ansys電池安全仿真的案例
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、新能源汽車等領域的研發(fā)工程師與技術管理者，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。
仿真技術為產業(yè)升級帶來的
電池安全設計保駕護航
隨著新能源技術和儲能產業(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研究的深厚積淀，結合Ansys在多物理場仿真平臺的領先能力，旨在為產業(yè)界提供具普適性的解決方案，推動電池安全仿真技術的發(fā)展。
展開 電動車動力電池安全性測試與仿真
從以上幾點變化可以看出，報批稿對電池包結構強度要求至少降低了一半。只要電池包結構的設計不是特別單薄，通過報批稿規(guī)定的測試項目難度并不大。但報批稿只考慮了最基本的安全要求，企業(yè)進行測試和仿真分析時應該采用更加嚴苛的標準。
2 振動疲勞仿真
電池包振動測試是模擬試驗場強化道路激勵，考察電池包的結構耐久性能，試驗裝置如圖1所示。
圖1 電池包振動測試設備
振動測試包含三個方向的隨機振動測試和和三個方向的24Hz定頻測試，必須在同一個試驗對象上實施。報批稿要求電池在振動試驗后無泄漏、外殼破裂、起火或爆炸現(xiàn)象，但疲勞仿真分析無法對起火和爆炸做出判斷，只能判斷電池包結構是否發(fā)生開裂。建議將仿真分析目標值設定為電池包結構的損傷值<0.2，留出一定安全裕度。
電池包隨機振動測試是施加單通道加速度激勵，隨機載荷用如圖2所示的PSD曲線描述，大多數(shù)疲勞軟件都能模擬這種工況。推薦采用頻域疲勞分析軟件CAEFatigue，也可采用更常見的Femfat和nCode軟件。
圖2 報批稿規(guī)定的隨機載荷PSD曲線
雖然報批稿中的載荷PSD曲線是來源于多個車型在通州試驗場的路試，但根據(jù)本人做的一點研究，對于國內大部分整車企業(yè)的整車耐久路試規(guī)范，報批稿所規(guī)定的隨機振動載荷強度是略低于試驗場強化路工況的。也就是說，即使電池包通過了報批稿規(guī)定的隨機振動測試，在試驗場強化路進行整車耐久試驗時，仍有可能出現(xiàn)疲勞破壞。
所以建議進行隨機振動疲勞測試和仿真時，將圖2的PSD曲線提升20%。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys在電池包結構仿真方案中的應用
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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、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)絡直播錄播內容，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”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”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計作品，可選擇的參賽仿真設計主題有16類，涵蓋主要物理領域和新興技術。
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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)境溫度設為220°C。
圖2：內部熱生成與輻射邊界條件
6. 對于輻射問題，設置子步有助于收斂。在分析設置詳情中定義子步，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電池生產制造工藝過程仿真解決方案
客戶案例-CALB
ANSYS Fluent的仿真技術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，涂布質量嚴重影響電池極片質量（面密度）包括后續(xù)工序。
ANSYS電池包行業(yè)結構仿真解決方案
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. 新能源電池結構仿真類別
3. 新能源電池結構仿真解決方案
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)結構仿真分析案例
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 結果分析
以下內容截取自該篇資料
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
（注：文中圖片來自ANSYS官方發(fā)布的公開資料）
ANSYS動力電池仿真應用案例
獲取完整版資料請至公眾號發(fā)送“動力電池”
由于電池研究過程中的物理現(xiàn)象具有相差非常大的時間和空間維度，ANSYS為此提供了MSMD的解決方法；還針對電池使用過程中可能遇到的問題，如短路、熱失控等提供了相應的模型和解決方案。
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 燃料電池產業(yè)鏈
4 動力電池研發(fā)中主要的流體/結構問題
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構強度計算
(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構碰撞計算
(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
6 總結
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結果與效果
? 快速輸出結果（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
（注：文中圖片來自ANSYS官方發(fā)布的公開資料）
7/7 Ansys在電池包結構仿真方案中的應用
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、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
深圳市軟信技術部結構仿真工程師。CAE專業(yè)碩士畢業(yè)，曾就職于國內知名車企，具備多年CAE仿真工作經(jīng)驗，擅長Ansys結構產品線的應用，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。對新能源電池包結構仿真比較了解，服務過國內多家大型新能源電池包生產制造商。
》》點擊立即報名《《
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ANSYS Fluent 2020 R1新功能 電池仿真相關部分
此方法將電池結構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，關注回復“1”，可領取更多熱管理方面資料。
同時本人也在技術鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網(wǎng)格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網(wǎng)格劃分CFD前處理
展開 《ANSYS 動力電池仿真應用案例——新能源汽車專題》現(xiàn)已開放領取
1 電池行業(yè)發(fā)展趨勢
2 燃料電池定義和分類
3 燃料電池產業(yè)鏈
4 動力電池研發(fā)中主要的流體/結構問題
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構強度計算
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構碰撞計算
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
6 總結
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展開 Ansys | 結構仿真融合數(shù)字孿生平臺助力突破安全難題
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Ansys碰撞測試仿真助力NASCAR驗證新一代賽車的安全性并降低成本
在隨后進行物理碰撞測試中，Ansys高度可靠、綜合全面的仿真模型得到了充分驗證。同時，該軟件的云計算功能使NASCAR能夠利用Ansys? Cloud?進行遠程運行和管理大量仿真任務。
NASCAR利用 Ansys仿真進行虛擬碰撞測試，加速了Next Gen賽車的開發(fā)和驗證時間。
NASCAR賽車創(chuàng)新高級副總裁John Probst表示：“Next Gen賽車之所以能夠及時迎戰(zhàn)2022年賽季，Ansys LS-DYNA功不可沒。該工具能夠以高度可靠的結果對碰撞測試進行仿真，使我們能夠突破疫情期間的挑戰(zhàn)，并為物理碰撞測試做好了充分準備。”
NASCAR與Elemance公司通力合作，利用軟件內置的設計優(yōu)化工具執(zhí)行工程和仿真工作，通過仿真提高前后保險杠的防撞性能。
Ansys全球銷售和客戶卓越副總裁Walt Hearn表示：“Ansys的碰撞仿真軟件為用戶提供了獨特的條件，能夠以較高的置信度和精度，實現(xiàn)對眾多變量和條件進行安全分析、測試和可視化。除了提高安全性之外，虛擬測試還可顯著縮短研發(fā)與驗證時間，以及降低材料成本。我們很榮幸能夠看到Ansys仿真解決方案為NASCAR提供全方位的支持，助力Next Gen賽車積極迎戰(zhàn)2022年賽季。”
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