最近研究一款电芯的分析软件Ansys workbenceh Flent,可以对电芯进行充放电过程分析，热力学，电流分布进行分析，在学习过程中对所学进行总结，这篇文章即是学笔记。

分析了三款电芯分别是两款方形电芯，一款圆柱电芯。

对齐结构设计是否合理，电流分布是否均匀，热分布是否均匀进行验证，从而来判断那种电芯结构更加合理，三款电芯保证同等的材料，同样的体积，同样的充放电策略，以此来判断电芯的结构性能电芯形状如图所示。

电池的仿真主要有两种第一种为单电位经验电池模型，这种模型主要求解在微观的电池模型他的模型有两部分组成阴极和阳极一般我们认为阳极为活性金属，阳极与阴极之间有隔离层主要防止阳极和阴极直接短路，单电位模型包裹电流收集器阴极和阳极以及中间隔离器，单电位的仿真不能对大型多并连多串连进行仿真，会出现仿真不出来的现象。由于过于复杂一般很少使用，大多使用第二种双电位的仿真模型进行分析。

第二种为双电位MSMD电池模型，是宏观的对电芯进行仿真，可以仿真大型的电芯以及多并连多串联的电芯模型，根据不同的需要MSMD模型分为三种NTGK,ECM,P2D三种模型NTGK是四个人的名称简写他们四个人提出针对电芯仿真的不同的经验模型。ECM是等效电路模型把电芯的化学原理转换成电路原理进行仿真，他用一个电路、电阻、电容加上相应的电流源和电压源组成一个等效电路进行模拟电路，P2D也是一个人提出的一个微的电路模型。

单电位仿真模型和双电位仿真模型都在ANSYS Fluent里面均可找到。有一个特点他们都是隐藏的需要用到一些命令行去调用才能使用。

Fluent电芯仿真也经历了一些列的进步，刚刚开始采用一维模型进行研究再后来提出二维模型的庶民就最近，ANSYS Fluent开始提出三维模型的仿真，基本的仿真可以对电池的电势以及电流密度进行计算，同时也可以对温度与电场耦合进行仿真。单电位可对微观的电芯进行仿真同时他的弊端是计算量很大需要强大的硬件才能看到微观的现象。

第一种 Flent电池模块它的计算原理是需要前期做电池的充放电实验来获取一些数据，基于这些数据，根据不同模型计算，其中应用广泛的有两种一种是NTGK模型，也叫准静态模型，来模拟稳定的充放电过程，如1C充放电等，他需要提供不同倍率下的DOD与电压曲线。如图所示：

在DOD中有从0开始，容量设定为实际参数，其中U和Y为极化曲线设置数值，需要通过不同倍率的充放电测试绘制出极化曲线得到电芯的实际测试参数。其中温度常量需要根据在电芯充放电过程中实际测量所得的数据进行设定。

第二种中ECM模型，也叫动态模型，等效电路模型，原理如图：

这个模型需要提供脉冲充电数据根据其测试的数据，计算出出等效电路里面的所有参数，包括内阻，电流，容量等等的变化，他的计算比NTGK模型的计算更加准确一些。

第三种是纽曼P2D模型，也是一种等效电路的仿真方法比较复杂还需要深入学习，下边使用第一种NTGK模型进行一次简单的分析。

模型定义

根据模拟特性，分别定义带内心，正极，负极，正极输入，负极输入每个电芯有5部分组成。如图所示：

网格划分

对三款电芯进行网格划分，并定义正极负极输入端口。网格划分使用四面格进行划分。

求解器设置

进入Fluent工作界面，设置瞬态分析，在默认的命令窗口输入define/models/addon-mo输入8回车，选择Dual-Potential MSMD Battery Model，在Models工具栏出现MSMD Battery Model 并双击他进入设置界面，选择NTGK分析模型填写电芯容量，放电为1C其他保持默认设置。在Model parameters 设置电芯容量，在后面两个设置界面如图所示进行设置。

设置电芯材料

在材料设置面板处增加电芯，正负极三种材料属性并把所设置好的材料分配给模型上。材料设置完毕以后，设置表面温度场除了正负极输入面其他面导热系数定义为5，其他保持默认。如图所示：

设置计算

计算方面在解决方案控制中去除流体分析，只保留电流分析以及电动势分析。在收敛分析设置中关闭自动收敛根据设定的时间步数进行收敛，在计算项目中设置正极电动势进行计算，得到充放电电压曲线，在表面设定处设定最大温度，得到温升曲线。如图所示：

计算设置

设置时间为30S计算步长为100.如图所示：

后处理

计算完毕后，在后处理设置界面点击云图，分别对电芯的，温度，电流密度，电动势进行计算输出云图以及结果

云图

所得云图

写在最后：

通过分析对比，圆柱电芯热集中在中部，方形电芯热量集中在中部和电极处，通过以上分析可知，热量幅度越小，电流密度越集中均衡，电芯的设计性能越能满足实际需求。