ansys單體電池仿真的案例
鋰離子單體電池仿真熱分析
圖1-鋰離子電池熱失控過程圖
第1階段：電池內(nèi)部熱失控階段
電池在80～90℃時是安全的，溫度升高到90～120℃之間時 SEI 膜開始分解，釋放熱量，溫度升高。但是當溫度達到120～130℃時保護層SEI膜遭到破壞，負極與溶劑、粘結(jié)劑反應，溫度升高，隔膜融化關(guān)閉。溫度繼續(xù)升高至150℃之上后，內(nèi)部電解質(zhì)開始進行分解，繼續(xù)釋放熱量，進一步加熱電池。
第2階段：電池鼓包階段
電池溫度達到200℃之上時，正極材料分解，釋放出大量熱和氣體，持續(xù)升溫。250-350℃嵌鋰態(tài)負極開始與電解液發(fā)生反應。
第3 階段：電池熱失控，爆炸失效階段
在反應發(fā)生過程中，電解液與正極反應產(chǎn)生的氧氣劇烈反應并進一步使電池發(fā)生熱失控。
鋰離子電池熱失控成因
其實一般電池內(nèi)短路在電子產(chǎn)品中出現(xiàn)的概率是千萬分之一，也就是說平時生活中用到的單個電池安全性相對較高。但是在電動汽車中，一輛電動汽車的電池組需要幾千個電池組成，這樣發(fā)生熱失控的概率就由千萬分之一上升到千分之一。而且電動汽車的電池一旦發(fā)生危險，后果將非常嚴重，研究電池熱失控的成因變得尤為重要。
1生產(chǎn)過程
圖2-電池生產(chǎn)過程
①正極材料
正極材料的安全性能主要包括過充安全性和熱穩(wěn)定性，在氧化狀態(tài)下，正極材料發(fā)生放熱分解反應，并釋放氧氣。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys在電池包結(jié)構(gòu)仿真方案中的應用
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電動汽車采用鋰離子動力電池包安全性測試方法中涉及到很多項目，包括振動、機械沖擊、跌落、翻轉(zhuǎn)、模擬碰撞、擠壓、溫度沖擊等。Ansys Mechanical和Ansys LS-Dyna針對這些需求可以提供相應解決方案。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學習。
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立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術(shù)”圖片作品大賽
為紀念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術(shù)”圖片作品大賽，讓您有機會充分發(fā)揮自身超強的建模能力，開展巧奪天工的設(shè)計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設(shè)計作品，可選擇的參賽仿真設(shè)計主題有16類，涵蓋主要物理領(lǐng)域和新興技術(shù)。
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展開 Ansys+清華大學：聚焦電池安全，探索仿真前沿
5月27日-28日，由Ansys與清華大學車輛與運載學院聯(lián)合主辦的“熱失控實驗與仿真培訓班”在清華大學順利舉行。此次培訓聚焦電池安全的前沿話題，吸引了來自動力電池、儲能電池、新能源汽車等領(lǐng)域的研發(fā)工程師與技術(shù)管理者，通過理論講解、實驗操作與案例建模等形式，全面剖析電池熱失控的成因、演化機制與仿真預測方法，活動現(xiàn)場座無虛席，反響熱烈。
仿真技術(shù)為產(chǎn)業(yè)升級帶來的
電池安全設(shè)計保駕護航
隨著新能源技術(shù)和儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，動力電池和儲能電池系統(tǒng)在高能量密度、高倍率充放電等方面持續(xù)升級，與之俱來的電池熱失控熱蔓延風險日益凸顯，工程仿真在電池安全設(shè)計中的作用也愈發(fā)重要。如何精準預測并有效抑制熱失控，成為整個產(chǎn)業(yè)鏈亟需解決的核心難題。
尤其目前，工業(yè)和信息化組織制定的強制性國家標準——《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（GB38031-2025）正式發(fā)布，將于2026年7月1日起施行。新國標首次提出因內(nèi)短路發(fā)生熱失控后不起火不爆炸的要求，被稱為“史上最嚴電池安全令”。動力電池新國標實施后將有效降低碰撞后新能源汽車動力電池燃燒的風險，可以更好地保護消費者的生命安全，同時也對所有整車和電池企業(yè)提出新要求，尤其是對熱失控熱蔓延核心技術(shù)提出了更高的要求。
針對這一背景，Ansys與清華大學攜手打造此次培訓班，依托清華大學在電池安全基礎(chǔ)研究的深厚積淀，結(jié)合Ansys在多物理場仿真平臺的領(lǐng)先能力，旨在為產(chǎn)業(yè)界提供具普適性的解決方案，推動電池安全仿真技術(shù)的發(fā)展。
展開 Ansys 案例研究 | 太陽能電池板熱吸收仿真分析
太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩(wěn)態(tài)下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應。
目標
觀察由于一個發(fā)熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
步驟
1. 打開 Ansys Workbench，創(chuàng)建一個穩(wěn)態(tài)熱分析系統(tǒng)（Steady State Thermal Analysis system）。
2. 定義材料屬性。大多數(shù)太陽能電池板由硅制成，此處僅作演示使用硅材料。球體采用鋼材作為材料，用以表示熱源。
3. 導入模型，其外觀如圖1所示。
圖1：太陽能電池板與熱源
4. 為幾何模型賦予材料屬性。
5. 對球體施加10000W/m3 的內(nèi)部熱生成，用以表示發(fā)熱物體；然后在球體表面與太陽能電池板上表面之間定義表面對表面輻射，使熱量通過輻射在這兩個表面之間傳遞，如圖2所示。發(fā)射率取值為0.7，假設(shè)太陽能電池板頂部未覆蓋玻璃蓋板，該值可在0.7至0.95之間變化。環(huán)境溫度設(shè)為220°C。
圖2：內(nèi)部熱生成與輻射邊界條件
6. 對于輻射問題，設(shè)置子步有助于收斂。在分析設(shè)置詳情中定義子步，如圖3所示。
圖3：為分析定義的子步
7. 采用線性網(wǎng)格對模型進行劃分并求解分析。得到的太陽能電池板表面的熱流密度矢量圖和溫度分布如圖4和圖5所示。
展開 
Ansys電池生產(chǎn)制造工藝過程仿真解決方案
客戶案例-CALB
ANSYS Fluent的仿真技術(shù)在鋰電池工藝制造應用
極片涂布仿真介紹
涂布工序在極片工序中相當重要，涂布質(zhì)量嚴重影響電池極片質(zhì)量（面密度）包括后續(xù)工序。
ANSYS電池包行業(yè)結(jié)構(gòu)仿真解決方案
獲取完整版資料
目前動力電池開發(fā)中面臨的問題：
? 性能(能量密度及功率密度)
? 耐用性和使用壽命(考慮在不同環(huán)境和使用周期)
? 安全性(考慮惡劣環(huán)境)
? 費用成本
? 復雜的多尺度、多物理場系統(tǒng)
? 快速發(fā)展的材料和設(shè)計理念
? 現(xiàn)有軟件工具局限性
目錄
1. 動力電池開發(fā)中面臨的問題
2. 新能源電池結(jié)構(gòu)仿真類別
3. 新能源電池結(jié)構(gòu)仿真解決方案
3.1 新能源動力電池整包自重分析
3.2新能源汽車動力電池模組強度分析
3.3新能源汽車動力電池單體強度分析
3.4新能源汽車動力電池pack振動性能仿真
3.5新能源電池包機械沖擊仿真
3.6 新能源汽車動力電池單體跌落仿真
3.7 新能源電池包跌落仿真
3.8 基于Mechanical的新能源動力電池整包擠壓計算
3.9 新能源動力電池包PSD隨機振動及疲勞壽命計算
4. 電池包行業(yè)結(jié)構(gòu)仿真分析案例
4.1 ANSYS解決方案的特點
4.2 電池包模型，材料，與網(wǎng)格
4.3 電池包邊界條件和求解
4.4 電池包案例分析
4.5 結(jié)果分析
以下內(nèi)容截取自該篇資料
新能源動力電池整包自重分析
輸入條件：電池包整包的3D分析模型，材料力學屬性，標準重力加速度及安裝孔固定約束。
仿真流程：
? 目的：研究電池包在自重作用下的強度。
? 載荷：標準的重力加速度。
? 邊界條件：電池底部安裝孔固定。
結(jié)果與效果：
? 電池重量大的地方位移就大，圖中右下角模組位移最大0.1mm。
展開 干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
圖8 ECM建模流程
3.1 獲取電池充放電曲線
需要通過試驗測定單體電池的兩組特性曲線數(shù)據(jù)：
a) 開路電勢 vs SOC曲線（open circuit potential vs SOC (state of charge) ）
b) 脈沖放電情況下的瞬態(tài)電勢（transient potential under pulse discharge）
3.2 生成ECM
這個和ROM生成過程一致，基于上一步的試驗數(shù)據(jù)，在Simplorer中使用專門的ECM萃取工具生成單體電池的ECM模型。
3.3 搭建電池包電路模型
根據(jù)實際情況，將單體電池ECM模型通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式搭建電池包的電路模型，其中還可以加入電機、電阻負載等電路元件。
3.4 在Simplorer完成電池包電路仿真
模型搭建完成之后就可以在Simplorer中進行電池包電路系統(tǒng)的仿真分析，得到各種電池特性曲線，其中電池的熱耗散可以作為CFD分析的熱源輸入數(shù)值，用于與ROM的耦合分析。
展開 ANSYS動力電池仿真應用案例
目錄
1 電池行業(yè)發(fā)展趨勢
2 燃料電池定義和分類
3 燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈
4 動力電池研發(fā)中主要的流體/結(jié)構(gòu)問題
5 ANSYS動力電池應用案例
(1) PEMFC燃料電堆模擬
(2) 反應濕度對PEMFC性能影響
(3) PEMFC水管理
(4) 燃料電池電芯仿真
(5) 電池單體倍率性能分析
(6) 基于MSMD方法的電池單體熱仿真
(7) 電池單體熱仿真
(8) 電池PACK串并聯(lián)電特性分析
(9) 電池熱失控分析
(10) 基于MSMD方法的電池包短路仿真
(11) 電池針刺或內(nèi)外部短路分析
(12) 電池PACK散熱分析
(13) 基于Fluent的電池包熱管理
(14) 動力電池熱分析
(15) 基于MSMD方法的電池包熱仿真
(16) 新能源動力電池BMS系統(tǒng)低溫加熱計算
(17) 基于LTI ROM降階模型的電池包熱仿真
(18) 基于SVD ROM降階模型的電池包熱仿真
以下內(nèi)容截取自該篇資料
PEMFC燃料電堆模擬
①輸入條件
? 燃料及空氣進口質(zhì)量流量、化學計量數(shù)比
? 指定固相電勢邊界條件: 電壓Vcell
? 定壁溫熱壁面邊界
②仿真流程
③結(jié)果
反應濕度對PEMFC性能影響
①輸入條件
? 燃料及空氣進口流量、溫度
? 不同層的材料屬性
? 熱壁面邊界條件
②仿真流程
? 幾何模型處理
? 六面體網(wǎng)格劃分
? Fluent中通用模塊設(shè)置及PEMFC模塊設(shè)置
? 求解計算得出基本標量值及特定標量值
③結(jié)果
PEMFC水管理
①輸入條件
? 燃料及空氣進口流量
展開 ANSYS新能源汽車動力電池仿真應用案例
目錄
1電池行業(yè)發(fā)展趨勢
2 燃料電池定義和分類
3 燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈
4 動力電池研發(fā)中主要的流體/結(jié)構(gòu)問題
5 ANSYS動力電池應用案例——新能源汽車專題
(1) 新能源車電池仿真
(2) 新能源動力電池BMS系統(tǒng)自然冷卻CFD計算
(3) 新能源車電池鋁容器結(jié)構(gòu)強度計算
(4) 新能源汽車動力電池模組強度分析
(5) 新能源汽車動力電池單體強度分析
(6) 某動力電池PACK跌落分析
(7) 動力電池PACK隨機振動分析案例
(8) 新能源動力電池包PSD隨機振動及疲勞壽命計算
(9) 商用車電池包懸掛支架解決方案
(10) 電池包振動疲勞分析及改進
(11) 新能源電池包擠壓仿真
(12) 新能源電池包機械沖擊仿真
(13) 基于Mechanical的新能源動力電池整包沖擊計算
(14) 基于ANSYS LS DYNA的新能源動力電池整包結(jié)構(gòu)碰撞計算
(15) 鋰離子動力電池濫用工況多物理場耦合仿真
(16) 燃料電池電堆組裝過程分析
(17) 電池包網(wǎng)格生成技術(shù)
6 總結(jié)
新能源車電池仿真
①輸入條件
? 建立冷態(tài)的CFD模型
? 電池熱失控實驗數(shù)據(jù)/熱失控初始溫度
②仿真流程
③結(jié)果與效果
? 快速輸出結(jié)果（幾秒鐘）
? 得到熱失控電池溫度場變化，及其多米諾效應
新能源動力電池BMS系統(tǒng)自然冷卻CFD計算
①輸入條件
電池包整包的3D分析模型，電芯發(fā)熱功率，外部載荷條件及邊界約束條件。
展開 干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
圖8 ECM建模流程
3.1 獲取電池充放電曲線
需要通過試驗測定單體電池的兩組特性曲線數(shù)據(jù)：
a) 開路電勢 vs SOC曲線（open circuit potential vs SOC (state of charge) ）
b) 脈沖放電情況下的瞬態(tài)電勢（transient potential under pulse discharge）
3.2 生成ECM
這個和ROM生成過程一致，基于上一步的試驗數(shù)據(jù)，在Simplorer中使用專門的ECM萃取工具生成單體電池的ECM模型。
3.3 搭建電池包電路模型
根據(jù)實際情況，將單體電池ECM模型通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式搭建電池包的電路模型，其中還可以加入電機、電阻負載等電路元件。
3.4 在Simplorer完成電池包電路仿真
模型搭建完成之后就可以在Simplorer中進行電池包電路系統(tǒng)的仿真分析，得到各種電池特性曲線，其中電池的熱耗散可以作為CFD分析的熱源輸入數(shù)值，用于與ROM的耦合分析。
展開 7/7 Ansys在電池包結(jié)構(gòu)仿真方案中的應用
簡介：
電動汽車采用鋰離子動力電池包安全性測試方法中涉及到很多項目，包括振動、機械沖擊、跌落、翻轉(zhuǎn)、模擬碰撞、擠壓、溫度沖擊等。Ansys Mechanical和Ansys LS-Dyna針對這些需求可以提供相應解決方案，本次網(wǎng)絡(luò)研討會將介紹包括在Ansys SpaceClaim中的模型處理，在Ansys Mechanical中的電池包模態(tài)分析，諧響應分析，在Ansys LS-Dyna中振動，沖擊跌落顯式分析，在nCode DesignLife中振動疲勞分析，詳細介紹動力電池包安全性測試要求及仿真解決方案。
時間：
2020/07/07 16:00
講師簡介：
張寅
深圳市軟信技術(shù)部結(jié)構(gòu)仿真工程師。CAE專業(yè)碩士畢業(yè)，曾就職于國內(nèi)知名車企，具備多年CAE仿真工作經(jīng)驗，擅長Ansys結(jié)構(gòu)產(chǎn)品線的應用，特長是Ansys Mechanical的非線性分析，振動分析，LS-Dyna碰撞分析，以及nCode Designlife疲勞分析。對新能源電池包結(jié)構(gòu)仿真比較了解，服務過國內(nèi)多家大型新能源電池包生產(chǎn)制造商。
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ANSYS Fluent 2020 R1新功能 電池仿真相關(guān)部分
此方法將電池結(jié)構(gòu)分為可復制及不可復制部分單元，分別對其生成面網(wǎng)格，然后對可復制單元進行復制陣列操 作，處理好interface后，即可生成體網(wǎng)格； 此方法的好處在于：面網(wǎng)格生成速度更快，質(zhì)量更高；針對復雜模型效率高
之前方法擬合過程需要使用TUI命令進行大量過程操作，工作量大且不直觀； 現(xiàn)方法通過GUI直接選取文件，擬合選項等，大大減少了用戶工作量； 注意：對于多溫度擬合過程需要對NTGK及HPPC數(shù)據(jù)格式進行修改（默認300K)，請聯(lián)系井文明獲取相關(guān)程序。
此方法適用于電池材料及電極級研究，比newman P2D模型簡單，可對電池反應過程中的微觀現(xiàn)象進行模擬仿真。
使用此模型，我們可以模擬電池電壓在不同充電/放電速率下SOC如何變化。
通用使用FMI接口，可實現(xiàn)fluent與第三 方軟件間的聯(lián)合仿真，如simulink, matlab, cosmol；前提是第三方軟件可將相應模型導出為FMI2.0格式的FMU文件，如上圖，以共軛傳熱為例，將第三方 FMU導入，實時將電池總熱功率導入到 fluent中作為源項，進行共軛傳熱計算。
公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術(shù)，關(guān)注回復“1”，可領(lǐng)取更多熱管理方面資料。
同時本人也在技術(shù)鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設(shè)計課程如下
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1 電池行業(yè)發(fā)展趨勢
2 燃料電池定義和分類
3 燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈
4 動力電池研發(fā)中主要的流體/結(jié)構(gòu)問題
5 ANSYS動力電池應用案例——新能源汽車專題
5.1 新能源車電池仿真
5.2 新能源動力電池 BMS 系統(tǒng)自然冷卻 CFD 計算
5.3 新能源車電池鋁容器結(jié)構(gòu)強度計算
5.4 新能源汽車動力電池模組強度分析
5.5 新能源汽車動力電池單體強度分析
5.6 某動力電池 PACK 跌落分析
5.7 動力電池 PACK 隨機振動分析案例
5.8 新能源動力電池包 PSD 隨機振動及疲勞壽命計算
5.9 商用車電池包懸掛支架解決方案
5.10 電池包振動疲勞分析及改進
5.11 新能源電池包擠壓仿真
5.12 新能源電池包機械沖擊仿真
5.13 基于 Mechanical 的新能源動力電池整包沖擊計算
5.14 基于 ANSYS LS DYNA 的新能源動力電池整包結(jié)構(gòu)碰撞計算
5.15 鋰離子動力電池濫用工況多物理場耦合仿真
5.16 燃料電池電堆組裝過程分析
5.17 電池包網(wǎng)格生成技術(shù)
6 總結(jié)
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展開 【Ansys線上直播回看】LS-DYNA在電池濫用上的多物理場仿真介紹
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使用同一模型可以同時求解結(jié)構(gòu)-熱-電磁等多方面的多物理場問題，可以應用在電池的擠壓方面，一次性得到結(jié)構(gòu)變形信息、熱信息、電流電壓及SOC剩余載荷等信息。本次網(wǎng)絡(luò)研討會介紹了LS-DYNA中電阻加熱求解器的概念及應用、結(jié)構(gòu)與熱耦合、兩個導體間的接觸等，以及電池模組、Randles 等效電路、實體單元模型、厚殼單元模型、Macro模型等相關(guān)內(nèi)容。
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2. 新能源電池結(jié)構(gòu)仿真類別
3. 新能源電池結(jié)構(gòu)仿真解決方案
3.1 新能源動力電池整包自重分析
3.2新能源汽車動力電池模組強度分析
3.3新能源汽車動力電池單體強度分析
3.4新能源汽車動力電池pack振動性能仿真
3.5新能源電池包機械沖擊仿真
3.6 新能源汽車動力電池單體跌落仿真
3.7 新能源電池包跌落仿真
3.8 基于Mechanical的新能源動力電池整包擠壓計算
3.9 新能源動力電池包PSD隨機振動及疲勞壽命計算
4. 電池包行業(yè)結(jié)構(gòu)仿真分析案例
4.1 ANSYS解決方案的特點
4.2 電池包模型，材料，與網(wǎng)格
4.3 電池包邊界條件和求解
4.4 電池包案例分析
4.4.1 模型處理
4.4.2 網(wǎng)格劃分
4.4.3連接設(shè)置
4.4.4 跌落求解設(shè)置
4.5 結(jié)果分析
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