幾何模型的建立及網格劃分

為了簡化計算，將電池內核簡化為材料均勻發熱均勻但是導熱各向異性的長方體，整個鋰離子動力電池仿真模型分為正負極柱、電池內核、塑料外殼四個部分，忽略結構之間的間隙。在SolidWo rks中按照IFP66/182/29_5型電池真實尺寸進行建模，為了盡可能保證仿真結果的精確性，保留了單體電池的圓角和一些小的特征，建模后倒入ansys-workbenchl 4.5平臺中的fluid flow Cfluent)模塊，進行仿真分析。

模型倒入workbenchl4.5后，首先在design modeler模塊中進行邊界命名和幾何檢查，之后將模型倒入meshing進行網格劃分，采用proximity and curvature劃分函數，全四面體網格，對細小特征和極耳處進行了局部加密，最終網格數121萬，網格如圖2.12所示。

對復雜幾何模型而言，網格劃分過于粗糙時，網格質量難以保證，會出現大量扭曲嚴重的網格而導致計算失真。因此，有必要在網格劃分之前對幾何模型進行合理的簡化，并對劃分好的網格質量進行檢查以保證網格精度。網格質量檢查的指標包括:扭曲比、細長比、單元翹曲量、單元弦差、雅克比、單元坍塌量等，特別是對于本文采用的CFD軟件Fluent而言，體扭曲比Skewness必須不能超過0.9_5，最好不能超過0.90。除了官方給出的檢查項外，研究者仍需手動檢查網格是否貼體，如果網格并沒有和幾何模型很好的貼合，即使檢查項的各個指標在優秀范圍內，這套網格也是不可接受的。有經驗的前處理人員常常會對流場、溫度場等結果進行預判，提前在其變化梯度比較大的地方提前進行網格加密，以保證計算流體軟件能夠在這個位置將此變量的特征更好的捕捉。

通過以上網格劃分和質量檢查方法，可以保證幾何模型的網格質量并有合理的加密，進而確保計算的收斂性和仿真精度。

仿真條件設定

本節對電池溫度場研究主要是電池單體內部產熱加上電池與空氣進行自然對流的生熱、散熱過程，仿真計算開啟層流模型和能量模型。對能量方程的差分選用二階迎風格式。能量方程的收斂標準為殘差值小于10-7，其他方程收斂標準為殘差值小于10-4。

鋰動力電池只有在很低的溫度下內阻才會變的比較大，鋰動力電池單體仿真時研究的溫度范圍在常溫附近，此時電池內阻發生的變化很小，可在研究中將其近似視為固定值。根據 2.4.2節中的試驗獲得鋰動力電池放電的電池生熱總功率:

Φ=7.1×10-4I2

鋰離子電池發熱體分為正負極柱和電池內核，正負極柱為歐姆內阻發熱，電池內核發熱功率為總功率減去正負極的發熱功率，其中正極極柱內阻為0.054mΩ，負極極柱內阻為0.027mΩ。則電池內核發熱功率為:

Φ=6.29×10-04I2 

選擇常規的壓力基求解器，速度和壓力禍合算法為SIMPLE算法，梯度算法選擇格林一高斯基于節點的算法，其他均選擇二階迎風格式。因為要與實驗比較，瞬態計算的邊界條件設置均與實驗時的工況相同，環境溫度為30℃，時間步長為10S，每時間步迭代步數等均為默認，輻射和對流換熱系數分別設為0.25和4.7W/(m2·K)。

鋰離子動力電池單體熱模型驗證

采用本文建立的鋰離子動力電池單體熱模型，對電池分別進行67A,  133A和200A恒流放電60 min的工況進行模擬計算，圖2.13是第60 min電池單體的溫度云圖。仿真的溫度監控位置和實驗相同，圖2.14是60min內仿真監控點溫度變換曲線及其與實驗值的對比。

本文選擇的是電池測點3的值進行仿真與實驗對比。從圖2.14可知，通過CFD軟件建立的單體電池熱仿真模型得到的溫度測點與實驗值非常接近，具體值相差一直不超過0.7 ℃，驗證了仿真模型的可靠性。通過確認單體電池仿真模型的可靠性，可以為后續的電池成組及其熱管理系統的設計和驗證提供仿真基礎。