Ansys动力电池整体解决方案

导读：介绍动力电池整体解决方案

• 随着化石能源的日益消耗和对环保的逐渐重视，利用电能取代化石能源作为 动力的电动汽车受到了世界各国的关注和大力研发。电池技术作为电动汽车 的核心和瓶颈，是电动汽车研究的重点和热点方向，也是关系到新能源汽车 成本、续航里程、安全性及使用寿命的关键。
• 目前在电池研发方向，主要有四种技术路线: 锂离子电池、燃料电池、超级 电容和铝空气电池，其中前三者得到了广泛应用，后者尚在实验室研究阶段。整体来看，锂离子电池和燃料电池在末来相当长时间内是主要发展趋势。

• 目前对于新能源电池的仿真研发主要在于电池反应研究以及热管理研究两大方面， ANSYS对这两大方面的研究均有较成熟的解决方案。
• 由于电池研究过程中的物理现象具有相差非常大的时间和空间维度，ANSYS为此提 供了MSMD的解决方法；还针对电池使用过程中可能遇到的问题，如短路、热失控 等等提供了相应的模型和解决方案。
• ANSYS CFD针对燃料电池仿真，专门设置了两大模块，一是PEMFC模型，另一个 SOFC模型，可实现对燃料电池单电池或堆级的电化学、热、流动等综合仿真
• 除此之外，ANSYS还可以通过CFD的计算结果提取出电池的ROM降阶模型，可实时得到精度非常高的结果，并可将此ROM降阶模型用于系统仿真中。
• 最后，ANSYS针对电池具体使用过程中的结构强度、振动性能、疲劳分析、跌落分 析、挤压分析、冲击分析、碰撞分析等一系列国标中要求的测试均有对应的仿真方案。

• 电池仿真跨越的尺度范围巨大
• 电池设计具有多物理场性

动力电池研发中的主要流体/结构问题

流体方向：

结构方向：系统方向：

流体/系统部分：

结构部分已有的实践场景：

• 1方程热失控模型
• 集总成为一个反应
• 是四方程模型子集
• 4方程热失控模型
• 固态电解质界面分解反应
• 负极电极-电解质反应
• 正极电极-电解质反应
• 电解质分解反应

• BMS是动力电池系统不可或缺的一部分，是电动汽车中一个重要的电气子系统。
• BMS是一个为管理电池而设计的电池控制系统，包括传感器、控制器、各种控制、 驱动开关以及信息通信存储模块等等。    其主要功能包括:
• 电池状态(温度/电压/电流)监测
• 电池状态分析(SOC/SOH)
• 电池安全保护(告警管理)
• 电池信息管理
• 能量控制管理(平衡负载)

BMS涉及电化学、汽车工程、能源、嵌入式软件等多学科技术，通常会涉及到不同 的工程团队

目的：

• BMS软件根据从各种传感器信号接收到的准确信息进行智能决策。在电池组中为所有电池配备所有类型的传感器是不现实的，为了在合理的时间内获得完整的驱动循环结果，需要具有高保真度和 实时性的仿真模型。

痛点：

• 随着自动驾驶的发展，BMS软件的关键级别从ISO26262 ASIL B增加到ASIL C&D，这意味着总体开发工作的显著增加

方法：

• Fluent 模拟实际的模块和电池包，提取RTM（实时模型）供系 统仿真和软件使用
• SCADE/medini用于系统安全和信息安全、软件架 构和关键任务软件开发和验证
• 利用Twin-Builder将等效电路模型 (ECM) 及实时模型 (RTM) 与嵌入式软件集成。

优势：

• 系统级仿真，支持早期检测产品性能和安全问题
• 在BMS开发中提高56%的效率；改进生成代码的运行性能；简化开发过程

• FLUENT有丰富的物理模型、MSMD锂电池模块、燃料电池模块，再加上电化学 模型和强大的并行计算能力，使得客户能够精准模拟电池系统中的各种物理现 象并迅速得到准确结果；仿真结果和试验数据对比吻合较好。
• FLUENT和Twin Builder联合可提取电池ROM模型，快速得到结果并用于系统仿真。
• FLUENT可通过WORKBENCH平台与其它软件联合计算，完成多物理场、多学科的 仿真。
• ANSYS mechanical 软件可完成电池系统中部件的强度、振动、疲劳等相关计算。
• ANSYS DesignXplorer软件可完成电池设计中的流体或者结构优化。
• ANSYS TwinBuilder可完成电池的BMS系统搭建工作。