CAE仿真技术为动力电池保驾护航

动力电池作为新能源汽车的核心部件，其使用性能和寿命严重影响着其产业的发展。锂离子电池以其体积小、比能量高、循环寿命长、环境污染小和安全性高等优点成为电动汽年的首选电源。其超高的能量密度虽然可以缓解续航里程短的缺点，但由于动力电池发热带来的安全问题却非常严重，各大动力电池生产企业都在竭力寻找解决此问题的捷径，有限元仿真技术便是捷径之一。仿真技术作为智能研发必不可少的一种使能工具，应用范围非常广泛，可以说“无处不在”。
                
                
 CAE仿真
 日前，惠州亿纬锂能公司副总裁袁中直博士在接受媒体采访时表示，近几年，随着新能源汽车爆发性的发展，亿纬锂能把握机遇，成功推出新能源汽车动力系统，拥有电芯、模组、电池管理系统、Pack结构等全产业链核心技术，应用领域涵盖增程式电动客车、纯电动客车和物流车、专用车、纯电动乘用车等。亿纬锂能动力电池产品覆盖方形磷酸铁锂、圆柱三元和软包叠片，现有产能5.8GWh，圆柱三元3.5GWh，方形磷酸铁锂2.3GWh
 袁总介绍到，传统消费类的锂离子电池的研发设计方法已不再适用。在研究动力电池热安全问题时，传统的热成像技术只能采集到单体电池表面状态，植埋热电偶温度采集的方法受结构限制又无法得到完整的热分布信息。通过实验的方法都会浪费大量的人力、物力和财力。面对如此困境，我们意识到有限元仿真的优势，排除万难，急切需要利用仿真技术对汽车电池包Pack产品进行散热设计与优化，确保大容量电池Pack包实现可靠的热设计，保障产品的热安全性能。除了热分析外，还需要对电池包Pack进行模态分析、动态分析、疲劳分析、跌落分析和轻量化设计等等。
 动力电池包CAE应用解决方案
 动力电池是由成千甚至上万个电芯组成的一个庞大的电源系统，重量从几百公斤到1-2吨不等。如此庞大的电源系统，其安全性不容忽视，而动力电池最大的安全问题就是发热，过高的温度不仅会影响电池的寿命，更会导致锂电池的正极材料脱落分解、负极与电解液反应、薄膜刺穿等严重安全隐患。运用Flotherm等热仿真软件对锂离子动力电池的热分布和流场分布
 进行建模仿真，得到多种方案的模拟结果，对电池的排布方式及电池热管理方案起到很大的指导作用。
 如图1，2所示，为某电池模组的截面温度分布和风流粒子温度分布
                
                
模组截面分布图
                
                
模组风流粒子温度分布图
 电池箱的功能即容纳和保护电池组，所以其结构必须保证保留最大的容纳空间基础上满足足够的强度，在薄弱的部位进行重点防护。电池箱体的结构分析主要有模态分析、静态分析和动态分析。
                
                
析流程
 模态分析用于确定电池箱体结构的固有频率，可以在设计时避开这些频率或者最大限度地减少对这些频率上的激励，从而消除过度振动和噪声。使用Hypermesh完成前处理，提交给abaqus进行计算，计算结果用有限元分析后处理软件HyperView查看电池包的固有频率、重点位置的位移和应力。
 静态分析的目的是确定电池包结构在静态载荷作用下的应力分布及最大应力出现的位置，以检验电池箱体结构能否承受一定的静载荷作用。
 动态分析主要分析电池箱体在各种工况下工作的动态性能。由于电池模块与电池包壳体并非刚性连接而是接触连接，为了更好的模拟这种接触特性，采用具有接触非线性分析功能的有限元分析软件Abaqus作为动态分析的求解器。
 下图为电池箱体结构仿真结果
                
                
可以帮助企业满足动力电池苛刻的标准要求，为动力电池的智能研发提供一条捷径，为动力电池质量保驾护航。未来，无论是前期设计还是后期校核，仿真技术都将发挥重大价值。