2023.04.10

【LS-DYNA 最新應用】電池行業的多物理模擬

【LS-DYNA 最新應用】電池行業的多物理模擬

 

1. LS-DYNA 模擬協助電池技術發展

電池設計涵蓋多物理且須考慮性能與各種複雜情況下的安全性，隨著電動車技術的發展與環保節能的趨勢，電池技術研發是汽車產業致力於精進的，加上近幾年電動車因電池問題產生故障或嚴重事故案例接連發生，以及整體市場對於電動車電池的里程焦慮、安全疑虞問題遲遲未得到完整的解套，透過 LS-DYNA 強大的多物理場求解器耦合電池模擬所需的結構、流體、電磁、熱等等，結合多種演算法與多尺度分析，讓電池設計流程可以只用一個軟體、一個模型進行高效率求解，同時得到電池的電壓、電流、溫度、形變、SOC剩餘載荷資訊。LS-DYNA 在電池的最新應用加入了推薦材料模型，像是 GISSMO 失效模型、塑膠材料模型、非金屬材料模型等等能夠幫助電池設計流程完成更加快速。

  • 多物理場：結構+流體+電磁+熱 / 顯式+隱式。
  • 多算法：線性+非線性+近場動力學。
  • 多尺度：針對電池的微觀及宏觀尺度進行模擬分析，包含複合材料設計與計算，外部短路模擬、小球撞擊模組、電池受到撞擊或針刺等狀況都能精準分析。

 

2. LS-DYNA 支援的多種電池模擬與應用案例

  • 電池基本模擬：擠壓結構、單次衝擊、跌落、碰撞
  • 電池進階模擬：結構邊框的拓樸優化、重複多次衝擊、電池受熱膨脹、隔膜卷繞與平壓、擠壓多物理場、電池防爆閥、隔膜切割、黏合膠的擠壓融合、輥壓、涉水工況、跌落或衝擊後隨機振動、膠黏開裂、電池爆炸對周圍結構的影響。

 

  • 電池受到小球撞擊的電流密度與溫度變化

​

 

  • 電池針刺後的溫度變化

多物理場電池針刺和擠壓採用分布式等效電路模型(ECM)，可以模擬電池的局部短路，在 ECM 模型中電、熱的輸入參數都能與 Fluent 共用，模擬流程簡易且運算量小。

 

  • 電池擠壓、衝擊後的電流密度與溫度變化

 

3. 電池冷卻方法分析

運用 LS-DYNA 多物理耦合，可模擬電池模組各種冷卻條件下的瞬間散熱，以及長期使用的升溫變化，以下兩次模擬分別使用的冷卻條件包含無冷卻、空氣冷卻、液體(水)冷卻，除了冷卻條件不同，其餘電池模組條件都維持相同。

  • 第一次測試條件：無冷卻、液體冷卻

  • 第二次測試條件：空氣冷卻、空氣＋液體共同冷卻

 

 

根據以上兩次分別模擬，結果分析出冷卻最佳效果為空氣＋液體共同冷卻，瞬間降溫速度最快且可讓升溫速度與幅度大大降低。

 

延伸閱讀：

電池安全與可靠性 - Ansys 模擬軟體

LS-DYNA 電池與車輛碰撞模擬

 

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