CN105468878B - 一种通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，步骤1，使用MATLAB/GUI搭建电池包的特征参数设置界面，用户输入参数；步骤2，MATLAB根据输入的参数生成脚本文件；步骤3，生成电池包的几何；步骤4，划分电池包的网格；步骤5，设置电池模型并保存Fluent工程文件；至此电池包有限元建模建立完成。本发明，基于MATLAB/GUI和Ansys脚本，能够建立典型锂离子动力电池包有限元模型并施加载荷，能通过用户界面设置电池尺寸、结构、电池连接方式和散热排布方式等参数，能自动调用ANSYS完成结构建模、网格划分等前处理步骤，能在ANSYS/Fluent中为电池加入载荷，建立锂离子动力电池包的有限元模型，大大缩短仿真建模周期。

Description

一种通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法
技术领域
本发明涉及电池单体有限元仿真的快速建立方法，具体说是一种通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法。尤指根据用户需求利用MATLAB的图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)产生ANSYS的脚本文件，从而自动生成电池包的几何结构、划分网格并设置电池模型。
背景技术
锂离子动力包的热场分布影响电池使用的安全和寿命，为得到优化的电池包设计需要对锂离子动力电池包进行流场和热场的仿真。由于锂离子动力电池包由许多电池串并联组成，连接方式、散热方式和排布方法等都需要精选仿真优化，在电池包仿真时需要投入大量的精力在电池的建模和网格划分等前处理步骤上。
ANSYS是通用的有限元仿真软件，有自己的脚本语言并支持2次开发，Fluent集成了电池模型，但是当电池包内电池很多时，设置非常繁琐。
MATLAB是一款功能非常强大的数学计算软件，并有成熟的界面开发工具GUI。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，基于MATLAB/GUI和Ansys脚本开发一种能够建立典型锂离子动力电池包有限元模型并施加载荷的方法。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，使用MATLAB/GUI搭建电池包的特征参数设置界面，用户通过该界面输入电池包的参数；
步骤2，MATLAB根据步骤1中输入的参数，分别生成以下脚本文件：
对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件；
对应ANSYS/Meshing模块的脚本文件；
对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件；
步骤3，MATLAB调用ANSYS/Geometry模块，读取对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件，生成电池包的几何；
步骤4，MATLAB调用ANSYS/Meshing模块，读取对应ANSYS/Meshing模块的脚本文件，划分电池包的网格；
步骤5，MATLAB调用ANSYS/Fluent模块，读取对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件，设置电池模型并保存Fluent工程文件；
至此电池包有限元建模建立完成。
在上述技术方案的基础上，所述特征参数设置界面包括：
电池包可变参数标注区，
参数设置区，
可设置的参数主要包括：电池单体尺寸和结构、电池数量、电池串并联数量、电池包冷却方式，冷却系统参数和网格划分参数。
在上述技术方案的基础上，MATLAB根据步骤1中用户输入的几何参数生成对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件；
MATLAB根据用户输入的参数生成对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件。
在上述技术方案的基础上，步骤4中，划分电池包的网格后，将电池包网格输出为ANSYS/Fluent网格文件。
在上述技术方案的基础上，MATLAB调用ANSYS/Fluent模块，依次读取生成的ANSYS/Fluent网格文件，读取对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件，生成电池包Fluent模型。
在上述技术方案的基础上，步骤5中，保存Fluent中建立的电池包模型用于仿真和后处理，删除产生的其他中间文件。
在上述技术方案的基础上，ANSYS/Geometry模块读取对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件后，进行如下操作：
步骤3.1，读取用户输入参数，
步骤3.2，建立电池单体模型，
步骤3.3，以步骤3.2中生成的单体电池为基础，阵列生成包内所有电池，
步骤3.4，连接所有电池的极耳，完成电池间的串并联，
步骤3.5，根据用户输入的散热方式及其结构尺寸生成电池包散热介质，
步骤3.6，为电池包内各部件命名，
步骤3.7，根据电池包结构特性将电池包划分为可扫略块。
在上述技术方案的基础上，能在所述特征参数设置界面设置的参数包括：
S1.电池单体几何参数，包括：电池长度、电池宽度、电池厚度、电池极耳位置、电池极耳长度等；
S2.设置电池串并联数量；
S3.设置电池系统冷却方式；
S4.设置电池系统连接片尺寸和连接方式；
S5.设置电池包网格大小。
本发明所述的通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，基于MATLAB/GUI和Ansys脚本，能够建立典型锂离子动力电池包有限元模型并施加载荷，能通过用户界面设置电池尺寸、结构、电池连接方式和散热排布方式等参数，能自动调用ANSYS完成结构建模、网格划分等前处理步骤，能在ANSYS/Fluent中为电池加入载荷，建立锂离子动力电池包的有限元模型，大大缩短仿真建模周期。
附图说明
本发明有如下附图：
图1 MATLAB/GUI电池包参数设置界面；
图2 电池包几何模型生成流程图；
图3 一个12串风冷电池包模型；
图4 一个12串风冷电池包有限元模型。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，包括如下步骤：
步骤1，使用MATLAB/GUI搭建电池包的特征参数设置界面，用户通过该界面输入电池包的参数；
步骤2，MATLAB根据步骤1中输入的参数，分别生成以下脚本文件：
对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件，例如：Geom.js；
对应ANSYS/Meshing模块的脚本文件，例如：Mesh.js；
对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件，例如：Setup.jou；
步骤3，MATLAB调用ANSYS/Geometry模块，读取对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件，生成电池包的几何；
图3展示了一个ANSYS/Geometry模块读取步骤2得到Geom.js脚本文件后生成的12串风冷电池包的几何模型；
步骤4，MATLAB调用ANSYS/Meshing模块，读取对应ANSYS/Meshing模块的脚本文件，划分电池包的网格；
步骤5，MATLAB调用ANSYS/Fluent模块，读取对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件，设置电池模型并保存Fluent工程文件；
至此电池包有限元建模建立完成。
本发明使用MATLAB的图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)生成ANSYS的脚本分别用于在ANSYS/Geometry模块中根据客户需求建立锂离子动力电池包三维几何，在ANSYS/Meshing模块中划分网格以及在ANSYS/Fluent模块中设置电池模型。
在上述技术方案的基础上，如图1所示，所述特征参数设置界面包括：
电池包可变参数标注区，参见图1中界面左侧，
参数设置区，参见图1中界面右侧，
可设置的参数主要包括：电池单体尺寸和结构、电池数量、电池串并联数量、电池包冷却方式，冷却系统参数和网格划分参数。
使用MATLAB/GUI建立的能够根据用户需求调节电池包参数的用户界面，图1展示了一个电池尺寸为198mm×170mm×11mm(长×宽×厚)、极耳尺寸为27mm×80mm×0.3mm(长×宽×厚)的12串电池组参数设置界面。
在上述技术方案的基础上，MATLAB根据步骤1中用户输入的几何参数生成对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件；
MATLAB根据用户输入的参数生成对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件。
在上述技术方案的基础上，步骤4中，划分电池包的网格后，将电池包网格输出为ANSYS/Fluent网格文件。
例如：将电池包网格输出名为Pack.msh的ANSYS/Fluent网格文件
在上述技术方案的基础上，MATLAB调用ANSYS/Fluent模块，依次读取生成的ANSYS/Fluent网格文件(Pack.msh)，读取对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件(Setup.jou)，生成电池包Fluent模型，电池包Fluent模型参见图4。
在上述技术方案的基础上，步骤5中，保存Fluent中建立的电池包模型用于仿真和后处理，删除产生的其他中间文件。
在上述技术方案的基础上，如图2所示，ANSYS/Geometry模块读取对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件后，进行如下操作：
步骤3.1，读取用户输入参数，
步骤3.2，建立电池单体模型，
步骤3.3，以步骤3.2中生成的单体电池为基础，阵列生成包内所有电池，
步骤3.4，连接所有电池的极耳，完成电池间的串并联，本文举例为12个电池串联，实际可以运用于任何电池任何串并联模式，
步骤3.5，根据用户输入的散热方式及其结构尺寸生成电池包散热介质，
步骤3.6，为电池包内各部件命名，
步骤3.7，根据电池包结构特性将电池包划分为可扫略块。
在上述技术方案的基础上，能在所述特征参数设置界面设置的参数包括：
S1.电池单体几何参数，包括：电池长度、电池宽度、电池厚度、电池极耳位置、电池极耳长度等；
S2.设置电池串并联数量；
S3.设置电池系统冷却方式；
S4.设置电池系统连接片尺寸和连接方式；
S5.设置电池包网格大小。
相关ANSYS脚本使用方法详见“ANSYS help”文档。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，使用MATLAB/GUI搭建电池包的特征参数设置界面，用户通过该界面输入电池包的参数；
步骤2，MATLAB根据步骤1中输入的参数，分别生成以下脚本文件：
对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件；
对应ANSYS/Meshing模块的脚本文件；
对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件；
步骤3，MATLAB调用ANSYS/Geometry模块，读取对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件，生成电池包的几何；
步骤4，MATLAB调用ANSYS/Meshing模块，读取对应ANSYS/Meshing模块的脚本文件，划分电池包的网格；
步骤5，MATLAB调用ANSYS/Fluent模块，读取对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件，设置电池模型并保存Fluent工程文件；
至此电池包有限元建模建立完成；
所述ANSYS/Geometry模块读取对应ANSYS/Geometry模块的脚本文件后，进行如下操作：
步骤3.1，读取用户输入参数，
步骤3.2，建立电池单体模型，
步骤3.3，以步骤3.2中生成的单体电池为基础，阵列生成包内所有电池，
步骤3.4，连接所有电池的极耳，完成电池间的串并联，
步骤3.5，根据用户输入的散热方式及其结构尺寸生成电池包散热介质，
步骤3.6，为电池包内各部件命名，
步骤3.7，根据电池包结构特性将电池包划分为可扫略块。
2.如权利要求1所述的通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，其特征在于，所述特征参数设置界面包括：
电池包可变参数标注区，
参数设置区，
所述参数设置区的设置参数包括：电池单体尺寸和结构、电池数量、电池串并联数量、电池包冷却方式，冷却系统参数和网格划分参数。
3.如权利要求1所述的通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，其特征在于：步骤4中，划分电池包的网格后，将电池包网格输出为ANSYS/Fluent网格文件。
4.如权利要求3所述的通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，其特征在于：MATLAB调用ANSYS/Fluent模块，依次读取生成的ANSYS/Fluent网格文件，读取对应ANSYS/Fluent模块的脚本文件，生成电池包Fluent模型。
5.如权利要求1所述的通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，其特征在于：步骤5中，保存Fluent中建立的电池包模型用于仿真和后处理，删除产生的中间文件。
6.如权利要求1所述的通用锂离子动力电池包有限元仿真建模与设置方法，其特征在于：能在所述特征参数设置界面设置的参数包括：
S1.电池单体几何参数，包括：
电池长度、电池宽度、电池厚度、电池极耳位置、电池极耳长度；
S2.设置电池串并联数量；
S3.设置电池系统冷却方式；
S4.设置电池系统连接片尺寸和连接方式；
S5.设置电池包网格大小。
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