電池CAE的案例
國內鋰電池CAE仿真軟件的突破口
另一方面，國內鋰電池CAE軟件公司需要注重加強與電池企業的合作，更好地積累測試和實際制造的數據，以此優化仿真軟件性能，更好地實現設計仿真與制造工藝協同。總之，要充分利用好我國掌握鋰電全產業鏈這一龐大制造規模的優勢，因為海量測試和制造數據中蘊藏著巨大的數據優勢，利用好這些數據資產，有利于國內鋰電池CAE軟件公司加速發展起來。
綜合本文前述內容，鋰電池仿真軟件的突破，要實現多尺度、多物理場、全生命周期的仿真服務，同時要利用好工業物聯網和云計算技術，將電池的設計、仿真、制造以及使用過程中產生的海量工藝技術、工況數據形成數字化資產。
鋰電池仿真軟件不僅僅擔負著仿真驅動正向設計的功能，也是推動整體鋰電池領域研發數字化進程的重要力量。由獨立于上下游企業主體的第三方軟件公司驅動行業研發數字化、通過標準的流程、功能完善的仿真平臺帶動，實現上下游研發的網絡化協同。
目前國內已經出現一些鋰電池仿真軟件公司，如易來科得、屹艮科技、鴻陽智能、海仿科技等。
實現電池領域的多尺度多物理場耦合仿真道阻且長，需要多學科人才、知識積累乃至多個細分軟件工具的融合，參照COMSOL的發展歷程[35]（COMSOL產品發布歷程 (comsol.com)），這將會是一個長達20-30年的過程。
開源問題
CAE仿真領域有不少開源軟件，鋰電池仿真領域就有TauFactor、OpenPNM等開源軟件。關于開源是否能夠加速國產CAE仿真軟件的發展，也曾被多次討論過，這里簡要表達我們對工業仿真軟件領域開源的看法：
軟件開源能否提高國產工業軟件迭代升級、向歐美成熟工業軟件追趕的速度？
我們目前認為是不能。一般基礎軟件通過開源獲取技術迭代助力的邏輯并不適用于工業軟件。
展開 元王二次開發丨新能源汽車電池包CAE有限元仿真分析
是續航能力，是電池！
節能環保的理念深入人心，國家大力推行，新能源汽車已是大勢所趨，新能源汽車各方面技術已經漸漸趨于成熟，但是電池技術還有待突破，電池設計的進展就是新能源汽車進步的核心，所以新能源汽車電池包的設計開發是重中之重！
如今很多廠商已經采用仿真軟件實現設計過程中的模擬測試，但是效率可能并未有質的飛躍，如何快速將仿真效率提升50%以上，不妨試試元王電池包自動化CAE平臺！
電池包自動化CAE平臺就是元王針對電池包產品定制化二次開發的CAE仿真平臺。不可否認，原有仿真軟件功能強大，通用性強，但大家都是這么用，仿真效率卻很難再有突破。而元王不改變現有仿真軟件系統內核，針對電池包進行定制化修改和功能擴展?！搬槍π浴薄岸ㄖ苹本褪切噬壍年P鍵。
元王電池包自動化CAE平臺，經企業實際應用，前處理建模時間平均縮短50%，后處理周期平均縮短70%，那元王電池包二次開發仿真軟件到底是如何實現效率提升的呢？
1. 前處理界面流程化導航
2. 網格自動劃分及質量調整
3.
展開 干貨 | 動力電池包CAE分析案例
3電池包的CAE分析案例（模態，靜態，動態）
作者陶銀鵬在他的文章《CAE技術在電動汽車電池包設計中的應用》中，講述了動力電池包需要的CAE分析項目。
分析工作所用工具：有限元網格劃分和后期處理HyperMeshs，靜力學分析和模態分析Nastran，非線性分析Abaqus。
3.1 仿真流程
電池包整體CAE分析流程如下：
使用3D軟件建模；
將數模導入HyperMeshs;
單元格劃分，設置單元格材料屬性和單元其他性能參數；
確定工況，包括工況具體參數和邊界條件；
將邊界條件設置在有限元模型上，包括載荷、約束和位移；
求解計算；
檢查計算結果，是否在項目參數要求范圍以內，比如應力極限等；
如果結果滿足設計需求，則進行后處理，整理用于報告的材料圖形；
如果數據不滿足要求，則修改3d數模結構，從頭開始進行前面的流程。
具體實施過程，進行了三類分析，模態分析、靜態分析和動態分析。
3.2 模態分析
為了確定系統低階振動頻率，避免與工況中可能出現的頻率重合，產生共振，對結構造成破壞。從HyperMeshs中導出網格劃分結果，導入Msc Nastran 進行計算，最后用HyperMeshs查看結果。項目進行了3階模態頻率分析，兩種結構類型電池包結果如下表。系統工作環境常見頻率為33Hz，前一版設計，固有頻率在環境頻率附近，經改進，避開了這個頻率。
3.3 靜態分析
一般靜力分析，是系統受到靜力作用的情形，分析最大應力出現的位置以及最大應力值是否會超過允許的應力極限。案例是把顛簸同時緊急制動、和路面顛簸同時緊急轉彎的沖擊工況轉化成靜力分析。
展開 學習筆記|動力電池包CAE分析案例
3電池包的CAE分析案例（模態，靜態，動態）
作者陶銀鵬在他的文章《CAE技術在電動汽車電池包設計中的應用》中，講述了動力電池包需要的CAE分析項目。
分析工作所用工具：有限元網格劃分和后期處理HyperMeshs，靜力學分析和模態分析Nastran，非線性分析Abaqus。
3.1 仿真流程
電池包整體CAE分析流程如下：
使用3D軟件建模；
將數模導入HyperMeshs;
單元格劃分，設置單元格材料屬性和單元其他性能參數；
確定工況，包括工況具體參數和邊界條件；
將邊界條件設置在有限元模型上，包括載荷、約束和位移；
求解計算；
檢查計算結果，是否在項目參數要求范圍以內，比如應力極限等；
如果結果滿足設計需求，則進行后處理，整理用于報告的材料圖形；
如果數據不滿足要求，則修改3d數模結構，從頭開始進行前面的流程。
具體實施過程，進行了三類分析，模態分析、靜態分析和動態分析。
3.2 模態分析
為了確定系統低階振動頻率，避免與工況中可能出現的頻率重合，產生共振，對結構造成破壞。從HyperMeshs中導出網格劃分結果，導入Msc Nastran 進行計算，最后用HyperMeshs查看結果。項目進行了3階模態頻率分析，兩種結構類型電池包結果如下表。系統工作環境常見頻率為33Hz，前一版設計，固有頻率在環境頻率附近，經改進，避開了這個頻率。
3.3 靜態分析
一般靜力分析，是系統受到靜力作用的情形，分析最大應力出現的位置以及最大應力值是否會超過允許的應力極限。案例是把顛簸同時緊急制動、和路面顛簸同時緊急轉彎的沖擊工況轉化成靜力分析。
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新能源電池包隨機振動CAE分析報告GB38031-2020 ￥5
GB38031-2020
新能源電池包隨機振動CAE分析報告
1、模型介紹
2、材料參數
3、連接關系
4、約束與載荷
5、分析結果
6、結論
新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
前言：
隨著新能源汽車市場推廣程度的逐漸深入，應用范圍不斷加大，對電池包散熱系統方案要求也越來越高。通過對電池散熱過程的熱仿真分析，可以預測電池溫度在放電過程中的變化趨勢，檢驗電池包的散熱性能，為電池箱的設計提供理論依據。
目前，市場上主流的熱仿真分析軟件為Flotherm，今天小編將通過一個電池包熱仿真實例，帶您快速了解電池散熱系統仿真分析。
分析中采用的前提和假設：
導熱率設置：
注：材料的導熱率設定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據部件所使用的實際材料的導熱率給定；如果是復合材料部件或多種材料組合的部件，而在3D模型中是通過簡化模型繪制的，則材料導熱率，按照集總參數法，根據經驗和理論折算給定當量導熱系數，如電芯等。
功耗設置及風機選用：
單節電池的發熱量按照電流1A和內阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風機統一為最大風量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風機，可以根據具體需求隨時改換。
分析方案：
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Y方向）：
電池放電一小時溫度分布圖1：
電池放電一小時溫度分布圖2：
仿真結論：
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
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展開 怎樣利用CAE來研發電動車電池？
1 前言
CAE（計算機輔助工程）用于電池開發設計是非常有效的方法。
將CAE用于電池開發設計的事例，其中含未發表的部分列于表1。CAE（計算機輔助工程設計）適用于流體、鑄造、塑性加工等多種復雜的領域。本文介紹的是研討拓展CAE的適用范圍，將其用于可靠性高的固定型VRLA電池的結構設計的應用事例，是有關為提高36V—VRLA電池的性能，采用CAE研究電槽形狀的實例報告。
2 事例（1）：固定型VRLA電池
2.1 分析的目的
固定型VRLA電池一般要求壽命性能在10年以上，特別是用于備用電源用途的電池，在使用期間必須確保電池性能。因此，這種類型的電池要求可靠性更高。眾所周知，備用電源用蓄電池長時間的涓流充電，導致電池內部正板柵逐漸氧化腐蝕，隨著氧化體積增大，極板本身膨脹變形。因此，在長期使用期間，為了維持電池的性能，有必要將極板膨脹以某種形式吸收，避免電池槽變形及破碎的現象出現。電池內部吸收時也能引起匯流排變形、破損，難以維持電池性能。
在設計VRLA電池時，重要之處是對使用期間可預測到的問題進行定量預測、采取對策。在此研討了采取CAE（計算機輔助工程）設計對電池強度進行分析，試圖預測使用中有可能出現的現象，要求進一步地提高電池的可靠性。
2.2 分析方法
經分析的VRLA電池有限影響要素模式示于圖1。正極群進行了3層次模型化分析。模型化分析后進行裝槽。板極膨脹是依據極板的膨脹率給與假定的溫度，通過熱膨脹表現極板的膨脹。分析是基于有限影響要素的分析程序。
分析所用的物性數據是采用圖2所示的各種實驗進行的，測定了構成電池各部位材料的強度。
2.3 分析結果
極群膨脹時的電池與電池內極群的應力分布示于圖3。應力是集中在極柱樹脂封口部分和與此接近的電池槽、蓋部分。
展開 CAE技術助力新能源汽車動力電池開發
通過螺栓自動固緊，由電氣連接器相連，即使發生故障，僅需更換單獨的模組即可，不必更換整個電池組，維修工作量和危險性大大降低，更換模組僅需把冷卻系統拆解，并不涉及其他構件。
為什么要做CAE分析？
CAE,計算機輔助工程，利用計算機對工程中的多個過程進行仿真優化。人們借助計算機強大的運算能力，模擬現實應用的環境和受力狀態，預測當前設計結構的內部應力狀態，設計調整優化的周期急劇縮減。配合以這兩年正在走向成熟的3D打印技術，一個理想的樣機生產程序已經成型，初步結構設計——CAE仿真驗證——設計優化——CAE再驗證——3D模型樣機。
電池包安裝在車輛上，需要滿足汽車運營條件下的苛刻力學環境的要求。制作樣品進行實驗，得到結果以后再進行調整修改，再次打樣。這種傳統做法，周期長，成本高。另一個重要問題，即使出現了結構失效，由于影響因素比較多，并不能非常準確的得到結論。有可能出現，這次的試驗失效在這里，加強以后再試，旁邊的結構又出現新的問題。工程系統越來越復雜的今天，一兩次單純依靠經驗的測試調整，已經無法真正解決產品問題。
為了能在最短周期內研制出高質量、可靠穩定的新能源汽車，工程師在研發環節引入先進的CAE仿真技術，來替代傳統的反復使用物理樣機驗證方法。CAE技術可以在車用電池包設計過程中對電池包的結構和性能做出預估，從而大大降低電動汽車電池包開發風險，降低開發費用，從而提高電池包的設計質量和效率。目前國內外相關廠商機構，如比亞迪等都在積極地進行新能源汽車及其零部件的研發，因此，積極探索CAE技術在新能源汽車電池包設計、研發、制造中的應用是十分有意義的。
1.利用CAE技術對動力電池組進行仿真分析主要包括以下幾個方面：
（1）熱分析。熱分析主要是分析電池的溫度，根據分析結果提供合理的熱管理方案，延長電池包使用壽命，最大限度提高電動驅動系統的安全性、經濟性。
展開 CAE技術在電池領域的應用
很欣喜的發現在作為新四化之一的電動化之中，電池的安全問題及續航問題成為制約電動化技術發展的頭號公敵。而在這兩大問題之中，竟都還有CAE的用武之處：以CAE技術復現電池使用中的各種極端場景，提前采取措施保證電池的使用安全；然后在保證安全的前提下，以輕量化手段優化電池包結構提升電動汽車的續航能力。
那么，我們從CAEer的視角來看看，我們能為此干些啥吧。或者換個說法，電池開發過程中，具體有哪些問題是需要CAE技術來解決的。
1、靜剛度分析
靜剛度分析是CAE分析的一大分支，大致原理就是對物體施加一個載荷，看物體有多大變形。具體到電池包，衍生出一個工況，稱為4g強度。需要約束電池包所有的安裝點，分別對電池包施加X/Y/Z三個方向的加速度，大小為4g，這個工況考察的是電池包系統本身的結構強弱，因此結果也是要求，電池包在這種情況下不能出現零件斷裂，保護電池包系統的結構在車輛在失重狀態下的安全性。
2、動剛度分析
動剛度分析也稱模態分析，這是一般結構分析的基本工況。用來考察電池包的本身結構特性-共振頻率，要求電池系統不能輕易的被激勵起共振現象，所以我們一般也會定義一個下限值，要求第一階模態不低于某個值，從而避免共振的發生，保護電池系統的結構在低階激勵（如發動機怠速激勵）的安全性。
3、隨機振動分析/疲勞分析
電池包有個測試試驗，叫隨機振動測試（GB31467.3-2015）。這個試驗也就是為了測試電池系統在某個功率譜密度的測試中是否會出現累積損傷，也是為了保護電池系統結構在長期使用中被各種外在激勵蹂躪后的安全性。
4、上蓋承重剛度分析
也稱為抗壓分析。電池包安裝在車底或者后備箱下面，電池包在生產、搬運、安裝、使用過程中，總是不可避免地會受到外在擠壓，尤其是上蓋。
展開 燃料電池CAE仿真的一點見解
燃料電池CAE仿真的一點見解
(干貨）新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Y方向）
電池放電一小時溫度分布圖
電池放電一小時溫度分布圖
仿真結論
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
CAE在汽車蓄電池承載分析中的應用
蓄電池是汽車電氣系統的核心部件，如果說發動機是汽車的心臟，那蓄電池就是激活心臟的關鍵。
不僅如此，蓄電池還會在駕駛期間，持續為許多電器和安全舒適系統供電，比如汽車大燈、車載音響和電加熱座椅等。如果蓄電池出現故障，這些設備可能都無法正常使用，這可也是撥打道路救援電話的首要原因哦！
蓄電池如此重要，通過CAE仿真對蓄電池承載進行分析，為改進結構設計提供了理論依據，對汽車行業來說有著重要意義。以下為有限元科技為某汽車企業做的蓄電池承載項目分析。
產品分析概述：
蓄電池包或系統安裝在測試臺上，進行承載（Z軸負方向承受自身重量，即1g加速度）測試。要求：蓄電池包或系統保持連接可靠、結構完好，無外殼破裂。
材料參數：
SPCC材料：屈服強度195Mpa
ZL102材料：屈服強度96Mpa
FEA模型:
幾何模型:
FEA模型
分析結果：
蓄電池包承載過程中，內部支架最大應力為43.54Mpa，出現在固定模組支架區域，低于其所用材料屈服強度（SPCC/195Mpa），支架無破裂失效風險。
蓄電池包承載過程中，底板最大應力為19.14Mpa，出現在加強筋附件區域，低于其所用材料屈服強度（ZL102/96Mpa），底板無破裂失效風險。
結論：
蓄電池包在承載過程中，底板及內部支架最大應力均低于所用材料屈服強度，無破裂失效風險，連接可靠、結構完好。
由以上案例可知，通過CAE分析軟件可以精確分析出汽車部件的最大應力，為優化結構、設計安全性產品提供了理論依據，同時還能夠對產品不同使用材料進行分析，在保障產品可靠性的基礎上選擇性價比最高的材料，為降低產品成本方面起到了顯著的作用。選擇有限元科技，為您的企業發展創造無限可能。
展開 CAE在電池包仿真分析中的應用
1
電池包——振動仿真
分析背景：蓄電池包或系統安裝在振動臺上，振動測試在三個方向上進行，測試從Z軸開始，然后是Y軸，最后是X軸。
判斷試驗是否通過的標準：試驗中，要求蓄電池包或系統保持連接可靠、結構完好，無外殼破裂。
蓄電池包Y軸振動過程中，內部連接區域最大應力低于所用材料屈服強度（SPCC/166Mpa），連接可靠。
振動測試功率譜密度（PSD）值和頻率
2
電池包——沖擊仿真
蓄電池包或系統無電泄露、外殼破裂、著火或爆炸現象。
3
電池包——翻轉仿真
試驗中，要求蓄電池包或系統無外殼破裂，連接可靠、結構完好。
試驗裝置
4
電池包——跌落仿真
蓄電池包或系統以實際維修或者安裝過程中最可能跌落的方向，若無法確定最可能跌落的方向，則沿Z軸方向，從1m的高度處自由跌落到水泥地面上。
蓄電池包或系統無電解液泄露、著火或爆炸現象。
展開 自主CAE | 基于PERA SIM的電池液冷散熱仿真分析
摘要：本文通過安世亞太自主開發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對電池液冷散熱進行計算分析。通過這個計算分析，展示PERA SIM Fluid的相關功能，希望對其他工程師有所幫助。
關鍵詞：動力電池；散熱；水冷；共軛換熱
點擊下方視頻，查看精彩案例演示
1.引言
動力電池作為現代電動汽車、混合動力汽車等新能源交通工具的核心部件，其重要性不言而喻。它不僅關系到車輛的性能、續航里程，更直接關系到車輛的安全性和可靠性。動力電池是新能源汽車的“心臟”，它為車輛提供源源不斷的動力。隨著新能源汽車市場的不斷擴大，對動力電池的性能要求也越來越高。高能量密度、高功率密度、長壽命、低成本等成為了動力電池研發的主要方向，而在這些性能要求中，熱管理尤為重要，動力電池在工作過程中會產生大量的熱量，如果不能及時有效地散熱，就會導致電池溫度升高，進而影響電池的性能和壽命，甚至可能引發安全事故。
仿真技術，作為一種先進的計算機輔助設計方法，為動力電池的熱設計提供了強大的支持。通過仿真，設計師可以在計算機上模擬電池在不同工作條件下的熱行為，預測電池的溫度分布、熱流密度等關鍵參數。這不僅可以幫助設計師更好地了解電池的熱特性，還可以為電池的結構優化、散熱設計提供重要的理論依據。在動力電池熱設計的實際應用中，仿真技術已經取得了顯著的成果。例如，通過仿真技術，設計師可以優化電池的散熱片結構、改進冷卻液的流動方式、調整電池模塊之間的間距等，從而有效地降低電池的工作溫度，提高電池的性能和壽命。同時，仿真技術還可以用于評估電池在不同工作環境下的熱安全性能，為電池的安全使用提供有力保障。
展開 基于CAE電池管理模塊失效分析及改進
現有一款灌封的電池管理模塊在溫度箱中進行高低溫試驗時，發生主芯片管腳脫焊，導致該電池管理模塊無法正常工作。
電池管理模塊包括不同的電子元件、電路板、外殼等多個零件，并且灌封膠將這些器件密封在內部。憑借常規方法在眾多影響因素中找出在高低溫試驗中芯片脫焊失效的具體原因相當困難，這樣也難以找到改進的方法。
借助于CAE仿真分析，模擬電池管理模塊在高低溫試驗過程，可以獲得密封膠內部各個器件的變形和應力狀態，從而識別出電池管理模塊失效原因，進而找到改進措施。另外傳統設計、小批量樣品、試驗驗證的周期長并且風險大，而CAE仿真分析可以快速分析不同設計方案，可以大大縮短電池管理模塊的研發周期以及減少開發風險。
1
電池管理模塊高低溫試驗仿真分析
該電池管理模塊小批量樣品在進行高低溫環境試驗時，QFN式微控制器管腳與焊盤發生脫焊現象，導致電池管理系統不能正常工作。通過仿真分析尋找微控制器管腳脫焊的原因，并提出改進措施。
1.1 電池管理模塊幾何模型
該電池管理模塊主要包括電池夾持端、shunt、電路板PCB、微控制器、連接pin針、繼電器、電容、外殼等。微控制器以QFN方式貼裝在PCB上。連接pin針采用焊接在PCB上。該電池管理模塊的樣品設計幾何模型如下圖所示。
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