电池模块参考

电池模块是电池模块模拟中的核心组件。它包含多组电池电芯,并直接连接到电气负载。

电池模块:右键单击操作

新建 > TBM 电池模块
创建使用 0D 电池电芯的电池模块。
新建 > 用户自定义电池模块
创建使用 3D 电池电芯的电池模块。
粘贴
用于粘贴模块节点的副本。

当电池模块电芯的配置不完整时,电池模块节点 () 和相关电池模块电芯节点 () 上将显示警告符号。

使用 0D 电芯的电池模块

[电池模块]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。

创建电路元件
由电池模块创建电路元件。将电池模块添加到电路需要电路元件。
创建串联电路元件
仅在选择多个电池模块节点时可用。
提供创建串联电路元件对话框,可在其中设置模块的顺序并指定串联电路是从第一个电池模块的正极还是负极端子开始。在对话框中单击确定时,将为每个选定电池模块创建电路元件,并串联这些模块。
创建并联电路元件
仅在选择多个电池模块节点时可用。
打开创建并联电路元件对话框,其中提供用于激活创建接头的选项。
  • 如果激活创建接头,单击确定时,选定模块将并联,接头电路元件在电路末端开路 — 随时连接更多电路元件。


  • 如果停用创建接头,单击确定时,选定模块将并联,电路末端无开路接头元件。


创建用户自定义电池组
仅当选择电路模型时可用。
打开创建用户自定义电池组对话框,该对话框将创建电池模块、其电路元件和连接以及为电池模块电芯分配几何部件结合在一起,简化了电池组的创建过程。
在创建用户自定义电池组对话框中可找到以下元素:
创建电池模块
创建指定数量的电池模块,并定义这些模块在电池组中的串联和并联排列方式。
串联电池模块数
设置串联成串的电池模块数,或设置电池组内串联连接的并联电芯数。
并联电池模块数
设置并联成并联电芯的电池模块数,或设置电池组内并联的串联电芯数。
创建电路元件
创建电池模块的电路元件,并定义模块在电池组中的连接方式。
创建电路元件
激活时,由电池模块创建电路元件。
模块拓扑
当创建电路元件已激活且串联电池模块数和并联电池模块数的值设为大于 1 时显示。
指定模块之间的连接布局。选项包括:
  • 串联优先 - 多个串联模块并联连接。这是默认设置。
  • 并联优先 - 多个并联电芯串联连接。
串联连接始于
当串联电池模块数大于 1 时显示。
选择串联连接是从模块串中第一个电池模块的正极端子还是负极端子开始。
创建并联连接接头
当并联电池模块数大于 1 时显示。
  • 激活此选项时,单击确定后,创建的模块在连接时接头电路元件在电路两端断开 - 准备连接更多电路元件。
  • 停用此选项时,单击确定后,所选模块在连接时接头元件在电路两端不会断开。
分配部件
提供为组成每个电池模块的电池模块电芯分配几何部件的选项。
在创建时将部件分配给电池模块电芯
激活时,单击确定后,Simcenter STAR-CCM+ 将为创建的第一个电池模块打开按名称将部件分配给电池模块电芯对话框。
请参见按名称将部件分配给电池模块电芯,其中介绍了如何将特定几何部件分配给单个模块中的特定电池模块电芯。
关闭按名称将部件分配给电池模块电芯对话框后,Simcenter STAR-CCM+ 会自动为下一个电池模块打开此对话框。每次都重复该过程,以将几何部件分配给电池模块电芯。
按名称将部件分配给电池模块电芯
打开按名称将部件分配给电池模块电芯对话框,可以在此对话框中将特定几何部件分配给模组中的特定电池模块电芯。
在按名称将部件分配给电池模块电芯对话框中找到以下元件:
可用于分配的部件
此处列出的部件可用于分配给电池模块电芯。部件组合框下方的单选按钮允许您选择
  • 按映射分配:映射输入组合框可用,可在其中指定所需的设置。选择所有需要的部件,然后单击右向箭头 。Simcenter STAR-CCM+ 自动将部件分配给相应的电池模块电芯。
  • 手动分配:映射输入组合框不可用。选择左侧的部件和右侧的电池模块电芯,然后单击右向箭头 。

    如果选定的电池模块电芯已分配了部件,则移除现有部件分配并分配新的部件。

    可以选择多个部件和电池模块电芯 - 将对这两个选择从上到下进行分配。

要取消选择电池模块电芯的部件,单击未正确分配给电池模块电芯的部件,然后单击左向箭头 。该部件随后可供不同的电池模块电芯选择。
分配的部件
电池模块电芯与其对应部件一起列出。
映射输入
当在按名称将部件分配给电池模块电芯对话框中选择按映射分配时显示。
当选定部件(基于映射输入)映射到已分配给部件的电池模块电芯时,将显示警告并忽略这些选定的部件。
指定 Simcenter STAR-CCM+ 将部件分配给电池模块电芯时遵循的准则。
并联事例
此数字是可用于分配的部件组合框中部件名中出现的序号,它表示并联串数。
例如,如果部件名称中的第三个数字与并联串数相关,则输入并联事例 3。
串联事例
此数字是可用于分配的部件组合框中部件名称中出现的序号,它表示串联串数。
例如,如果部件名称中的第五个数字与串联串数相关,则输入串联事例 5。
并联偏移
将部件映射到电池模块单元时,Simcenter STAR-CCM+ 需要知道如何将部件名称中的并联号转换为相应电池模块单元名称中的并联号。此处指定的编号将添加到部件名称中的给定并联号中,生成的编号与在名称中使用相同并联号的电池模块电芯相匹配。
串联偏移
将部件映射到电池模块电芯时,Simcenter STAR-CCM+ 需要知道如何将部件名称中的序号转换为相应电池模块电芯名称中的串联号。此处指定的编号将添加到部件名称中的给定串联号中,生成的编号与在名称中使用相同串联号的电池模块电芯相匹配。
例如:

创建电池模块报告...
打开创建电池模块报告对话框,在其中可同时为电池模块创建多个监视器、报告和绘图。单击确定时,将创建监视器、报告和绘图。
在创建电池模块报告对话框中可找到以下元素:
设置电池模块电芯
选择要用于创建报告的电池模块。可以选择多个电池模块。
选择场函数
选择要用于报告的场函数。仅列出与选定电池电芯模型兼容的场函数。可以使用多个场函数。
可使用下列场函数:
  • 电池体积热的体积积分 - 电池模块生成的所有热的基于体积的总和。(适用于 RCR 模型和热失控模型)。
  • 体积平均值/最高/最低温度 - 能量求解器计算的电池模块的体积平均值、最高温度和最低温度。(适用于 RCR 模型和热失控模型)。
  • 电池热模型累积释放能量的体积积分 - 在热失控过程中由电池模块释放的累积能量的体积积分。(仅适用于热失控模型)。
  • 电池 SOC 最大值 - 电池充电状态最大值 - 完全放电为 0.0,完全充电为 1.0。(仅适用于 RCR 模型)。
  • 电池电芯电压的体积平均值 - 电池电芯接线柱之间电压下降的体积平均值。(仅适用于 RCR 模型)。
创建
选择要使用选定电池模块和场函数创建的对象。可用的选项包括:
  • 报告 - 以选定电池模块为部件,为每个场函数创建一个报告。
  • 报告和监视器 - 以选定电池模块为部件,为每个场函数创建一个报告和监视器。
  • 报告监视器和绘图 - 以选定电池模块为部件,为每个场函数创建一个报告、监视器和绘图。
比较
仅当同时选择两个电池模块时可用 — 这些电池模块可以使用 0D 或 3D 电池模块电芯,但不能同时使用。
打开比较窗口,其中具有差异的电池模块子节点/属性以粉红色高亮显示。全新节点/属性以绿色高亮显示。
复制
用于创建电池模块的副本。
[电池模块] 属性
串联数
设置串联的电池电芯数以形成串,或设置模块内串联的单元数。
并联数
设置并联的电池电芯数以形成单元,或设置模块内并联的串数。
Module Cell Topology(模块单元拓扑)
指定电池电芯之间的连接布局。选项包括:
  • 串联优先

    按照串联数指定的电池电芯数在每个串中进行串联。随后并联并联数串。这是默认设置。

  • 并联优先

    按照并联数指定的电池电芯数在每个单元中进行并联。随后按照串联数指定的单元数进行串联。

以下子节点和属性仅在选择电池电芯后显示:
[电池模块] > 电池模块电芯 > [电池模块电芯] 属性
在电池模块电芯节点下指定的任何设置都将被在“模组配置”节点下指定的设置取代。
[电池模块] > 电池模块电芯 > [电池模块电芯] 属性
串联指数
只读。在尺寸为 [i, j] 的模组中,指示电芯索引的 i 分量。
并联指数
只读。在尺寸为 [i, j] 的模组中,指示电芯索引的 j 分量。
核心部件
与此电池模块电芯关联的核心部件。
+ 极耳部件
与此电池模块电芯关联的正极耳部件。
- 极耳部件
与此电池模块电芯关联的负极耳部件。
电池电芯
此电池模块电芯中使用的电池电芯。
平移
指定电芯的位置矢量。
旋转
指定电芯的旋转位置。
方向
激活后,电芯将翻转(旋转 180 度)。
坐标系
与此电池模块电芯关联的坐标系。
电池模块 > 端子连接 > 端子连接 [n],-/端子连接 [n],+ 属性
电池组端子接触表面
指定电池组的端子接触部件表面。
电芯端子接触表面
指定连接至电池模组电芯的端子接触部件表面。
标志
(只读)将端子的符号定义为 +ve 或 -ve。
连接至
(只读)定义连接到端子连接的电池模块电芯。
电阻
(只读)定义计算的端子带状电阻。
电池模块 > 极耳连接
负极耳接触表面
指定负极耳处的电池模块电芯接触面。
正极耳接触表面
指定正极片上的电池模块电芯接触面。
连接到的负极耳
(只读)定义连接到负极耳的电池模块电芯。
连接到的正极耳
(只读)定义连接到正极耳的电池模块电芯。
电阻
(只读)定义极耳连接的计算的条形阻力。仅当模块网格单元拓扑设为首选串行时可用。
负电阻
(只读)定义负极耳和中节点之间的计算阻抗。仅当模块网格单元拓扑设为首选并联时可用。
正电阻
(只读)定义正极耳和中节点之间计算的带状电阻。仅当模块网格单元拓扑设为首选并联时可用。

使用 3D 电芯的电池模块

电池模块右键单击操作
高亮显示
在场景中高亮显示选定的电池电芯。

这仅在停用“选择时自动高亮显示”时有效,从而允许在场景中激活手动选择的部件。自动高亮显示在工具 > 选项 > 可视化 > 在场景中高亮显示部件中打开和关闭。

创建电路元件
由电池模块创建电路元件。将电池模块添加到电路需要电路元件。
创建串联电路元件
仅在选择多个电池模块节点时可用。
提供创建串联电路元件对话框,可在其中设置模块的顺序并指定串联电路是从第一个电池模块的正极还是负极端子开始。在对话框中单击确定时,将为每个选定电池模块创建电路元件,并串联这些模块。
创建并联电路元件
仅在选择多个电池模块节点时可用。
打开创建并联电路元件对话框,其中提供用于激活创建接头的选项。
  • 如果激活创建接头,单击确定时,选定模块将并联,接头电路元件在电路末端开路 — 随时连接更多电路元件。


  • 如果停用创建接头,单击确定时,选定模块将并联,电路末端无开路接头元件。


生成电池部件
生成电池部件。
生成连接器部件
生成电池连接器部件。
创建外壳部件
Simcenter STAR-CCM+ 将创建一个边界框,或采用选定的外壳部件,并从中减去电池模块部件。生成的外壳部件显示在几何 > 部件节点下。
将部件分配给区域
请参见将部件分配给区域参考。
设置连接器电阻加热
生成电池网格之后,此选项将变为可用。
  • Simcenter STAR-CCM+ 创建使用电阻加热模型的物理连续体,并将该物理连续体分配给极耳连接器区域。
  • 在电池网格中,Simcenter STAR-CCM+ 会为极耳和连接器创建体积控制,其默认值为表面基础尺寸的 4%。当启用电阻加热模型时,细化连接器中的网格有助于能量求解器的收敛。
  • Simcenter STAR-CCM+ 会为电流和交界面表面积创建两个报告:BatteryCellCurrent 和 TabStem_Post_Intersect_Area。电池电芯电流报告是体积平均值报告,用于收集通过电芯的电流。系统会自动为其分配电池模块叠片或芯卷区域。极耳柄/接线柱相交区域报告将返回层叠电芯的极耳柄与接线柱之间的相交区域,以及圆柱电芯的端板与接线柱之间的相交区域。
  • Simcenter STAR-CCM+ 根据报告创建电流密度场函数:CurrentDensityToApplyToConnector_IN 和 CurrentDensityToApplyToConnector_OUT。电流从负极耳的接线柱流入,然后从正极耳的接线柱流出。这些场函数将自动应用于适当的交界面。
设置电池部件网格化
为电池电芯创建网格操作。
比较
仅当同时选择两个电池模块时可用 — 这些电池模块可以使用 0D 或 3D 电池模块电芯,但不能同时使用。
打开比较窗口,其中具有差异的电池模块子节点/属性以粉红色高亮显示。全新节点/属性以绿色高亮显示。
复制
用于创建电池模块的副本。
电池模块属性
串联数
设置串联的电池电芯数以形成串,或设置模块内串联的单元数。
并联数
设置并联的电池电芯数以形成单元,或设置模块内并联的串数。
Module Cell Topology(模块单元拓扑)
指定电池电芯之间的连接布局。选项包括:
  • 串联优先

    按照串联数指定的电池电芯数在每个串中进行串联。随后并联并联数串。这是默认设置。

  • 并联优先

    按照并联数指定的电池电芯数在每个单元中进行并联。随后按照串联数指定的单元数进行串联。

模块的局部坐标系
设置与电池模块关联的局部坐标系。
此坐标系用于指定网格单元位置和偏移。极耳连接器也在局部坐标系中模式化。
您不应在模块设置过程中更改模块的局部坐标系部分,因为这样可能会导致极耳连接器位置不正确。
可以在完成单元和连接器设置后更改模块的局部坐标系。但是,如果重新生成电芯和连接器部件,将需要重新定位用于形成图案的极耳连接器集。
配置局部坐标系
激活后,将计算局部坐标系的位置和方向。
电池模块 > 模组配置属性
如果使用模组配置节点配置模组,则这些设置优先于使用电池模块电芯节点定义的设置。
电池模块电芯节点可用于设置电芯成型中的非均匀间距,沿不同的轴对齐串联电芯,并定义沿任何轴或角度翻转的电芯旋转。但是,在手动设置电芯的每个并联串时,使用电池模块电芯节点设置电池慢于使用模组配置节点。
电池电芯
用于选择要在此电池模块中使用的先前导入的电池电芯。选择电池电芯后,将显示进一步的模组配置子节点。
全局偏移
可用于更改每个单独电池模块的位置。
模组配置 > 电池模块配置属性
选项
定义如何在模组中配置电池电芯。
网格:电芯放在规则网格中,该网格定义了串联(行)和并联(列)中的电芯数。
交错:仅适用于螺旋电芯。螺旋电芯放置在交错行中。每个串联电芯中的电芯数确定电芯数。并联串数定义配置中交错行的数量。
端到端:仅适用于螺旋电芯。螺旋电芯根据串联的电芯数端对端层叠放置。并联串数确定了层叠数。
下图从左往右依次显示了网格配置、交错配置和端到端配置。

模组配置 > 模组电芯方向条件 > 电芯方向设置属性
在电池模块中,电芯按串联数 X 并联数网格连接。
选项
每隔一个翻转
翻转每个串内的电芯,使每个电芯的负极耳与相邻电芯的正极耳对齐。翻转电芯不会更改电气连接:翻转电芯可使跟随电路连接的极耳连接器更易于建模。要更改所示电芯的哪一侧对应于开放的正极耳,可以翻转第奇数或偶数个电芯。在模组连接值 > 串联翻转选项节点中设置此属性。
请勿翻转
不翻转任何电芯。使这些极耳保持未对齐状态(例如,在设置一串使用交错电芯布局的圆柱电芯时)。
模组配置 > 模组连接值 > 串联翻转选项属性
选项
模组行中的第一个电芯(例如,电芯 0,0)是奇数电芯。模组行中的第二个电芯(例如,电芯 0,1)是偶数电芯。
从第一个电芯开始翻转
翻转奇数电芯。
从第二个电芯开始翻转
翻转偶数电芯。
模组配置 > 模组布局 > 模组网格定位属性
当模组配置 > 电池模块配置 选项设为网格时可用。
电芯之间的默认偏移和间距设为 0,这会产生相互接触的电芯的有效配置。对于交错配置,如果使用默认定位,则电芯将基于容器的外部直径偏移。
局部坐标系
设置与电池模块关联的局部坐标系。
如果要对电池模块执行全局旋转,需要在相应方向上创建坐标系,然后将其应用于电池模块。坐标系用于处理旋转和全局偏移。
此坐标系用于指定网格单元位置和偏移。极耳连接器也在局部坐标系中模式化。您不应在模组设置过程中更改模组的局部坐标系部分,因为这样可能会导致极耳连接器位置不正确。
偏移类型
指定并联和串联偏移是绝对值还是基于电池电芯尺寸。
并联偏移
以适用于指定偏移类型的单位指定并联偏移。
并联方向
指定应用于并联偏移的矢量方向。
串联偏移
以适用于指定偏移类型的单位指定串联偏移。
串联方向
指定应用于串联偏移的矢量方向。
模组配置 > 模组布局 > 模组交错定位属性
当模组配置 > 电池模块配置 选项设为交错时可用。
交错行偏移
指定交错行之间的几何偏移。
交错行方向
指定应用于交错电池电芯的每一行的矢量方向。默认值为 [1.0, 0.0, 0.0]。
电池电芯之间的间隙
指定交错行中每个电池电芯之间的距离。
局部坐标系
设置与电池模块关联的局部坐标系。
模组配置 > 模组布局 > 模组端到端定位属性
当模组配置 > 电池模块配置 选项设为端到端时可用。
叠片偏移
指定叠片之间的几何偏移。
局部坐标系
设置与电池模块关联的局部坐标系。
模组配置 > 模组布局 > 模组网格尺寸/模组交错尺寸/模组端到端尺寸属性
可通过“模组尺寸”节点指定模组尺寸参数。电池模块的默认尺寸与使用“电池模块”节点(“串联数”和“并联数”属性)设置的串联和并联电芯数相同。
串联数
串联中的电芯数/交错行中的电芯数/层叠中的电芯数。
并联数
并联中的电芯数/交错行数/电芯层叠数。
电池模块 > 外壳几何 > 外壳规范属性
创建电池部件后,将显示外壳几何节点。
电池外壳规范
无外壳规范
不指定外壳。
指定外部边界框
显示电池模块 > 壳值 > 外壳边界框节点。
指定使用部件的外壳
显示电池模块 > 壳值 > 外壳部件节点。
包括内部空隙
激活后,内部电芯体积内的空隙将包含在外壳部件中。
电池模块 > 壳值 > 外壳边界框属性
指定表示外壳的块的角 1 和相对的角 2 的坐标。
电池模块 > 壳值 > 外壳部件属性
将外壳部件设为表示外壳的几何部件。
电池模块 > 电池模块电芯 > [电池模块电芯]属性
这些属性中的大多数都是只读的。
串联指数
只读。在尺寸为 [i, j] 的模组中,指示电芯索引的 i 分量。
并联指数
只读。在尺寸为 [i, j] 的模组中,指示电芯索引的 j 分量。
核心部件
与此电池模块电芯关联的核心部件。
+ 极耳部件
与此电池模块电芯关联的正极耳部件。
- 极耳部件
与此电池模块电芯关联的负极耳部件。
电池电芯
从 Simcenter Battery Design Studio 导入的电池电芯。
平移
指定电芯的位置矢量。
旋转
指定电芯的旋转位置。
方向
激活后,电芯将翻转(旋转 180 度)。
坐标系
与此电池模块电芯关联的坐标系。
电池模块 > 电路模型属性
汇流排电阻
汇流排的电阻。
带电阻
带的电阻。
正极端子电阻
正极端子的电阻。
负极端子电阻
负极端子的电阻。
正极接线柱电阻
正极接线柱的电阻。
负极接线柱电阻
负极接线柱的电阻。
电池模块 > 端子连接 > 端子连接 [n],-/端子连接 [n],+ 属性
复制连接部件
接线柱部件
表示端子连接接线柱部件的几何部件。
汇流排部件
表示端子连接汇流排部件的几何部件。
电池模块 > 极耳连接
电池模块 > 电化学导出
在生成电池模块并且电池部件分配到区域后显示。
适用于包含使用(设置 .tbm 文件时,在 Simcenter Battery Design Studio 中选择的)分布式电池模型的电池电芯的电池模块。通过检查电池电芯节点的电芯单元模型属性,可检查电池电芯使用的是哪种电池模型。
可导出每个指定时间步处电池模块的详细电化学数据。电化学数据导出至配置文件(.pr2 文件),这些配置文件是可在 Simcenter Battery Design Studio 配置文件查看器中读取的文本文件。将为每个电池电芯中的每个电芯模型生成一个 .pr2 文件。例如,对于其电池电芯包含 3x3x1 个电芯模型的单个电芯电池模块,将生成 9 个 .pr2 文件。
导出目录
设置导出的数据文件的目录。
导出频率
设置导出数据的时间间隔。默认值为 1 时,将在每个时间步导出数据。例如,如果将频率设为 4,将每隔四个时间步导出数据。
导出开始时间
设置数据导出开始的具体时间 (s)。
已导出的电池模块单元
选择电池模块中要导出数据的单元。