動力電池模態的案例
CAE技術在電動汽車動力電池振動疲勞性能上的應用
動力電池是電動汽車安全相關重要部件，動力電池安全性能是電動汽車安全性能的重中之重。 為保證動力電池安全，國內外制定了一系列動力電池相關技術法規； 相關技術法規(例如 ISO12405-3， IEC 62660， ECE R100.2， SAE J2929， UL 2580， GB/T 31467.3等)， 對動力電池振動性能及其試驗測試都做出相關規定。應用CAE仿真技術可以在動力電池樣件制造出之前對其振動能否達到要求進行預估計算，并幫助提高動力電池振動疲勞性能。
電池包振動疲勞分析
輸入參數
某電動汽車電池箱體采用鈑金件設計，電芯采用18650電池并設計為標準模塊。 經網格處理，賦予材料及厚度等屬性后， 計算電池總重 360.1kg，與原電池估算重量（360kg）相比誤差僅 0.1kg。
（動力電池建模處理）
模態與頻響
約束動力電池與車身連接位置自由度，計算 200Hz 以下約束模態。電池包 200Hz 以上共有 68 階模態，其中前 8 階皆為上蓋模態（表 1） ，電池上蓋剛度差，模態頻率低，是振動疲勞風險區域，需在后續分析中關注。 根據模態分析結果對電池進行頻響分析， 由上蓋中心點頻響結果， Z 向響應遠大于 X 向/Y 向響應，動力電池振動疲勞風險為 Z 向振動時上蓋位置。
展開 CAE技術在電動汽車動力電池振動疲勞性能上的應用
動力電池是電動汽車安全相關重要部件，動力電池安全性能是電動汽車安全性能的重中之重。為保證動力電池安全，國內外制定了一系列動力電池相關技術法規； 相關技術法規(例如 ISO12405-3， IEC 62660， ECE R100.2， SAE J2929， UL 2580， GB/T 31467.3等)， 對動力電池振動性能及其試驗測試都做出相關規定。應用CAE仿真技術可以在動力電池樣件制造出之前對其振動能否達到要求進行預估計算，并幫助提高動力電池振動疲勞性能。
電池包振動疲勞分析
輸入參數
某電動汽車電池箱體采用鈑金件設計，電芯采用18650電池并設計為標準模塊。 經網格處理，賦予材料及厚度等屬性后， 計算電池總重 360.1kg，與原電池估算重量（360kg）相比誤差僅 0.1kg。
（動力電池建模處理）
模態與頻響
約束動力電池與車身連接位置自由度，計算 200Hz 以下約束模態。電池包 200Hz 以上共有 68 階模態，其中前 8 階皆為上蓋模態（表 1） ，電池上蓋剛度差，模態頻率低，是振動疲勞風險區域，需在后續分析中關注。 根據模態分析結果對電池進行頻響分析， 由上蓋中心點頻響結果， Z 向響應遠大于 X 向/Y 向響應，動力電池振動疲勞風險為 Z 向振動時上蓋位置。
展開 電動汽車動力電池振動疲勞性能優化
電池上蓋加筋優化分析結果如圖所示，優化后第一階模態頻率增加到39.55Hz，提高53.9%；優化后電池鈑金件上蓋一階頻率滿足經驗要求。
3.2優化設計及驗證
根據動力電池上蓋形貌優化結果，考慮到制造工藝問題，電池上蓋加17條長200mm寬45mm深3mm長度方向筋，電池上蓋內部中間位置加2條寬度方向筋作為模態加強方案。優化后動力電池第一階模態頻率提高為40.07Hz，相比電池原始設計提高72.3%；優化后電池0-200Hz頻率范圍內共50階模態，相比原始狀態68階模態頻率分布密度降低36%；這些改進都對動力電池振動疲勞性能提升帶來有利影響。
展開 新能源動力電池 | 結構分析完整解決方案
動力電池的結構分析解決方案
新能源動力電池包結構仿真分析的完整解決方案，能夠幫助客戶全面的預測和驗證動力電池包結構的靜力性能、抗振性能、抗沖擊性能以及抗擠壓性能等。主要使用軟件工具為ANSYS Mechanica和ANSYS Dyna，涉及的仿真類型主要包括：強度分析、剛度分析、模態分析、隨機振動分析、定頻振動分析、疲勞分析、機械沖擊分析、跌落分析、擠壓分析、球擊分析等。
1、 動力電池的強度分析
2、
電池包在各種加速度慣性載荷下的強度分析，查看應力結果。
2、動力電池的剛度分析
電池包在各種加速度慣性載荷下的剛度分析，查看位移結果。
3、動力電池的模態分析
電池包的約束模態分析，查看模態頻率和模態振型。
4、動力電池的隨機振動分析
電池包在PSD譜下的隨機振動分析，查看位移和應力結果。
5、動力電池的定頻振動分析
電池包在固定頻率下的定頻振動分析，查看位移和應力結果。
6、動力電池的疲勞分析
電池包在確定振動條件和時長下的疲勞分析，查看損傷和壽命結果。
7、動力電池的機械沖擊分析
電池包在半正弦加速度慣性載荷下的機械沖擊分析，查看位移、應力以及塑性應變結果。
8、動力電池的跌落分析
電池包在指定高度下落的跌落分析，查看位移、應力以及塑性應變結果。
展開 
預計2025年我國將需要近900GWh的動力電池 | 動力電池產業報告（2022版）
具體來看：
1、構建出行全場景的補能體系，實現跨城出行以及提高續航里程和解決低溫性能衰減等方面能有效解決充電和續航焦慮；
2、加強電池云端監測和電池熱傳播途徑技術創新能有效降低動力電池熱失控風險，提升安全性；
3、鈉離子電池、4680電池、采用硅碳負極材料和無鈷正極材料的高鎳低鈷電池及固態電池等新一代產品將加速落地。其中，鈉離子電池受限于能量密度，未來或將作為鋰電池的補充，用于儲能、低速電動車等特定場景。全固態電池要想實現2025年量產，還需突破成本、循環壽命以及生產工藝等挑戰；
4、CTP、CTC技術能極大提高體積效率和能量密度并降低成本，將加快在車端的導入和應用。
本報告共分為四個部分。第一部分是研究背景，包含動力電池產業鏈、政策和產業最新動態介紹；第二部分是國內市場分析，重點分析了動力電池市場現狀并預測了未來動力電池產業需求和動力電池回收市場規模；第三部分是技術趨勢分析，重點分析了系統趨勢、新一代動力電池技術、電池材料發展和回收技術；第四部分是對重點企業進行布局和產品進展進行展示，如最近很火的欣旺達和蜂巢能源等。
從產業鏈來看，動力電池包含上游原材料開采，中游動力電池生產和下游動力電池應用和回收等多個環節。其中，動力電池原材料涉及面非常廣，如電芯生產端就包含生產三元正極的鎳鈷錳、碳酸鋰或氫氧化鋰等原材料，也有生產磷酸鐵鋰正極的碳酸鋰和硫酸鐵，還有制備隔膜、電解液以及隔膜等相關原材料。而生產過程主要包含電芯、BMS、熱管理和殼體以及動力電池產品等制造。
展開 電動汽車動力電池均衡方法研究 附電動汽車動力電池管理系統設計譚曉軍下載
1引言
電動汽車在運行過程要依靠大量電池進行動力支撐，為電動汽車提供動力組合電池被稱為動力電池，動力電池通常是將許多單獨電池進行組合，經過串聯手法形成的大型電源供應裝置，在日常生活中，最為常見的動力電池通常是由280個電壓在1.2V的單獨氫電池構成，其內部電量容積為336V。在使用動力電池的過程中，由于內部組合電池存在差異性，并且對外界反應程度不統一，因此在使用過程隨著使用時間的增加，會導致組合電池之間的差異性更加顯著，不能在進行高效的運轉，甚至還會對周圍電池造成損壞。在電量耗光后如果不對其中性能較差的電池進行更換或維修，就會導致該種電池繼續存在于動力電池中，嚴重危害整體電池的使用周期，還可能會在使用過程中內部溫度的升高作用下，產生大量的熱能使得電池爆炸，造成安全事故的發生。因此進行均衡方式對動力電池的差異進行應對就顯得十分重要。
2均衡方法
在動力電池中要探查組合電池的差異，首先要對電池進行荷電狀況的檢查，電池荷電狀況時電池功能差異的體現，也是進行均衡處理最為高效的途徑。但在對電池的荷電狀況進行檢測時，荷電狀況會隨著周圍環境的溫度、電池放電速率以及復合次數影響，所得出的數值與實際存在較大出入。并且要進行每一個動力電池的荷電狀況檢測，工作量較大，進行電池檢測、維修、更換的成本較高，缺乏實用性。針對上述情況，應當引入均衡技術進行動力電池檢測，能夠大幅度優化檢測流程。電池內部存在的均衡電壓能夠在一定程度上壓制電池的荷電狀況，使用分類均衡能夠有效提高進行電池均衡的效率，并且減少了成本投入。
2.1集中均衡方法
集中均衡就是將動力電池內部的所有電池的均衡電路設置在一個均衡裝置中，其均衡框架示意如下圖1所示。
展開 預計2025年國內動力電池出貨量將接近460GWh丨新能源動力電池產業報告（2021版）
2020年全球新能源汽車市場穩步增長，動力電池裝機量隨之同步增長，中韓企業領跑行業，日系僅松下進入TOP10，主流車企加速布局動力電池業務，新材料、新工藝成為電池企業技術研發的重點方向；磷酸鐵鋰性能上限持續被挖掘，市占率有所回升，動力電池安全問題在技術的創新下得到緩解。
受益于新能源汽車的快速滲透，預計2025年動力電池需求量將接近1000GWh，2030年超過2500GWh；三元仍是未來主流技術路線，隨著電池產品技術迭代升級，下一代三元電池電芯成本有望在2023年實現80美元/kWh，電池包成本將有望下降至95美元/kWh。
蓋世汽車研究院圍繞動力電池產業現狀及發展趨勢、市場分析、技術與成本、重點企業進展及規劃等方面對產業進行解讀，為電動車產業人員、電池從業人員、車企人員、投資機構及相關讀者提供參考。
展開 電池pack是什么？形式各異的動力電池是怎么組裝起來的！
或許大家都聽說過電動汽車的動力電池有很多不同的形狀，比如方形的，圓柱的等，而且根據各個廠家的不同需要電池還會有相應的改變，那么這是如何實現的呢？這就得提到電池pack工藝了。
Pack的意思就是包裝，電池pack指的就是組合電池，也就是動力電池的包裝、封裝或者裝配過程。我們都知道動力電池內部包括電解液、隔膜、正/負極材料等，這些東西組合在一起成了電芯；而多個單獨的電芯通過特定的方式進行包裝成組最后就形成了我們的動力電池，動力電池加上電池管理系統、電氣和機械系統等就能夠變成電動汽車的能量來源，而這整個過程所用到的就是電池pack。
整個動力電池的pack過程包括四個工藝，分別是裝配、氣密性監測、軟件刷寫以及電性能監測工藝。
在包裝階段，電池通過激光焊接、超聲波焊接以及脈沖焊接，或是通過彈性金屬片接觸等方式組裝成電池包，之后就會進行裝配，主要通過螺帽、螺栓、扎帶、卡箍線束拋釘等將電池包裝配在電動汽車之上，讓其跟其他部分形成動力總成。
氣密性檢測是一個十分重要的環節，畢竟動力電池安裝在新能源汽車的座椅下方，距離車上的人員很近，而且跟外界直接接觸，如果氣密性不好就可能出現泄漏，而且空氣、灰塵等也可能會進入電池內部，硬性性能。另外，在路上行駛的車難免會遇到雨天，如果氣密性不好，電車有可能會短路或者出現漏電現象，嚴重威脅車內人員安全。
軟件刷寫工藝就是將BMS控制策略以代碼的形式刷入到BMS中的CMU和BMU中，電子控制單元會對電池測試和使用過程中采集的電池狀態信息進行數據數據處理和分析，然后根據分析結果對系統內的相關功能模塊發出控制指令，通過這一工藝用戶可以實現對電池狀態的實時把控，確保行車安全。
最后要進行的是電性能檢測工藝，它是在產品下線之前必做的檢測工藝。
展開 中航鋰電50GWh動力電池及儲能電池項目落戶合肥
8月10日，中航鋰電與合肥市簽署投資協議，中航鋰電50GWh動力電池及儲能電池產業基地項目正式落戶合肥。
項目簽約現場（圖片來源：中航鋰電）
數據顯示，今年1-6月，我國動力電池裝車量累計達52.5GWh，同比累計上升200.3%。其中，中航鋰電裝機量為3.63GWh，同比猛增377.6%，在國內動力電池企業中排名第四位。為進一步提升產能，中航鋰電新建項目投資力度逐步加大。7月31日，該司位于武漢的生產基地項目正式開工，項目總投資100億元。合肥項目的落定，將再為其后期擴張提供保障。至此，中航鋰電共擁有常州、洛陽、廈門、成都、武漢、合肥六大產業基地。
今年1-6月國內動力電池企業裝車量前十
（圖片來源：中國汽車動力電池產業創新聯盟）
此外，隨著國內外新能源汽車的快速發展，動力電池亦進入快車道。有推算數據顯示，我國動力電池需求至2025年或超過369GWh，海外動力電池需求約為524GWh，全球累計動力電池需求接近900GWh，加上儲能、輕型車等其他場景需求，2025年全球鋰電池需求將進入TWh 時代。在此背景下，產能布局將成為各大電池企業布局未來的重要戰略手段，中航鋰電也同樣如此。
-END-
展開 如何得到動力電池仿真中電池發熱功率
l 電池狀態初始化
電池放入絕熱加速量熱儀之前，在25℃環境倉進行電池狀態初始化：
① 對于放電生熱功率測試，在環境倉內對電池進行標準充電至滿電狀態（100%SOC）；
② 對于充電生熱功率測試，在環境倉內對電池進行標準放電至空電狀態（0%SOC）；
l 電池單體放電過程生熱功率測試
準備3個動力電池單體，并按照如下步驟進行放電過程生熱功率測試：
① 儀器校準和漂移測試：確保儀器已校準。如因環境溫度變化較大或者試驗結果偏差太大，需要對進行儀器重新校準和漂移測試。
展開 結構動力學中的預應力模態分析 ——預應力模態 附模態應力、頻響應力和PSD應力下載
以上闡述就是預應力模態產生的基本原理，讀者可以思考一下：模態分析在什么情況下需要考慮預應力的效應。
算例
考慮一根簡支梁，兩邊施加拉力和壓力(通過初始應變實現)，進行預應力模態分析，對比二者和無載荷作用時的模態分析結果。
無預應力模態分析的結果：
拉預應力模態分析的結果：
壓預應力模態分析的結果：
對比無預應力模態、拉預應力模態、壓預應力模態三者的固有頻率結果發現：前
6階模態，相比于無預應力工況，拉預應力工況的頻率有所提高，因為拉力載荷使梁的橫向剛度提高了；而壓預應力工況的頻率有所降低，因為壓力載荷使梁的橫向剛度降低了。
前文對預應模態分析產生的原理進行了較詳細的介紹，對拉/壓預應力模態進行了分析，并和無預應力模態分析結果進行了對比。
現以ANSYS為例，結合前文介紹的理論和要點，實現具體分析。在“基于ANSYS的響應譜分析”一文中介紹了APDL和Workbench的特點，在此，本文以APDL為例，同時兼顧Workbench，介紹ANSYS如何實現結構動力學中的預應力模態分析。
預應力模態分析
對于薄壁結構，如細長梁和薄板，由于彎曲剛度比軸向拉壓剛度小很多，當結構受外載作用時，由于應力剛化(SSTIF)效應，在進行模態分析時，一般需要考慮預應力效應的影響，即進行預應力模態分析。預應力模態分析需要分為兩次求解實現，首先進行靜力分析，其目的是求解應力剛度矩陣(為常值)，然后在此基礎之上進行模態分析。
展開 
動力電池浸沒式冷卻液的熱管理與流變動力學研究
在充放電循環中，動力電池內部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產生。若無法及時耗散熱量，局部熱點的積聚不僅會加速電池老化，在極端工況下更易引發熱失控（Thermal Runaway），導致電池起火乃至爆炸的災難性后果。因此，構建高效、安全的熱管理系統是突破產業瓶頸的核心任務。
傳統的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大、溫度一致性差等物理局限。浸沒式液冷技術通過將電芯完全浸沒在絕緣冷卻液中，徹底消除了固-固接觸熱阻，實現了熱量的快速傳導與吸收，是解決局部熱點問題的最佳方案。為了進一步突破碳氫基礎液體的導熱極限，引入高導熱的金屬氧化物納米顆粒制備成納米流體（Nanofluids），成為了熱管理介質的前沿攻關方向。
▲ 圖1 冷板液冷（a）與浸沒液冷（b）溫度均勻性對比
本研究以浸沒式冷卻液（以純碳氫基礎液為基底，分別添加納米氧化銅與納米氧化鋁顆粒）為對象，從流變動力學與導熱性能的雙重維度開展系統性表征與機理剖析，旨在為動力電池熱管理系統的介質選型、流道設計提供可靠的數據支撐與科學驗證方法。
原料選擇
在評估新型熱管理介質時，基礎流體的理化特性及其與納米顆粒的適配性是決定宏觀性能的核心。研究團隊選用的基礎液為高性能碳氫冷卻液，專為動力電池及數據中心浸沒式液冷設計。為確保測試基準的嚴謹性，團隊對其核心物理參數進行了詳盡測量。
展開 從電池供應商供應維度來看動力電池整體格局-1.比亞迪
我想圍繞電池企業和汽車企業之間的博弈問題，寫一篇概覽。
如果從時間維度來看，中國的動力電池供應的格局是這樣的，如下圖1所示：
●頭部電池企業對汽車企業的議價能力越來越強，也就是說頭部電池企業拉動產能的能力越來越強，按照自己產能的分配模式也越來越得心應手。
●二線想要跟住，其門檻越來越高。目前比亞迪在擴量，由于PHEV比較多，整體一步步站上了3GWh，現在每個月1GWh出貨量在第二梯隊，后續跟著的在300-400MWh。
我覺得我們還是重點看一下二線電池企業后面怎么突破，今天第一篇還是針對的是比亞迪，然后繼續擴展到中航鋰電、億緯鋰能和蜂巢能源這幾家。
▲圖1.時間維度來看電池供應格局
▲圖2.幾個主要電池企業不同年份的占比（不包含其他企業）
Part 1
比亞迪的化學體系切換
我們回顧下，能大致看到看到比亞迪在2021年實現鐵鋰對三元的切換，也就是說，2019年時7.8GWh對2.8GWh，2020年4.9GWh對3.9GWh，到2021年實現了19.7GWh對1.2GWh。
▲圖3.2019-2021年比亞迪對應的裝機量（GWh）
也就是說比亞迪的鐵鋰從2019年的9千臺車（主要是商用車）到2020年的3.4萬臺（漢和商用車）到2021年1-11月的43.3萬臺。而鐵鋰的臺數則從2019年的18.4萬，到2020年12.4萬，到2021年的5.1萬（主要是在PHEV部分）——在這里的切換還是非常迅速的。
▲圖4.2019-2021年比亞迪對應的裝車數量
按照下面圖5的月度趨勢圖，能更為明顯地看到切換。
展開 【STAR-CCM+電池冷卻】基于直流道液冷板的動力電池冷卻性能仿真
摘 要：
為了改善某商用車動力電池組的散熱能力，降低電池組冷卻系統的能耗，提出了一種并聯非等長直流道的液冷板結構。以方形鋰離子電池組為研究對象，建立液冷式鋰離子電池組冷卻系統的仿真模型，對液冷板結構進行優化。結果表明：該液冷板在滿足電池組散熱能力的同時能夠較好地控制液冷板壓降；結構優化后的液冷板流動阻力最大降低12.5 kPa，電池組的最高溫度和最大溫差的最大降幅分別為0.26 ℃和0.27 ℃。調整冷卻液流量和溫度能夠提升電池組散熱能力，確保電池組在合理的溫度范圍內工作。
大力發展純電動汽車是解決全球能源危機和環境污染問題的重要措施，也將是汽車行業持續發展的方向。鋰離子電池具有高能量密度和高功率密度且無記憶效應、自放電率低等優點，已經成為電動汽車的首選動力電池[1]。然而，鋰離子電池的安全性、壽命、低溫性能、充放電效率等方面存在的問題亟待解決，溫度是影響鋰離子電池容量、充放電性能、循環壽命及安全性最為關鍵的因素[2]。電池在充放電過程中會釋放大量的熱量，使得電池溫度會急劇上升，甚至引發熱失控[3] ；低溫下電池在充電過程中鋰離子遷移困難會引發金屬鋰枝晶反應，易刺穿電池內部隔膜引發電池內短路，存在安全隱患[4-6]。另外，電池的溫度過高和過低都會加速電池的老化過程，這就要求電池工作溫度保持在20 ~ 45 ℃，電池模組間的溫差應該控制在5 ℃以內。
電池在工作過程中出現高溫的情況需要冷卻系統進行有效散熱，最常見的冷卻方式有空氣冷卻和液體冷卻。空氣冷卻散熱系統具有結構簡單、成本低廉、能耗少、易于安裝維護等優點，但是存在對流換熱系數小、響應時間長、散熱能力低等缺點，主要用于早期電池容量小的純電動汽車或某些混合動力車型。
展開 【ABAQUS模態動力學】Composite&abaqus 預應力模態分析&輸出單元剛度矩陣
參考
連接器振動脫落_abaqus重啟動分析_顯式隱式切換_插拔力預應力模態_TeeSim天深科技
Abaqus預應力模態分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載- 技術鄰
Natural frequency extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 User guide
《結構動力學》
振動理論及工程應用_天津大學_中國大學MOOC(慕課)
Eigenvalue extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 Theory
1. 什么是模態分析？
模態分析是指求解多自由度系統的模態振型及振動頻率的過程。模態分析可簡單地分為自由模態分析和約束模態分析。
自由模態分析：不加任何約束，進行求解（會出現前六階0模態）
約束模態分析：施加完整的約束，模型不會出現剛體模態 還可以分類為：
預應力模態（典型例子：吉他琴弦）
干模態分析(空氣中)
濕模態分析（流體耦合作用不可忽略）
2. 單自由度系統振幅和固有頻率的求解
模態分析的本質上是求解一定條件下的結構動力學方程。
展開 