CN105677977A - 一种通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，使用MATLAB生成ANSYS的脚本文件，所述脚本文件用于在ANSYS中建立锂离子动力电池单体的结构建模并划分网格，完成锂离子动力电池有限元仿真的前处理，所述结构建模指建立锂离子动力电池单体的三维几何。本发明，基于MATLAB构造函数，该函数能够生成ANSYS几何建立和划分网格的脚本，适用于建立通用锂离子动力电池有限元模型的前处理；通过MATLAB能完成对电池尺寸、结构和网格密度等参数的设置，并能自动调用ANSYS完成结构建模、划分网格等前处理步骤，建立锂离子动力电池的有限元模型，大大缩短了仿真建模的前处理周期。

Description

一种通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法
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单体有限元仿真前处理方法。尤指根据用户需求利用MATLAB生成ANSYS的脚本文件从而自动生成电池单体的几何结构并划分网格的方法。
背景技术
锂离子动力电池在电动汽车领域得到广泛使用，为使得电池包安全可靠并延长电池包的寿命，对锂离子动力电池的仿真分析非常重要。由于锂离子动力电池的结构、尺寸和封装形式各异，在电池仿真时需要投入大量的精力在电池的结构建模和划分网格等前处理步骤上。
ANSYS是通用的有限元仿真软件，有自己的脚本语言并支持二次开发。
MATLAB是一款功能非常强大的数学计算软件，并有成熟的图形界面开发工具(GraphicalUserInterface，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单体有限元仿真前处理方法，基于MATLAB和ANSYS脚本开发，能自动调用ANSYS完成结构建模、划分网格等前处理步骤，建立锂离子动力电池的有限元模型，大大缩短了仿真建模的前处理周期。
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单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：使用MATLAB生成ANSYS的脚本文件，所述脚本文件用于在ANSYS中建立锂离子动力电池单体的结构建模并划分网格，完成锂离子动力电池有限元仿真的前处理，所述结构建模指建立锂离子动力电池单体的三维几何。
在上述技术方案的基础上，具体包括如下步骤：
步骤1，基于ANSYS的脚本语言的语法和函数，使用MATLAB构造生成可变参数的ANSYS结构建模、划分网格的脚本函数，即ANSYS脚本生成函数；
ANSYS脚本生成函数用于生成ANSYS/Geometry和ANSYS/Meshing的脚本文件，生成的脚本文件用于自动完成电池单体的结构建模和划分网格；
步骤2，使用MATLAB接收用户输入的参数，所述输入的参数包括：锂离子动力电池单体的三维结构、尺寸和划分网格数量；
步骤3，根据用户在步骤2中输入的参数，使用步骤1中建立的ANSYS脚本生成函数生成ANSYS/Geometry和ANSYS/Meshin的脚本文件。
在上述技术方案的基础上，步骤1中可变参数是指能根据用户需求调节参数。
在上述技术方案的基础上，步骤3生成的脚本文件对ANSYS/Geometry模块的具体操作步骤为：
步骤3.1，读取用户输入参数；
步骤3.2，根据电池本体尺寸对电池本体几何建模；
步骤3.3，以电池本体位置和尺寸为基准，进行一个极耳建模；
步骤3.4，根据电池结构并以步骤3.3中生成的极耳为基准，采用对称方法建立另一个极耳的模型；
步骤3.5，电池各部分命名；
步骤3.6，根据电池结构换将电池划分为可扫略块。
在上述技术方案的基础上，步骤3后，还包括以下步骤：
步骤4，通过MATLAB调用ANSYS读取步骤3中生成的ANSYS/Geometry的脚本文件，生成几何模型；
步骤5，根据用户在步骤2中输入的参数，使用步骤1中建立的ANSYS脚本生成函数生成ANSYS/Meshing的脚本文件，脚本文件中为每条边按照客户需求参数设定划分网格数量；
步骤6，通过MATLAB调用ANSYS读取步骤5中生成的ANSYS/Meshing的脚本文件，划分网格；
步骤7，保存网格文件用于仿真和后处理，删除产生的中间文件。
在上述技术方案的基础上，在MATLAB中设置锂离子动力电池单体的几何尺寸参数。
在上述技术方案的基础上，所述锂离子动力电池单体的几何尺寸参数包括：电池长度、电池宽度、电池厚度、极耳位置，极耳长度。
在上述技术方案的基础上，在MATLAB中设置锂离子动力电池单体划分网格参数。
在上述技术方案的基础上，所述锂离子动力电池单体划分网格参数包括：电池长度方向网格数、电池宽度方向网格数、电池厚度方向网格数、极耳长度方向网格数。
本发明所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，基于MATLAB构造函数，该函数能够生成ANSYS几何建立和划分网格的脚本，适用于建立通用锂离子动力电池有限元模型的前处理；通过MATLAB能完成对电池尺寸、结构和网格密度等参数的设置，并能自动调用ANSYS完成结构建模、划分网格等前处理步骤，建立锂离子动力电池的有限元模型，大大缩短了仿真建模的前处理周期。
附图说明
本发明有如下附图：
图1基于MATLAB的ANSYS电池单体几何生成流程图；
图2电池单体几何模型的电池实物；
图3电池单体几何模型的ANSYS/Geometry三维模型；
图4电池单体网格。
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单体有限元仿真前处理方法，使用MATLAB生成ANSYS的脚本文件，所述脚本文件用于在ANSYS中建立锂离子动力电池单体的结构建模并划分网格，完成锂离子动力电池有限元仿真的前处理，所述结构建模指建立锂离子动力电池单体的三维几何。
如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1，基于ANSYS的脚本语言的语法和函数，使用MATLAB构造生成可变参数的ANSYS结构建模、划分网格的脚本函数，即ANSYS脚本生成函数；
ANSYS脚本生成函数用于生成ANSYS/Geometry和ANSYS/Meshing的脚本文件，生成的脚本文件用于自动完成电池单体的结构建模和划分网格；
可变参数是指能根据用户需求调节参数；以一款如图2所示的电池为例：
输入电池本体尺寸为116mm×138mm×7.7mm(长×宽×厚)，
输入极耳尺寸为25mm×80mm×0.3mm(长×宽×厚)，
输入电池长度方向划分网格数量为20，宽度方向为18，厚度方向为5，
输入极耳长度方向划分网格数量为10，宽度方向为12，厚度方向为5；
步骤2，使用MATLAB接收用户输入的参数，所述输入的参数包括：锂离子动力电池单体的三维结构、尺寸和划分网格数量；
步骤3，根据用户在步骤2中输入的参数，使用步骤1中建立的ANSYS脚本生成函数生成ANSYS/Geometry和ANSYS/Meshing的脚本文件。
在上述技术方案的基础上，步骤3生成的脚本文件对ANSYS/Geometry模块的具体操作步骤为：
步骤3.1，读取用户输入参数；
步骤3.2，根据电池本体尺寸对电池本体几何建模；
步骤3.3，以电池本体位置和尺寸为基准，进行一个极耳建模；
步骤3.4，根据电池结构并以步骤3.3中生成的极耳为基准，采用对称方法建立另一个极耳的模型；
步骤3.5，电池各部分命名；
步骤3.6，根据电池结构换将电池划分为可扫略块。
在上述技术方案的基础上，步骤3后，还包括以下步骤：
步骤4，通过MATLAB调用ANSYS读取步骤3中生成的ANSYS/Geometry的脚本文件，生成几何模型；
模型生成结果如图2、3所示，图2为实际电池照片，以实际电池尺寸为输入并使用步骤3生成的脚本文件在ANSYS/Meshing中生成的几何模型如图3；其中电池所有部分均已被划分为可扫略的几何；
步骤5，根据用户在步骤2中输入的参数，使用步骤1中建立的ANSYS脚本生成函数生成ANSYS/Meshing的脚本文件，脚本文件中为每条边按照客户需求参数设定划分网格数量；
步骤6，通过MATLAB调用ANSYS读取步骤5中生成的ANSYS/Meshing的脚本文件，划分网格；
图4展示了使用步骤5生成的脚本文件在ANSYS/Meshing中生成的电池单体网格，网格全部为规整的六面体网格；
步骤7，保存网格文件用于仿真和后处理，删除产生的中间文件。
在上述技术方案的基础上，在MATLAB中设置锂离子动力电池单体的几何尺寸参数，如：电池长度、电池宽度、电池厚度、极耳位置，极耳长度。
在上述技术方案的基础上，在MATLAB中设置锂离子动力电池单体划分网格参数，如：电池长度方向网格数、电池宽度方向网格数、电池厚度方向网格数、极耳长度方向网格数。
ANSYS脚本文件使用方法详见ANSYShelp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 (9)

1.一种通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：使用MATLAB生成ANSYS的脚本文件，所述脚本文件用于在ANSYS中建立锂离子动力电池单体的结构建模并划分网格，完成锂离子动力电池有限元仿真的前处理，所述结构建模指建立锂离子动力电池单体的三维几何。
2.如权利要求1所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，基于ANSYS的脚本语言的语法和函数，使用MATLAB构造生成可变参数的ANSYS结构建模、划分网格的脚本函数，即ANSYS脚本生成函数；
ANSYS脚本生成函数用于生成ANSYS/Geometry和ANSYS/Meshing的脚本文件，生成的脚本文件用于自动完成电池单体的结构建模和划分网格；
步骤2，使用MATLAB接收用户输入的参数，所述输入的参数包括：锂离子动力电池单体的三维结构、尺寸和划分网格数量；
步骤3，根据用户在步骤2中输入的参数，使用步骤1中建立的ANSYS脚本生成函数生成ANSYS/Geometry和ANSYS/Meshin的脚本文件。
3.如权利要求2所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：步骤1中可变参数是指能根据用户需求调节参数。
4.如权利要求2所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：步骤3生成的脚本文件对ANSYS/Geometry模块的具体操作步骤为：
步骤3.1，读取用户输入参数；
步骤3.2，根据电池本体尺寸对电池本体几何建模；
步骤3.3，以电池本体位置和尺寸为基准，进行一个极耳建模；
步骤3.4，根据电池结构并以步骤3.3中生成的极耳为基准，采用对称方法建立另一个极耳的模型；
步骤3.5，电池各部分命名；
步骤3.6，根据电池结构换将电池划分为可扫略块。
5.如权利要求4所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于，步骤3后，还包括以下步骤：
步骤4，通过MATLAB调用ANSYS读取步骤3中生成的ANSYS/Geometry的脚本文件，生成几何模型；
步骤5，根据用户在步骤2中输入的参数，使用步骤1中建立的ANSYS脚本生成函数生成ANSYS/Meshing的脚本文件，脚本文件中为每条边按照客户需求参数设定划分网格数量；
步骤6，通过MATLAB调用ANSYS读取步骤5中生成的ANSYS/Meshing的脚本文件，划分网格；
步骤7，保存网格文件用于仿真和后处理，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单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：在MATLAB中设置锂离子动力电池单体的几何尺寸参数。
7.如权利要求6所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：所述锂离子动力电池单体的几何尺寸参数包括：电池长度、电池宽度、电池厚度、极耳位置，极耳长度。
8.如权利要求1所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：在MATLAB中设置锂离子动力电池单体划分网格参数。
9.如权利要求8所述的通用锂离子动力电池单体有限元仿真前处理方法，其特征在于：所述锂离子动力电池单体划分网格参数包括：电池长度方向网格数、电池宽度方向网格数、电池厚度方向网格数、极耳长度方向网格数。
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