電池退化的案例
研發(fā)PEDOT涂層 保護電池正極-阿貢實驗室（轉(zhuǎn)載）
制造性能優(yōu)良的鋰離子電池，需要同時解決各種問題，比如保持電池的導電能力，確保電池多次循環(huán)后的安全性。據(jù)外媒報道，在一項新發(fā)現(xiàn)中，美國能源部阿貢國家實驗室的科學家們，通過氧化化學氣相沉積技術，研發(fā)一種新的正極涂層，幫助解決鋰離子電池的這些潛在問題。
在這項研究中，阿貢的研究人員?Khalil Amine及其同事，從鎳錳鈷(NMC)正極材料中提取粒子，用一種叫做PEDOT的含硫聚合物，將其包裹起來。當電池充放電時，這種聚合物為正極提供保護層，使其免受電池電解質(zhì)的傷害。傳統(tǒng)涂層對正極粒子表面的保護只有微米大小，內(nèi)部容易開裂。PEDOT涂層與之不同，它能夠穿透正極粒子的內(nèi)部，增加額外屏蔽層。此外，PEDOT雖然阻止電池和電解質(zhì)之間發(fā)生化學反應，但能保證必要的鋰離子和電子傳輸，這是電池運行所需要的。
該研究的第一作者、阿貢化學家Guiliang Xu表示：“這種涂層對于電池的所有工作過程和化學過程都是有益的；同時，能有助于防止或抑制所有導致電池退化或故障的反應。”
在很大程度上，這種涂層還能防止另一導致電池正極失活的反應。在此類反應中，正極材料轉(zhuǎn)變成另外一種尖晶石結(jié)構(gòu)。另外，PEDOT材料具有阻止氧釋放的能力，氧釋放是NMC正極材料高壓降解的主要原因。Amine說，“PEDOT涂層能夠抑制充電過程中的氧氣釋放，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，提高安全性。”
研究人員認為，通過使用這種涂層，NMC電池可以在更高電壓下運行，進而增加能量輸出，提高使用壽命。電池科學家可能擴大在高鎳NMC電池上應用該類涂層。
更多
（圖源：阿貢官網(wǎng)）
蓋世汽車訊?制造性能優(yōu)良的鋰離子電池，需要同時解決各種問題，比如保持電池的導電能力，確保電池多次循環(huán)后的安全性。
展開 電動汽車快速充電循環(huán)下鋰離子軟包電池的優(yōu)化冷卻和熱分析
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池由于比其他電池類型具有更高的優(yōu)勢，例如高能量密度、低自放電率、重量輕、零記憶效應和長生命周期，因此在汽車行業(yè)中變得無處不在。然而，鋰電池在一個狹窄的溫度范圍內(nèi)工作最佳：15–40°C。在低于此范圍的溫度下，電解質(zhì)中的離子電導率會顯著降低，從而導致功率輸出降低、鋰電鍍和隨后的電池退化，而在更高的溫度下，加速的放熱反應會導致電池材料腐蝕、整體電池退化，并在 80°C 以上的溫度下導致熱失控。除了將溫度保持在一個狹窄的工作范圍內(nèi)，保持電池單元或模塊內(nèi)的最大溫差較低也很重要；<5°C 的值是電池內(nèi)推薦的最大溫差。
目前，大多數(shù)關于電池冷卻設計和優(yōu)化的研究工作都集中在圓柱形和棱柱形電池上。最近，袋形電池因其比圓柱形電池更高的能量密度而受到關注。目前，已經(jīng)提出了各種用于冷卻鋰離子電池的熱管理系統(tǒng)：空氣冷卻、間接液體冷卻、直接液體或浸沒冷卻、使用相變材料、熱管以及涉及兩種或多種這些方法組合的混合方法進行被動冷卻。然而，就電動汽車的商業(yè)應用而言，只有風冷和液冷已大規(guī)模實施，其他還處于研究階段。由于其高熱容量，液體冷卻仍然是迄今為止最有效和研究最多的系統(tǒng)；因此，當前的研究趨勢是尋找改進液冷板設計的方法，以實現(xiàn)更好、更具成本效益的熱控制。
02
成果掠影
近期，路易斯維爾大學機械工程系Sam Park教授團隊提出了一種電動汽車快速充電循環(huán)下鋰離子軟包電池的優(yōu)化冷卻和熱分析方法。
展開 汽車專題第四期 |新能源汽車—電池篇（四）
點擊鏈接查看內(nèi)容：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1826502
視頻
1.電池退化的科學解釋 - 電動汽車電池技術解釋
點擊鏈接查看內(nèi)容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c17964
主要內(nèi)容：簡化并解釋鋰離子電池退化的復雜主題以及與電動汽車的具體關系...
2.淺談動力電池技術現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
點擊鏈接查看內(nèi)容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c17965
主要內(nèi)容：產(chǎn)業(yè)分析淺談動力電池技術現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)...
3. 電動汽車鋰離子電池原理和它存在的問題
點擊鏈接查看內(nèi)容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c17988
主要內(nèi)容：鋰離子電池的原理、鋰離子電池存在的問題、鋰離子電池的性狀...
4. 汽車電池的工作原理-基本工作原理
點擊鏈接查看內(nèi)容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c17989
主要內(nèi)容：什么是鉛酸電池、汽車電池的使用、電力基礎、汽車電池是如何工作的、測試汽車電池...
5.
展開 薩塞克斯大學用量子傳感器測量電池性能
量子傳感器可以為電池提供某種智能，通過監(jiān)測其健康狀況，減少最易造成磨損的電池負載。
Kruger表示：“目前，電池監(jiān)控解決方案主要集中在測量電池的電壓，從而明確顯示電池內(nèi)部剩余的電荷。在隨后的許多次充放電循環(huán)中，通過測量這些電壓，可以在電池退化時監(jiān)控充電容量。這些測量對監(jiān)測電池的健康狀態(tài)很有用，但并不能充分顯示電池的內(nèi)部狀態(tài)。通過正在開發(fā)的量子系統(tǒng)，可以測量電池產(chǎn)生的磁場，從而推斷流經(jīng)電池的電流。這個系統(tǒng)就像一個‘磁性攝像機’，能夠窺視電池內(nèi)部。”
該研究小組的目標是開發(fā)小型、低功耗、便攜設備。這些設備不需要基礎設施，運行成本最低，因此適合經(jīng)濟生產(chǎn)。研究人員還將與CDO2、Magnetic Shields Ltd和QinetiQ密切合作，以實現(xiàn)其目標。Magnetic Shields Ltd公司將提供所需的磁性無噪音環(huán)境，使傳感器技術在測試時達到前所未有的靈敏度。
目前最大的挑戰(zhàn)在于提高電池容量。Kruger表示：“從技術上講，傳感器不僅對電池的磁場敏感，而且對所有鐵磁性物質(zhì)的磁場都敏感。我們所做的大部分工作都是關于傳感器設計，以及如何使其免受外部磁源的影響，比如過濾掉汽車電動機產(chǎn)生的磁場。”
-END-
展開 
研究人員找到恢復鋰電池部分性能的方法 提高電動汽車續(xù)航里程
蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，美國能源部SLAC國家加速器實驗室（ SLAC National Accelerator Laboratory）和斯坦福大學（Stanford University ）的研究人員，可能已找到部分恢復可充電鋰電池性能的方法，有望提高電動汽車的續(xù)航里程。
（圖片來源：AZOM）
在鋰電池循環(huán)過程中，所積聚的小島狀非活性鋰會與電極斷開，從而降低電池的電荷存儲的能力。然而，研究小組發(fā)現(xiàn)，可以讓這些“死”鋰，像蠕蟲一樣向其中一個電極蠕動，直到二者重新連接，從而部分逆轉(zhuǎn)不需要的過程。
測試顯示，額外增加這一步驟，能夠減緩測試電池退化，使電池壽命增長近30%。研究人員正在探討，如何通過超快放電步驟，恢復鋰離子電池的損耗容量。
失去連接
相對于目前電動汽車使用的鋰離子電池，現(xiàn)在大量研究正在尋找方法，以制造重量更輕、壽命更長、具有更高安全性和更快充電速度的可充電電池。研究人員尤其關注開發(fā)鋰金屬電池，以在單位體積或重量上存儲更多的能量。在電動汽車中使用新一代電池，可以增加單次充電里程數(shù)，并且所占用的后備箱空間可能更少。
在這兩類電池中，帶正電荷的鋰離子均在電極之間來回穿梭。隨著時間的推移，一些金屬鋰不再具有電化學活性，從而形成孤立的鋰島，無法與電極連接。這會導致容量損失，對于鋰金屬技術和快速充電鋰離子電池，這一問題尤為嚴重。
在此項研究中，研究人員證明，通過調(diào)動和恢復孤立的鋰，可以延長電池壽命。
展開 鋰離子動力電池壽命預測的研究進展
3、電池壽命預測
3.1 基于經(jīng)驗的方法
基于經(jīng)驗的方法包括：循環(huán)周期法、安時法、面向事件的老化累積方法。Liu等用安時法獲得電池的容量，并采用高斯回歸法來預測電池的退化趨勢。張金等提出一種根據(jù)容量退化速率優(yōu)先確定整數(shù)變量的條件三參數(shù)容量退化經(jīng)驗模型，并通過不同退化速率的鋰離子電
池退化實驗數(shù)據(jù)對模型的可性行及實用性加以驗證，為鋰離子電池的壽命預測提供了理論支撐。Sauer等使用加權(quán)安時法和面向事件的老化模型進行壽命預測，加權(quán)安時法作為安時法的改進，考慮了不同工況對鋰離子電池壽命的影響，面向事件的老化模型中的特定事件對鋰電池壽命的影響既可以通過實驗的方式確定，也可以利用專家知識去評估。
3.2 基于性能的方法
a. 模型法
模型法通過研究電池的衰退機理，建立相對應的數(shù)學模型去預測電池壽命。Ashwin等提出了一種偽二維電化學模型，可以用來判斷電池容量衰減程度并預測電池剩余使用壽命(RUL)。林慧龍等提出一種粒子濾波算法(PF)來預測電池壽命，并與擴展卡爾曼濾波算法(EKF)進行了對比，發(fā)現(xiàn)粒子濾波算法的平均絕對誤差(MAE)和均方根誤差(RMSE)都低于擴展卡爾曼濾波，結(jié)果如表2所示。張吉宣等提出了一種自回歸滑動平均模型和正則化PF 的融合算法
，并與單一的標準PF 和正則化PF算法相比較，結(jié)果表明該方法預測精度更高。
b.
展開 鋰離子電池組液冷測試系統(tǒng)的數(shù)值-實驗方法設計
鋰離子電池（LIB）由于具有高能量容量、低自放電率和無記憶效應等優(yōu)點，被廣泛用作電動汽車的儲能系統(tǒng)。然而，溫度嚴重影響鋰離子電池的容量和壽命。較低的溫度可能導致電池退化，而較高的溫度可能引發(fā)熱失控，從而造成安全隱患。
當前，對BTMS的研究根據(jù)冷卻方式主要分為風冷、液冷、相變材料（PCM）冷卻等三大類。風冷具有結(jié)構(gòu)簡單、易于封裝、維護成本低、能耗低等特點。雖然提供相對較低的熱交換能力，但該冷卻系統(tǒng)在 LIB 系統(tǒng)中得到了很好的采用，對在較高電流速率下進行快速充電和放電操作的要求不高。液冷式一般傳熱系數(shù)較高，溫度分布均勻，根據(jù)電池表面是否與傳熱流體直接接觸，液冷方式一般分為直接接觸式和間接接觸式液冷。與間接接觸冷卻相比，直接接觸液體冷卻使用介電流體有效地去除電池熱量，具有很大的緊湊性和高冷卻速率，但在商業(yè)應用中可能不實用。另一方面，間接接觸冷卻更容易實施，并且使用較低粘度的流體以減少泵功率需求，并且已被廣泛采用和研究，具有液體冷板（LCP），波浪管和熱管。PCM 冷卻本身是一種被動熱管理類型，具有運行成本較低和溫度均勻性較高的優(yōu)點。PCM 冷卻使用大量潛熱，這些潛熱可以存儲在材料中以維持電池溫度，并能夠降低 LIB 電池組的最高溫度和溫差。然而，純PCM由于導熱系數(shù)較低，容易產(chǎn)生過多的熱量積累，從而大大增加了熱系統(tǒng)的重量。將泡沫金屬和翅片應用于 PCM 被動冷卻中，以增強 PCM 的傳熱，證明 PCM、泡沫金屬和翅片的組合可以有效提高 LIB 的熱性能并將溫度保持在較低水平。在 PCM 壁上耦合了石墨烯增強的高導熱金屬隔板，該系統(tǒng)可以有效地將 4C 充電期間的最高溫度限制在 55°C 以下。
展開 利用人工智能打造下一代電池 推動實現(xiàn)全面電動化未來
蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，向全面電動化未來過渡，取決于成本低、性能更高和更安全的電池。采用固態(tài)方法等下一代電池化學來優(yōu)化電池的能量密度和功率，已取得不同程度的成功。然而，目前還沒有一種方法能達到商業(yè)化階段，以滿足對先進技術的爆炸式增長需求，如電動汽車、醫(yī)療設備、無人機和能源存儲解決方案等。
（圖片來源：electronicdesign）
隨著各國爭奪全球電池市場（預計到2027年將達到2797億美元），人工智能（AI）已成為加快創(chuàng)新速度的一種富有前景的工具。
新一代電池必須能夠快速充電，同時不出現(xiàn)故障。這些電池還需要超越當前性能標準，保持較低的重量，并由易于大規(guī)模生產(chǎn)的材料構(gòu)成。研究人員花費數(shù)十年時間來探討解決方案，由于實驗緩慢、周轉(zhuǎn)時間長以及艱難的發(fā)現(xiàn)過程，相關進展緩慢。AI有助于解決這些長期挑戰(zhàn)，并縮短評估電池材料、電芯架構(gòu)和化學物質(zhì)的過程，將其從數(shù)年減少為數(shù)月。
解決評估期過長的問題
生成電池性能數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法，是不斷向電池電芯中注入能量，直到電池耗盡。研究人員不得不耗費多年時間，對電池進行成千上萬次充放電，才能得到所需要的結(jié)果。通過這種方法來預測電池退化，對于開發(fā)更安全、更不易燃燒的電池至關重要。然而，考慮到一些相對較新的應用正在迅猛發(fā)展，如電動汽車和家用太陽能+儲能技術，顯然沒有多少時間可以浪費了。
電池科學家采用系統(tǒng)級方法，通過AI來更有效地測試和了解電池組，及其集成和預期性能。
展開 豐田THS—II混合動力核心控制策略介紹（三）
蓄電池智能單元不能直接影響充電電流與荷電狀態(tài)，而是僅僅通過串行通信接口向HV CPU告知HV蓄電池的工作狀態(tài)，HV CPU根據(jù)蓄電池組的狀態(tài)確定了蓄電池組充放電電流和功率的臨界值，充電策略和動力系統(tǒng)運行控制策略保證將HV蓄電池的SOC維持在規(guī)定的閾值范圍內(nèi)，并確保其充放電功率不超過HV CPU給定的臨界值。由于循環(huán)充放電會損壞蓄電池，且充放電深度越大，對電池的損傷也越大，然而借助充放電循環(huán)提高車輛傳動系統(tǒng)的效率(例如通過電動運行與再生制動)又是必要的。因此，充電策略的確定與蓄電池大小的選擇將在蓄電池壽命、成本、重量與傳動系統(tǒng)的效率之間進行折中。蓄電池完全充電至其額定容量時，SOC為100%。蓄電池電量完全耗盡時，SOC為0%。SOC持續(xù)處于指示充滿電狀態(tài)的水平時，車輛沿長坡等向下行駛時能量無法回收，從而浪費能量。蓄電池需要進行一定量的放電以回收能量。此外，SOC過度下降時，可能會導致加速性能不足和蓄電池退化。因此，SOC需要保持在一定的水平。HV CPU試圖將SOC保持在大約60%。如圖32所示，最大值約為80%，通常75%為控制上限，最小值約為20%，通常30%為控制下限。為了使SOC始終保持在正確水平，HV CPU優(yōu)化控制混合動力系統(tǒng)。
圖31 蓄電池智能單元
圖32 SOC變化示例圖
7.絕緣異常檢測
為安全起見，混合動力車輛的高壓電路均與車身搭鐵絕緣。修理手冊中規(guī)定的標準絕緣電阻值在1和100MΩ之間(該值根據(jù)所測量零部件的不同而有所差異)。“泄漏檢測電路”內(nèi)置于蓄電池智能單元中，可持續(xù)監(jiān)測高壓電路和車身搭鐵之間的絕緣電阻以確保其恒定。如果絕緣電阻降至低于規(guī)定值，則存儲 DTC 并通過組合儀表顯示屏告知駕駛員出現(xiàn)異常情況。如何檢測絕緣電阻下降？
展開 電池分析軟件公司Twaice融資2600萬美元 或向美國市場擴張
蓋世汽車訊 隨著時間的推移，所有的電池都會退化。對于汽車制造商、車隊管理人員和其他公司而言，盈利的關鍵在于知道什么時候可以盈利。但是，如果不進行廣泛且昂貴的測試，很難能夠理解電池的健康狀況和狀態(tài)，而且一旦電池安裝到汽車中時，更難以進行測試。而一家德國電池分析軟件公司Twaice自2018年成立以來，就一直在關注該問題。據(jù)外媒報道，當?shù)貢r間5月19日，該公司宣布其在由芝加哥Energize Ventures領投的B輪融資中籌集了2600萬美元。Twaice主要服務于移動出行和能源存儲行業(yè)，現(xiàn)在總?cè)谫Y額已達4500萬美元。
電池分析軟件（圖片來源：Twaice ）
該公司計劃利用新融得的資金擴大其在歐洲的商業(yè)影響力，甚至可能進軍美國市場；此外，還希望能夠在其分析平臺上構(gòu)建更多的用例，例如與車隊供應商，而不僅僅是汽車制造商合作。
Twaice的創(chuàng)辦初衷就是構(gòu)建一個電池分析平臺，涵蓋電池系統(tǒng)的整個生命周期，包括研發(fā)和運營階段。該公司還為電池設計和研發(fā)階段以及電池真正用于汽車或儲能系統(tǒng)時推出了合適的工具。奧迪、戴姆勒和Hero Motors是該公司的一些客戶。該公司的創(chuàng)新概念之一是“數(shù)字雙胞胎”，或稱作在Twaice云平臺上運行的電池系統(tǒng)模擬模型。該公司在不斷更新“雙胞胎”的參數(shù)，以反映出實際電池的行為以及熱特性、電氣化性能以及退化情況，這也意味著運營車隊或電動汽車公交車的公司能夠監(jiān)控每輛汽車電池組的狀態(tài)。
展開 鋰離子電池充放電循環(huán)期間的熱效應 ￥500
<p>熱管理對于電池安全性和確保其較長使用壽命來說至關重要。高溫通常會加快電池的 退化速度，縮短電池的使用壽命，因此功率較高的應用可能需要主動式冷卻。熱管理 的另一個方面是需要避免單個電池或電池組中出現(xiàn)較大的溫度梯度，因為這樣可能會 導致電流密度和老化程度不均勻。 鋰離子電池因其不同的長度尺度和幾何的復雜性，需要考慮上述幾點。形成電池單元 的各層在層法向的尺寸通常為數(shù)十微米，但在電池片方向達數(shù)十厘米，且通常纏繞成 多層幾何。就實際使用的電池或電池組而言，幾何尺寸可能達到數(shù)厘米至數(shù)米 （對于 電動汽車的情況），可以由數(shù)以百計的單電池組成。使用全三維化學電池模型求解這些 幾何的計算量相當大。 但是，由于鋰離子電池各組件的熱導率相對于生成的熱量來說相當高，因此在許多情 況下我們可以假定電池的溫度分布相當均勻。此外，如果較小的溫度變化沒有對電池 的化學性質(zhì)產(chǎn)生嚴重影響，則基于電池的平均溫度，使用集總模型來描述電池的化學 性質(zhì)幾乎不會對其中具體的細節(jié)產(chǎn)生影響。 </p><p>本案例模擬充放電循環(huán)期間以及隨后松弛階段的鋰離子電池。集總電 池模型用于對電池單元化學性質(zhì)進行建模，二維軸對稱模型用于對電池溫度進行建模。
展開 
“COMSOL多物理場耦合仿真技術與應用-燃料電池”篇
“COMSOL多物理場耦合仿真技術與應用-燃料電池”
COMSOL仿真基礎
1、COMSOL軟件基本操作
1.1創(chuàng)建模型一般步驟
1.2幾何創(chuàng)建方法
1.3 網(wǎng)格劃分技巧
1.4 方程及邊界設置
2、后處理
2.1 數(shù)據(jù)集創(chuàng)建
2.2 衍生量的計算
2.3 結(jié)果圖的繪制
實例操作：肋片散熱模型，化整為零式網(wǎng)格劃分模型
COMSOL燃料電池仿真技術詳解
3、燃料電池仿真
3.1 燃料電池開路電壓計算
3.2燃料電池三種極化損失
4、多孔電極有效擴散系數(shù)構(gòu)建
4.1多孔電極構(gòu)建方法
4.2曲率與孔隙率關系
4.3塵氣模型實現(xiàn)方法
實例操作：多孔電極模型、塵氣輸運模型
5、從簡到真的建模方法
5.1只考慮氣體輸運
5.2 添加導電過程
5.3 添加電化學過程
5.4 添加退化過程
實例操作：紐扣電池模型，退化模型
6、連接體研究分析
6.1燃料電池活化設置方法
6.2傳質(zhì)-導電-電化學多場耦合方法
6.3傳熱-傳質(zhì)-動量-導電-電化學多場耦合
6.4連接體優(yōu)化與設計
實例操作：連接體優(yōu)化模型、新型連接體模型
7、積碳研究
7.1 燃料電池邊界設置
7.2 傳質(zhì)-導電-電化學多場耦合方法
7.3 甲烷內(nèi)重整反應設置
7.4 甲醇內(nèi)重整反應設置
7.5積碳分析
實例操作：甲烷積碳模型，甲醇積碳模型
7、直接碳燃料電池性能研究
7.1 Boudouard反應設置
7.2熱源設置方法
7.3傳質(zhì)-導電-電化學-熱多場耦合方法
7.4性能分析
實例操作：直接碳燃料電池模型
8、應力分析
8.1力學邊界設置
8.2損傷幾率求解
8.3殘余應力分析
8.4熱應力分析
實例操作：微管應力模型
了解更多內(nèi)容 請關注公眾號：第一性原理計算與應用
QQ：745729222
TEL：15010498280
展開 國外數(shù)字孿生衛(wèi)星技術發(fā)展概述
此外，利用數(shù)字孿生體進行設計改進，可以在衛(wèi)星關鍵部件上進行測試，如評估衛(wèi)星電池組退化情況等。
?在第二階段，通過整個衛(wèi)星群及其環(huán)境的數(shù)字孿生體提供連接、安全服務。由于對衛(wèi)星及環(huán)境進行了建模，可以模擬碰撞的情況，因此使得評估威脅成為可能。此外，擁有整個星座的數(shù)字孿生體之后，可以有效的補償單個衛(wèi)星的故障。
?第三階段為多領域的整合，其特點是資源的有效分配，對終端用戶表現(xiàn)為無縫集成。
服務層
第四層為技術層
該層介紹了開發(fā)和部署數(shù)字孿生體的步驟。首先定義目標實體并確定要建模的詳細程度，一旦定義了實體就必須對數(shù)字孿生平臺和軟件達成一致;然后通過建模語言來建立衛(wèi)星系統(tǒng)的模型;下一步通過數(shù)據(jù)集成在物理實體和虛擬模型之間建立連接，在這個階段通過實時遙測數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)映射策略來維護數(shù)據(jù)互操作性;接下來通過數(shù)據(jù)映射，將測量值與預測值進行比較，并使用ID3等算法進行故障警告;最后通過高級分析方法實現(xiàn)模式識別和行為預測。
技術層
第五層為風險分析層
空間作為一個具有不同參數(shù)的獨特環(huán)境，太陽輻射、熱量、重力等因素都要考慮進去，這就產(chǎn)生了成本效益權(quán)衡等問題。該層描述了實施數(shù)字孿生的重要風險，以及如何降低風險。
風險分析層
國外典型數(shù)字孿生衛(wèi)星應用
GPS數(shù)字孿生衛(wèi)星
2018年，美國空軍面對美國國會授權(quán)測試其GPS系統(tǒng)是否存在網(wǎng)絡漏洞，委托Booz Allen Hamilton公司創(chuàng)建了GPS Block ⅡR衛(wèi)星的數(shù)字孿生體，然后嘗試破解該系統(tǒng),測試對象包括衛(wèi)星、地面控制站以及星地鏈路。
該項目從基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)審查開始，提供了數(shù)千頁有關衛(wèi)星物理設計的文檔。
展開 值得關注的3D打印電池技術
在孔中填充活性物質(zhì)漿料，整個電池經(jīng)過熱處理去除電極漿料中的有機成分。利用VP技術，有可能制備出更薄的、具有更復雜三維幾何形狀的無機固體電解質(zhì)，可用于交叉指狀平板電池和其他潛在的三維構(gòu)型。Chen等人通過微立體光刻法添加制備了3D凝膠聚合物電解質(zhì)，并在凝膠聚合物電解質(zhì)兩側(cè)的自由空間填充和固化電極混合物[圖3(c)]。基于光聚合的3D打印技術，聚合物和凝膠聚合物電解質(zhì)有很大的潛力被構(gòu)建成3D結(jié)構(gòu)。Chen等人的方法的局限性是，由于凝膠聚合物電解質(zhì)的存在，熱處理不能用于去除電極混合物中的有機成分，這意味著電池的比容量有限，電極中的電子導電性較低。或者，這種方法的制造過程可以反過來，首先通過VP法制造兩個交叉的平板電極，然后在整個電池組裝之前，將聚合物或凝膠聚合物電解質(zhì)的液體樹脂涂覆并固化在電極表面[圖3(d)]。在這里，聚合物和凝膠聚合物電解質(zhì)是很好的選擇，因為它們可以在具有復雜幾何形狀的電極表面上共形包被，并且原位聚合給出了相對較低的界面阻抗。在該工藝中，可以在涂覆聚合物之前進行熱處理，使電極混合物中的有機成分完全被去除，從而使活性物質(zhì)的總體質(zhì)量百分比更大，電極內(nèi)的電導率更高。
圖3:(a)通過DIW與LiFePO4 (LFP)陰極和Li4Ti5O12 (LTO)陽極形成的互指板電池。(b)兩側(cè)有蜂窩孔的固體電解質(zhì)，可以進行互指，請參考文獻[42]進行復制。(c)通過微立體光刻技術制造的3D凝膠聚合物電解質(zhì)，在填充電極漿液后可以互指。(d)基于制造交叉指狀板電極，然后填充可固化電解質(zhì)凝膠的交叉指狀策略示意圖。
3D架構(gòu)電極，可減輕體積膨脹造成的電池退化
三維電極可以發(fā)揮作用的一個不太為人所知的途徑是緩解轉(zhuǎn)換電極（如Li、Ag、Si和S）的大體積膨脹造成的退化。
展開 SIMULIA仿真工具助力汽車設計研發(fā)
采集暖通空調(diào)系統(tǒng)組件的動態(tài)行為和有乘客的3D車艙的動態(tài)行為，借助1D-3D一體化仿真預測目標溫度，達到舒適度所需的時間和電池續(xù)航里程。
包括局部熱調(diào)節(jié)解決方案，以降低暖通空調(diào)的能耗。采用加熱或通風座椅和輻射板等微氣候系統(tǒng)，提高乘客的舒適度。SIMULIA求解器能準確地建模、預測這些解決方案的節(jié)能幅度和乘員舒適度。
不必制作真實原型，就能在車艙整體設計中考慮真實天氣條件或乘客多樣性。在數(shù)字環(huán)境下探索各種場景，無需運輸團隊和設備到不同氣候條件下進行測試。
通過最先進的現(xiàn)實渲染和虛擬現(xiàn)實體驗車艙新設計；理解影響性能的物理現(xiàn)象；驗證車艙人機工程學和可用性。
預測多人車的艙內(nèi)氣流和溫度分布
電池熱管理
電池熱管理是確保延長可行駛里程和電池長期耐用性的關鍵。盡管在較高溫度下電池能更高效地提供電能，但長時間暴露在高溫下，可能會導致電池的性能提前退化。需要穩(wěn)健地控制電池溫度在既能有效工作又不影響耐用性的范圍內(nèi)。
面向電池設計的達索系統(tǒng)完整解決方案：
為了讓電池正常發(fā)揮相應功能，多物理場仿真是重要的，包括電化學反應、熱-電行為、熱結(jié)構(gòu)分析等。此外，這些解決方案還能仿真跌落與抗穿刺、電池膨脹、整體安全和熱管理。
覆蓋系統(tǒng)復雜度的各個層面，從電芯模型到模塊模型和散熱板模型，。這些解決方案可在不同的尺度水平上，對電池電芯、連接器、電纜、繼電器、控制器電子裝置和散熱裝置進行仿真。
提供整車仿真能力，包括電池、電氣傳動系統(tǒng)、驅(qū)動和控制器設計等。
預測不同散熱方法的散熱性能，包括強制風冷、散熱鰭片、液冷板和散熱葉片。
提供適合不同時間尺度的流程和建模工具包，從僅使用幾分鐘的載荷周期，到連續(xù)數(shù)小時駕駛，直至數(shù)年真實駕駛和充電。這些工具包可為您提供準確的壽命終止性能預測。
內(nèi)含整套設計工作流程，從組件層面到系統(tǒng)層面解決各類電池問題。
展開 