文件

打开将电池数据导出至目录对话框，可在其中浏览并选择要保存 Amesim 文件的文件夹。

此导出操作生成 Rdiff_<1…n>.data、Cdiff_<1…n>.data、ocv_cha.data、ocv_dch.data、ro_cha.data 和 ro_dch.data 文件。Rdiff 和 Cdiff 文件的数量取决于 RC 元件的数量。模型信息随这组文件一同写入 model_information.txt 文件中。有关这些文件的说明，请参见“从 Amesim 文件目录解析和导入”。

用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型 > 参数表

右键单击操作

新建

创建一个表 > [RCR 表]节点，可以为其指定一组条件下的表参数，例如，使用设定温度和电流。

请参见 RCR 表参考

用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型 > 电压表

当使用电压表属性在用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型节点下激活时显示。

属性

表

用于选择先前导入的表示平衡电压的表（存储在工具 > 表节点中）。表为双列格式，一列表示充电状态 (SOC)，另一列表示相应的平衡电压（伏特）。

SOC [1-0]

表中表示充电状态 (SOC) 分数的列的标题，0 表示完全放电，1 表示完全充电。

E，伏特

表中表示平衡电压（伏特）的列标题。

插值类型

指定 Simcenter STAR-CCM+ 在电压表中的给定数据值之间进行插值时使用的方法。选择：

• 线性：线性插值
• 单调：单调立方插值
• 贝赛尔：贝赛尔样条插值

用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型 > 熵表

当使用熵表属性在用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型节点下激活时显示。

属性

表

用于选择先前导入的表，该表表示存储在工具 > 表节点中的熵曲线（.eql 文件）。表为双列格式，一列表示充电状态 (SOC)，另一列表示相应的电压对温度的一阶导数 (dE/dT, mV/K)。

SOC [1-0]

表中表示充电状态 (SOC) 分数的列的标题，0 表示完全放电，1 表示完全充电。

熵，mV/K

表中表示熵（电压对温度的一阶导数 (dE/dT, mV/K)）的列标题。

插值类型

指定 Simcenter STAR-CCM+ 在熵表中的给定数据值之间进行插值时使用的方法。选择：

• 线性：线性插值
• 单调：单调立方插值
• 贝赛尔：贝赛尔样条插值

用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型 > 扩散阻力

当使用扩散阻力属性在用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型节点下激活时显示。

属性

可以修改以下属性以考虑扩散阻力：

Ad

用于 Eqn. (4506) 的用户指定系数。

Bd

用于 Eqn. (4506) 的用户指定系数。

Warburg 时间偏移

$t_w$ （位于 Eqn. (4506) 中）。

Warburg 活化能

$E_{a,w}$ （位于 Eqn. (4506) 中）。

用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型 > Rp 速率效应

当使用 Rp 速率效应属性在用户自定义电池电芯 > 模型 > RCR 等效电路模型节点下激活时显示。

属性

当通过电芯的电流增大时极化电阻 Rp 会减小。此行为与塔菲尔动力学相关联。可以修改以下常数以考虑极化电阻。

i0

Eqn. (4507) 中的速率效应常数 $i_{p,0}$ 。

i1

Eqn. (4507) 中的速率效应常数 $i_{p,1}$ 。

用户自定义电池电芯 > 模型 > 热失控热释放模型

属性

最大释放能量

设置电池的最大释放能量。最大释放能量是电池在经历热失控时可以释放的能量。它取决于电池电芯的物理和化学属性。

应用模型约束

激活时，将显示新的节点热失控热释放模型 > 模型激活约束。请参见热失控放热模型 - 模型激活约束。

用户自定义电池电芯 > 模型 > 热失控热释放模型 > 模型激活约束

模型激活约束可用于指定一个或多个准则，以控制热失控热释放模型的激活。这些准则可验证选定字段变量（例如温度）是否在给定范围内。为确定此场变量的值，将使用指定的计算法之一，在分配给电池模块电芯的核心部件上对所选场函数进行求值。

有关分配给电池模块电芯的核心部件的更多信息，请参见电池模块参考：[电池模块电芯]核心部件。

右键单击操作

新建

将添加新节点热失控热释放模型 > 模型激活约束 > 模型约束 1，这是一个新的模型激活约束。

模型激活约束 > [模型约束]

属性

场函数

选择约束使用的场函数。

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激活的准则。

• >=：当选定场函数的值大于等于值时，热失控热释放模型将激活。
• >=：当选定场函数的值小于等于值时，热失控热释放模型将激活。

值

指定范围操作的限制值。

计算法

选择计算字段变量的方法。

• 体积平均值：指定的场函数是分配给电池模块电芯的核心部件的体积平均值。
• 最大值：指定场函数的最大值在分配给电池模块电芯的核心部件上进行计算。

热失控热释放模型 > 热耗率

热耗率右键单击操作

当在工具 > 表节点中导入热耗率表时，以下操作可用。表格格式为两列，一列表示以瓦特为单位的热速率，另一列表示以开氏度为单位的电池对应温度或以秒为单位的时间，具体取决于导入的热速率表的类型。

表格化热速率...

打开表格数据对话框，以在 Simcenter STAR-CCM+ 中以表格格式显示导入的热速率表数据。单击导出将打开保存对话框，数据可以用 .csv 文件另存到所选位置。

绘制热速率表

创建并打开用户自定义电池电芯热耗率绘图，该绘图使用导入的热耗率文件中的数据。

热耗率属性

方法

选择用于查找电池电芯自发热速率的方法。

阿雷尼乌斯伪反应

选择此选项可使用阿雷尼乌斯伪反应法来模拟放热模型。

场函数

如果要将电池电芯的体积热源输入 (W/m³) 指定为场函数，则选择此选项。

表（温度）

当以温度函数的形式测量实验热耗率数据时，选择此选项。

表（时间）

当以时间函数的形式测量实验热耗率数据时，选择此选项。

热耗率 > 阿雷尼乌斯伪反应

指前因子 A

Eqn. (4478) 中的常数 $A$ 。

活化能，Ea

Eqn. (4478) 中的活化能 $E_a$ 。

初始浓度，c0

浓度 在 中的初始值。Eqn. (4479) $c$

反应级数 n

Eqn. (4479) 中的反应级数 $n$ 。

反应焓，H

反应焓 来自 。Eqn. (4480) $H$

最大反应率，k

Eqn. (4478) 中的反应率 $k$ 的最大值。如果使用阿雷尼乌斯方程计算所得的 $k$ 值大于最大反应率， $k$ 将被截断为最大反应率。

使用内部短路

激活后，使用内部短路模型。

热耗率 > 阿雷尼乌斯伪反应 > 内部短路

电芯容量

$CAP$ (Eqn. (4482))。

电压

Eqn. (4482) 中的电池电芯电压 $U$ 。

SOC

$SOC$ (Eqn. (4482))。

效率

$\eta$ (Eqn. (4482))。

时间常量

$\tau$ (Eqn. (4482))。

触发最高电芯温度

触发内部短路的温度。

使用 RCR 模型参数

仅当选择 RCR 模型时才可用。激活时，电池单元容量、电压和 SOC 取自 RCR 等效电路模型。

热耗率 > 表（温度）

表

从工具 > 表节点中选择先前导入的表，其中包含作为温度函数的电池热速率。

温度，K

表中表示电池温度的列的标题。

热速率 W

表中表示电池热速率的列的标题。Eqn. (4476)中的 ${\dot{Q}}_{hrm}$ 。

插值类型

指定 Simcenter STAR-CCM+ 在热速率表中的给定数据值之间进行插值时使用的方法。选择：

• 线性 - 使用线性插值
• 样条曲线（贝塞尔）- 使用贝塞尔样条插值

外推表

激活时，如果模拟过程中电池温度超出表中的温度范围，则推算热速率表中给定的数据值。在外推过程中，如果推算的热速率为负，它将限定到零。

温度类型

选择温度计算方法，该温度用于在热失控事件中计算电池电芯自发热速率。

• 体积平均值：该体积平均温度从分配给电池模块电芯的核心部件中计算得出，它可用于查询热耗率。
• 最大值：该最高温度从分配给电池模块电芯的核心部件中计算得出，它可用于查询热耗率。
• 局部场值：电池模块网格（即核心部件）中每个电芯的局部温度，用于查询热耗率，然后热耗率将转换为体积热并应用于网格电芯。

热耗率 > 表（时间）

表

从工具 > 表节点中选择先前导入的表，其中包含作为时间函数的电池热速率。

时间 s

表中的列标题，表示热失控开始后经过的时间。Eqn. (4475)中的 $t$ 。

热速率 W

表中表示电池热速率的列的标题。Eqn. (4476)中的 ${\dot{Q}}_{hrm}$ 。

插值类型

指定 Simcenter STAR-CCM+ 在热速率表中的给定数据值之间进行插值时使用的方法。选择：

• 线性 - 使用线性插值
• 样条曲线（贝塞尔）- 使用贝塞尔样条插值

外推表

激活时，如果模拟过程中电池温度超出表中的温度范围，则推算热速率表中给定的数据值。在外推过程中，如果推算的热速率为负，它将限定到零。

用户自定义电池电芯 > 模型 > 热失控排气模型

右键单击操作

当在工具 > 表节点中导入通风率表时，以下操作可用。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。

表格化通风率...

打开表格数据对话框，以在 Simcenter STAR-CCM+ 中以表格格式显示导入的通风率表数据。单击导出将打开保存对话框，数据可以用 .csv 文件另存到所选位置。

绘制通风率表

创建并打开两个绘图：用户定义电池电芯通风口模型温度绘图和用户自定义电池电芯通风口模型质量流率绘图，它们使用导入的通风率文件中的数据。

属性

表

用于选择之前导入的表，该表表示存储在工具 > 表节点中的电池通风气体的热速率和温度。

时间 s

表中的列标题，表示通风率测试中经过的时间。Eqn. (4486)中的 $t$ 。

质量流率，kg/s

表中的列标题，表示电池的通风气体的质量流率。Eqn. (4487)中的 ${\dot{m}}_v$ 。

温度，K

表中的列标题，表示电池的通风气体的温度。Eqn. (4489)中的 $T_{gas}$ 。

应用模型约束

激活时，将显示新节点热失控排气模型 > 模型激活约束。请参见热失控排气模型 - 模型激活约束。

插值类型

指定 Simcenter STAR-CCM+ 在通风率表中的给定数据值之间进行插值时使用的方法。选择：

• 线性 - 使用线性插值
• 样条曲线（贝塞尔）- 使用贝塞尔样条插值

热失控排气模型 > 模型激活约束

模型激活约束可用于指定一个或多个准则，以控制热失控排气模型的激活。这些准则可验证选定字段变量（例如温度）是否在给定范围内。为确定此场变量的值，将使用指定的计算法之一，在分配给电池模块电芯的核心部件上对所选场函数进行求值。

有关分配给电池模块电芯的核心部件的更多信息，请参见电池模块参考：[电池模块电芯]核心部件。

注	一旦满足约束条件，并在模拟期间激活热失控排气模型，则无法停用。

右键单击操作

新建

将添加新节点热失控排气模型 > 模型激活约束 > 模型约束 1，这是新模型激活约束。

模型激活约束 > [模型约束]

属性

场函数

选择约束使用的场函数。

范围操作

选择两个范围操作之一，以定义热失控排气模型激活的准则。

• >=：当选定场函数的值大于等于值时，热失控排气模型将激活。
• <=：当选定场函数的值小于等于值时，热失控排气模型将激活。

值

指定范围操作的限制值。

计算法

选择计算字段变量的方法。

• 体积平均值：指定的场函数是分配给电池模块电芯的核心部件的体积平均值。
• 最大值：指定场函数的最大值在分配给电池模块电芯的核心部件上进行计算。

用户自定义电池电芯 > 模型 > 热失控质量损失模型

右键单击操作

当在工具 > 表节点中导入质量损失表时，以下操作可用。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。

表格化质量损失...

打开表格数据对话框，以在 Simcenter STAR-CCM+ 中以表格格式显示导入的质量损失表数据。单击导出将打开保存对话框，数据可以用 .csv 文件另存到所选位置。

绘制质量损失表

创建并打开用户自定义电池电芯质量损失绘图，该绘图使用导入的质量损失文件中的数据。

属性

表

用于选择先前导入的表，该表表示储存在工具 > 表节点中的电池的质量损失。

时间 s

表中的列标题，表示质量损失测试中经过的时间。

总质量损失 (kg)

表中的列标题，表示电池总质量损失，即通风质量损失与固体颗粒质量损失之和。Eqn. (4491) 中的 $m_{total}$ 。

应用模型约束

激活时，将显示新节点热失控质量损失模型 > 模型激活约束。请参见热失控质量损失模型 - 模型激活约束。

插值类型

指定 Simcenter STAR-CCM+ 在质量损失表中的给定数据值之间进行插值时使用的方法。选择：

• 线性 - 使用线性插值
• 样条曲线（贝塞尔）- 使用贝塞尔样条插值

热失控质量损失模型 > 模型激活约束

模型激活约束可用于指定一个或多个准则，以控制热失控质量损失模型的激活。这些准则可验证选定字段变量（例如温度）是否在给定范围内。为确定此场变量的值，将使用指定的计算法之一，在分配给电池模块电芯的核心部件上对所选场函数进行求值。

有关分配给电池模块电芯的核心部件的更多信息，请参见电池模块参考：[电池模块电芯]核心部件。

注	一旦满足约束条件，并在模拟期间激活热失控质量损失模型，则无法停用。

右键单击操作

新建

将添加新节点热失控质量损失模型 > 模型激活约束 > 模型约束 1，这是新模型激活约束。

模型激活约束 > [模型约束]

属性

场函数

选择约束使用的场函数。

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激活的准则。

• >=：当选定场函数的值大于等于值时，热失控质量损失模型将激活。
• <=：当选定场函数的值小于等于值时，热失控质量损失模型将激活。

值

指定范围操作的限制值。

计算法

选择计算字段变量的方法。

• 体积平均值：指定的场函数是分配给电池模块电芯的核心部件的体积平均值。
• 最大值：指定场函数的最大值在分配给电池模块电芯的核心部件上进行计算。

3D 电池电芯

具有 3D RCR 模型的 3D 电池电芯几何导入自 Simcenter Battery Design Studio。

在 Simcenter Battery Design Studio 中创建的电池电芯和从 .tbm 文件（或加密的 .ebm 文件）导入的电池电芯具有以下属性和子节点。此处指定的详细信息使用 .tbm 文件中的信息填充，但是您可以按需要编辑电池定义的某些详细信息。

[电池电芯]

右键单击操作

高亮显示

在场景中高亮显示选定的电池电芯。

仅当在工具 > 选项 > 可视化下的菜单中停用在场景中高亮显示部件时，此操作才有效。

重新加载...

从 .tbm 或 .ebm 文件重新加载电池电芯数据。更改了 .tbm 或 .ebm 文件后，可使用此选项更新电池电芯。

导出...

将电池电芯数据导出至 .tbm 或 .ebm 文件。此选项用于根据存储在模拟中的电池电芯信息重新创建文件。

无法选择导出格式：它与导入的原始文件格式相同。

新建

创建一个表 > [RCR 表]节点，可以为其指定一组条件下的表参数，例如，使用设定温度和电流。

请参见 RCR 表参考

属性

属性	层叠电芯	螺旋电芯
TBM 文件
电芯单元模型
电气网格尺寸
指定的电气网格尺寸
实际的电气网格尺寸
辐条数
正极接线柱部件
负极接线柱部件

TBM 文件

显示导入的 .tbm 或 .ebm文件的路径。

电芯单元模型

标识在 .tbm 文件中为导入的电池电芯定义的电池模型。

对于经验模型，可以覆盖电池电芯容量或充电状态设置。无法覆盖使用物理模型的电池电芯的任何设置。

有关更多信息，请参见设置电电芯数据覆盖。

电气网格尺寸

适用于层叠电芯。定义用户指定的电气网格分辨率 - x、y 和 z 方向上的网格单元数。

指定的电气网格尺寸

适用于圆柱电芯。定义用户指定的电气网格分辨率 - x 和 y 方向上的网格节点数。默认值为 .tbm 文件中指定的网格。必要时可以修改网格尺寸。

实际的电气网格尺寸

只读。定义根据指定的螺旋电芯布局和指定的电气网格尺寸计算的电气网格分辨率。

Simcenter STAR-CCM+ 使用此分辨率。

辐条数

适用于圆柱电芯。定义辐条数。辐条是电气网格的组成部分。可以减少辐条数以加快计算速度，或者增加辐条数以提高模型精度。

可以指定 50-1000 之间的辐条数。

正极接线柱部件

如果向电池模型中添加了外部接线柱，则此属性将指定正极接线柱部件。必要时可以修改所做选择。

如果未添加任何外部接线柱，则此属性为空。

如果要添加外部接线柱部件，则单击 ... 按钮，然后在选择对话框中选择适当的部件。

负极接线柱部件

如果向电池模型中添加了外部接线柱，则此属性将指定负极接线柱部件。必要时可以修改所做选择。

如果未添加任何外部接线柱，则此属性为空。

如果要添加外部接线柱部件，则单击 ... 按钮，然后在选择对话框中选择适当的部件。

电池电芯 > 电芯属性

生成器

简单生成器

适用于层叠电芯。指定如何将组件放置在一起以形成完整的电芯。简单生成器指定电池电芯板的方向、叠片的尺寸和配置以及为电极叠片提供的任何保护外包装。此外，简单生成器还会指定隔膜在电极与软袋之间引入的偏移。

详细生成器

适用于圆柱电芯。指定如何将组件放置在一起以形成完整的电芯。

详细生成器指定电池电芯极耳的方向以及电池电芯的绕组和垂直对齐方式。

模型

电解质

始终指定通用电解质模型。此模型描述电池电芯内的电解质行为。

IET

为每个电池电芯指定一个 IET 模型。此模型描述电池电芯的电子和热行为。

Simcenter STAR-CCM+ 支持 NTG 模型、RCR 模型和 DISTNP 模型。不支持 Simcenter Battery Design Studio 中的一些其他可用模型。

有关 Simcenter Battery Design Studio 中的可用 IET 模型的更多信息，请参见《Simcenter Battery Design Studio 指南》。

电池电芯物理说明

电池电芯电压

指定电池电芯的电流状态、两个电极之间的锂分布方式以及电池电芯的允许电压范围。

电解质

指定构成电解质的化学混合物的公式。电解质由多种盐和溶剂组成，每种成分单独指定。

内部

指定与活动组件一起插入电池电芯封装的填料。这些项用于定型和稳定封装组件，实际上为惰性。

负电极

指定电极的物理和热属性、公式（构成电极的化学物质）、极耳以及将电极连接至极耳的集流器。

对于层叠电芯，还指定母线。两条母线横跨电芯，将极耳接合在一起。

对于圆柱电芯，还指定将极耳连接至电极的金属带。

有关更多信息，请参见电极属性。

封装

指定电池电芯的封装。封装影响电芯的热性能。

正电极

如同负电极，如上所示。

分离器

指定用于分离电池电芯内的各种化学反应组分以限制反应率的隔离膜。

电解质属性

Simcenter STAR-CCM+ 支持 Simcenter Battery Design Studio 中的可用 CAEBAT 电解质属性集。这些属性集以 K. Gering 提出的模型为基础，并作为电池计算机辅助工程 (CAEBAT) 程序的一部分生成。

有关更多信息，请参见电化学学会第 224 次会议文摘 #593：https://ecs.confex.com/ecs/224/webprogram/Abstract/Paper20427/B4-0593.pdf

有关 Simcenter Battery Design Studio 中的可用电解质属性集的更多信息，请参见《Simcenter Battery Design Studio 用户指南》中的使用预定义的电解质属性集一节。

电极属性

有关电极属性的更多信息，请参见《Simcenter Battery Design Studio 用户指南》。