電池包熱安全仿真的案例
新能源電池包熱應力防護如何筑牢安全防線？
Ansys熱應力分析可使電池包散熱板開裂風險降低30%、熱失控預警時間提前8分鐘，構建全周期安全防護體系，技術鄰依托資深師資團隊打造的定制培訓，能讓企業工程師快速掌握這套核心防護技術。
新能源汽車電池包的熱應力安全問題，是制約行業發展的關鍵瓶頸。電池包在充放電、高溫環境及熱失控初期均會產生顯著熱應力，若管控不當，極易引發殼體破裂、電芯擠壓短路等嚴重安全隱患。技術鄰服務20+新能源頭部企業的實戰經驗顯示，電池包熱應力相關故障中，正常工況下的散熱板開裂占比23%，熱失控初期的殼體破裂占比35%，而Ansys熱應力分析可針對性構建全周期防護體系。更重要的是，技術鄰通過定制培訓，將這套前沿技術轉化為工程師的實操能力，其師資力量堪稱行業標桿——講師團隊均具備10年以上Ansys仿真經驗，且持有Ansys官方認證資質，深度參與過電池包熱安全項目，能精準對接企業實際需求。
在正常工況的熱應力管控中，快充場景的熱堆積問題尤為突出。電池包快充時，電芯因焦耳熱溫度從25℃快速升至50-60℃，鋼質散熱板與鋁合金電芯的熱膨脹系數差異達1.8倍，極易引發接觸熱應力，形成“熱應力升高-散熱失效-溫度驟升”的惡性循環。Ansys通過兩大核心手段破解這一難題：一是材質匹配驗證，通過仿真對比鋼質、鋁合金、鎂合金三種散熱板材質的應力分布，最終選定鋁合金材質，使接觸應力從180MPa降至117MPa；二是整體應力優化，在殼體螺栓處增加硅膠緩沖墊片，將局部應力降低30%，徹底避免殼體變形開裂。同時，Ansys可精準模擬不同充放電倍率下的熱應力變化，1C倍率充電時熱應力值為90MPa，2C快充時增至150MPa，為液冷系統調控提供精準數據支撐。這些實操技巧，正是技術鄰培訓的核心內容，講師會以企業真實電池包模型為案例，手把手指導學員完成材質選型、應力優化的全流程仿真操作。
展開 元王仿真云案例精選丨基于Flotherm的電池包熱仿真分析
在國家節能環保的號召下，電動汽車越來越普及，廠商們在電池包的設計上下足了功夫，而電池包熱管理對性能和安全更是起著決定性的作用。
電池的熱管理是電池管理系統的重要組成部分，其主要功能是通過冷卻系統和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍。電池熱管理系統的功能主要包括：
1）電池溫度的準確測量和監控；
2）有效的散熱和降溫功能；
3）低溫條件下的快速加熱，使得電池系統處于正常運行的溫度范圍；
4）保證電池組溫度的均勻分布，降低單體電池溫度差異性。
熱管理系統設計目標是根據整車典型的運行工況和鋰離子電池的發熱功率，選擇合適的熱管理方式，基于電池的溫度特性合理設計熱管理策略，保證電池包內各個電池都工作在合理溫度范圍內，同時盡量維持電池包內各個電池及電池模組之間的溫度均勻性。
在多種條件限制下，平衡協調電池包各性能指標，尋求更優的電池包熱設計，對電池包進行熱仿真分析必不可少。
下面就為大家介紹一個強迫風冷熱仿真案例，看看該如何進行電池包熱仿真。
展開 【CFD專欄】圓柱電池包如何進行熱仿真？
圓柱電池（cylindrical cell）技術成熟，成本低，單體一致性較好，在新能源車中得到廣泛應用。最具代表性的車型，特斯拉 Model3，總共有 4416 顆 21700 型圓柱電池單體。
Model3 的電池包拆解圖
圓柱電芯單體是由多層材料組成，每個電芯在半徑方向和高度方向導熱性能差別較大。在電池包熱仿真模型中，不太可能對單個電芯進行詳細建模，通常簡化為均勻的固體，要求定義各向異性的熱屬性。如果手動來定義，那么數百個電芯都要創建各自的圓柱坐標系 (RTZ)，頗為麻煩。
圓柱電芯拆解圖
使用 SimLab 實現
圓柱電芯的熱屬性批量定義
在 Altair SimLab? 中不僅可以處理復雜的裝配體 CFD 網格，而且可以利用 Python 腳本輕松實現圓柱電芯的熱屬性批量定義。
展開 電動汽車電池包熱仿真Step by Step教程
作者：王永康
來源： 仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）
導讀
本案例主要是對某電動包Pack進行整包的熱仿真計算。詳細講解了電池包CAD模型的修復處理、CAD模型導入Icepak、Icepak熱模型的修復、Icepak熱模型的網格劃分過程及修復、求解計算的設置、直到最終后處理顯示，并提出熱流優化的方向。通過Step by step進行講解，用戶可學習到：
① SCDM修復此類電池包的技巧及規則
② SCDM如何將CAD模型導入Icepak
③ Icepak熱模型的網格劃分技巧
④ 熱模型求解計算的設置
⑤ Icepak后處理結果顯示
⑥ 要求SCDM版本為18.1以上
一、問題描述
對電動汽車而言，電池Pack的熱控（降溫、加熱）非常關鍵。本算例的電池包模型主要包括Pack外殼、多個電池模塊、電池模塊固定架、出風口及三個軸流風機；對于此類機箱熱模擬而言，需要輸入風機本身的P-Q曲線，設置電池包各個部件的材料屬性（尤其是導熱率）和熱耗；在計算強迫風冷的同時，考慮電池包外部空氣區域與外殼的自然對流及輻射換熱計算。
展開 
Starccm+ 電池包熱仿真分析（附模型及分析流程） ￥85
<p>1 分析流程</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png" title="1.png" alt="1.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png?image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png">
</div><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p>2 案例分析</p><p>2.1 3D模型前處理</p><p>關鍵點：不能存在重復面、干涉以及單獨面。</p><p>將3D模型導入到<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" rel="noopener noreferrer" target="_blank
展開 STAR-CCM+&Amesim聯合仿真的液冷電池包熱管理
公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，關注，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流體網格劃分CFD前處理
展開 液冷電池包熱管理-基于star-ccm+＆Ａmesim聯合仿真
以某車用鋰離子電池組為研究對 象 ，主 要研究了爬坡工況、９０ｋｍ／ｈ勻速工況和 ＮＥＤＣ三種 工況下動力電池組的溫升情況。利用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋ 和Ａｍｅｓｉｍ 軟件聯合對液冷電池包進行熱管理仿真，分析流場和溫度場的分布情況，預測綜合工況下電池包模組的最高溫度和模組間溫差分布，并通過熱管理試驗驗證三種工況下試驗結果與仿真結果是否吻合 ，以提高仿真精度。
動力電池包內熱量的累積不僅影響電池的使用效率及使用壽命，同時易造成動力電池系統故障并引發安全事故［，因此準確預測電池包內溫度分布，并對溫度場進行分析具有重要意義。動力電池包熱管理系統設計中，通常結合仿真來預測電池包的溫度分布、冷卻系統的流量分配和壓力分布等，從而預測熱管理系統的性能。仿真一般分為３Ｄ仿真和１Ｄ仿真，３Ｄ仿真可用于電池包液冷板流場和壓力場的仿真，以及模組溫度場的仿真，以獲得流場和溫度場的細節，但３Ｄ仿真軟件計算瞬態工況耗時較長，不便或無法用于系統級別仿真以及控制策略仿真；１Ｄ仿真從系統角度出發，模型從電池包擴展至包含整個冷卻／加熱系統外部環路等，由于建模中對各相應部件進行了簡化，在對系統性能進行仿真的時候，能大大提高仿真速度，通常用于系統級別的瞬態循環工況仿真和制定電池包熱管理控制策略等。
本人公眾號：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。
展開 電池包電安全策略 ￥10
電池包電安全策略
電池包高壓安全參考方法
電池包高壓安全參考方法
某型電動汽車電池包結構安全性研究
來源：上海理工大學
0.引言
目前，針對電池箱體結構性能方面的研究主要是集中在靜態分析、動態分析等方面。電池箱的靜態分析的目的在于分析電池箱的承載能力、抗變形能力，找到設計不足之處，從而優化電池箱的薄弱位置，保障動力電池安全。動態分析主要是指模態分析、定頻振動分析、隨機振動分析等，用來分析電池箱在路面不平度激勵下，電池箱容易振動的薄弱位置，對電池箱進行抗振優化設計，提高其抗振性能。本文基于某汽車主機廠的純電動汽車電池結構項目，首先通過HyperMesh建立了電池包的有限元模型，進行了靜力學分析，結果表明在3種典型工況下，最大應力均小于屈服強度，滿足安全系數，結構未發生失效；然后，基于OptiStruct進行了電池包模態分析和隨機振動分析，確認了結構失效的最危險位置；最后進行了掃頻試驗、隨機振動試驗。試驗結果表明，該動力電池包滿足在通過不平路面引起的隨機振動下的安全性能要求。對比了掃頻試驗得到的實際模態與仿真計算得到的模態，驗證了仿真結果的可靠性。
1.電池包有限元分析模型的建立
電池包由上蓋、下箱體、模組、銅排、BDU、BMU、接插件、防爆閥、冷卻系統等部分構成。某汽車主機廠的純電動汽車電池結構的三維結構圖如圖1所示，其長×寬×高分別為1473.6mm×1190mm×146mm。電池包具體參數如表1所示。上箱體材料為SMC復合材料，密度為1.7e-9kg/m3，楊氏模量為1.0e+4MPa，泊松比為0.3。下箱體材料為Al6061-T6,密度為2.7e-9kg/m3，楊氏模量為7.0e+4MPa，泊松比為0.33。 在保證計算精度前提下，對電池包進行簡化，以HyperMesh軟件建立電池包有限元模型，以質量點的形式模擬電池、模型質量的檢查，為動力電池包的箱體和電池模組單元賦予材料屬性、約束及載荷施加以及工況的定義等。
展開 為什么說，無熱擴散技術是動力電池安全的基石？
總體來看，電動汽車安全不容妥協，應該從源頭上解決問題，電池熱失控不擴散在當前階段應成為標配。
Part 2
汽車企業對于車主安全的保障
在百人會寧德的講演材料里面，很有趣的地方在于，2020年還只有14%的企業有“高要求”認為電池應該出現單體熱失控，系統不擴散的要求。絕大多數企業已經在2021年，對不熱擴散技術要求高達86%，也就是車企也在快速提高這個設計需求，認為電芯可以有故障，但是車不能燒起來，這個是共性的技術。
▲圖4.寧德時代統計汽車企業的對于電池熱擴散的要求
目前技術的手段數據：
●化學體系的差異，難度三元811大于三元5系大于磷酸鐵鋰，目前主要的難度還是在高鎳電芯方面存在挑戰。
●電芯之間的熱隔絕材料，以氣凝膠為例，電芯間隔熱材料在滿足不同化學體系電芯膨脹對空間的需求條件下，在第一層隔絕電芯之間的熱失控。
●一定電池區隔之間可使用隔熱材料：每隔一定的電芯數量間都采用高溫絕熱復合材料，然后配合防護罩設計定向排爆出口，將高溫氣火流排出。
●泄壓和排氣：通過設計多種類換流通道設計，控制熱源按預定軌跡流動，減少對相鄰電池區塊進行熱沖擊；并且控制電芯熱失控排出的氣火流，在不同結構通道內的均勻分布，設計縱向通道（底部換流通道）等，避免對相鄰的電芯產生急劇性的熱沖擊，引發第二次熱失控。
●絕緣設計：對電池包內的高壓部件進行絕緣防護，對電池包內的高壓連接及高壓安全區域進行高溫絕緣防護設計。
在這次百人會上，寧德時代的8系產品已實現NP（不熱擴散），并且滿足1000km的新一代高比能NP產品將實現量產。
展開 
儲能電池系統熱失控安全監測傳感器解決方案
電化學電池以不可控制的方式通過自加熱升高其溫度的事故即為熱失控。
什么是熱失控擴散？
熱失控電池產生的熱量高于它可以消散的熱量時，熱量進一步積累，可能導致火災，爆炸和氣體釋放。如果電池系統中，由于一個電芯產生熱失控而引發其他電芯熱失控，即為熱失控擴散。國家標準GB/T 36276—2018中給出的熱失控擴散定義如表2所示。
熱失控的引發原因？
熱失控現象的產生原因可以分為兩類：內因和外因。內因主要指在電池設計及制造過程中產生的原因；外因主要指在電池運輸、安裝及運行維護過程中由于人員、外部條件等導致的原因。分類概括如下▼
鋰電池熱失控反應特征非常劇烈-失控難控制
熱失控預警：儲能電池多維度安全監測預警技術受到國家層面高度重視！
針對熱失控預警技術，2022年08月29，工信部公開征求對《關于推動能源電子產業發展的指導意見（征求意見稿）》的意見（以下簡稱《指導意見》）給出了指導意見。
電池系統集成、檢測評價和回收利用中指導意見：
加強儲能電池多維度安全測試技術、熱失控安全預警技術和評價體系的開發與應用，突破電池安全高效回收拆解、梯次利用和再生利用等技術。
儲能系統智能預警安防中指導意見：
開發基于聲、熱、力、電、氣多物理8參數的智能安全預警技術，以及高效、清潔的消防技術。
電池儲能安全該如何化解？
電池熱失控是指電池持續放熱的連鎖反應，導致電池組溫度急劇上升，進而引發電池燃燒事故的過程。
展開 做到這些，熱失控將不再是鋰電池安全的不治之癥！
然而電動汽車安全事故的頻發，讓人不得不重新審視電動汽車的安全性。電池熱失控是起火爆炸事故的主要原因。像特斯拉汽車、三星手機等起火事件都涉及到了鋰離子電池的熱失控問題。鋰離子電池的工作溫度范圍很窄，在15～45℃之間，如果溫度超過臨界水平，便會發生熱失控。鋰離子電池一旦發生熱失控，會引發停不下來的連鎖反應，溫度在幾毫秒內迅速上升，內部產熱遠高于散熱速率，電池內部積攢大量熱量，使電池變成氣體，導致電池起火和爆炸，并且幾乎不能以常規方式撲滅，直接威脅到用戶安全。
當前引發鋰電池熱失控的因素多種多樣，總結起來主要有過熱、過充、內短路、碰撞等引起的發熱失控。如何提高電池的安全性，把熱失控的風險降至最低成為人們研究的重中之重。對于單電池來說，其安全性除了與正極材料相關外，還與負極、隔膜、電解液、粘結劑等其他電池組成部分有著很大關系。下面展開講述研究者們是如何在電池材料上降低電池熱失控風險，提高鋰電池安全性。
一、正極材料
出于安全性考慮，正極材料需要與電解液的相容性和穩定性好。常見的正極材料在溫度低于650℃時是相對比較穩定的，充電時處于亞穩定狀態。在過充的情況下，正極的分解反應及其與電解液的反應放出大量熱量，造成爆炸。鈷酸鋰、鎳酸鋰的熱穩定都比較差，鎳鈷錳酸鋰三元材料由于其比容量高、具有較高的比能量密度，成為當下正極材料的理想之選。然而三元材料中鎳的含量較高，材料的循環性能難以保證，熱穩定性較差。
富鎳正極材料在高電壓（>4.3V）和高溫（>50℃）下循環過程中發生結構坍塌導致二次顆粒連續產生微裂縫。這些微裂縫斷開一次顆粒之間的電通路，在相轉變過程中釋放氧氣，導致電化學性能變差。
展開 Icepak電池包熱分析
一、背景
某手持家電設備，工作時間小于十分鐘，但工作電流較大，會產生大量的熱，需評估電池支架以及外殼（手持區域）的溫度情況。
二、方案
將電池包在Space Claim中進行適當幾何簡化，在Icepak中完成瞬態熱分析。
三、分析結果（支架某點溫度響應曲線）
仿真結果
測試結果
支架溫度分布云圖
新能源汽車試驗T型槽平臺：電池包碰撞與電機耐久測試專用方案
在新能源汽車研發與質檢領域，電池包碰撞測試與電機耐久測試是評估核心部件安全性與可靠性的關鍵環節。新能源汽車試驗T型槽平臺作為測試的核心基準載
3.安全防護配置：平臺表面做絕緣防滑處理，耐電壓≥1000V，避免電池包碰撞后漏電風險；周邊配備防護圍板與緩沖裝置，吸收沖擊量，保障測試環境安全。
三、電機耐久測試專用方案：高頻振動下的保障
1.抗振性能強化：平臺阻尼比≥0.25，振動傳遞率≤3%，可快衰減電機高頻振動，避免成為二次振動源；底部配備專用阻尼減振墊，隔離地面振動干擾，確保振動傳感器采集數據純凈。
2.熱穩定性設計：選用低熱膨脹系數材質（11-13×10??/℃），臺面經氮化處理，耐高溫≥200℃，可適配電機耐久測試中50-150℃的溫升環境，減少熱變形對測試精度的影響。
3.兼容性適配：預留標準化接口，方便對接扭矩傳感器、功率分析儀等測試設備；T型槽支持多規格電機夾具安裝，可適配50-300kW新能源汽車驅動電機測試，提升平臺通用性。
綜上，新能源汽車試驗T型槽平臺通過針對性的材質優化、結構設計與安全配置，可適配電池包碰撞與電機耐久測試需求。科學選用專用平臺不僅能保障測試數據的可靠，還能提升測試安全性與效率。在新能源汽車向高安全、長續航轉型的趨勢下，專用試驗T型槽平臺成為核心部件測試的關鍵裝備，對推動新能源汽車品質升級具有重要意義。
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