新能源电池包仿真分析_上海凸分信息科技有限公司

随着国家对新能源汽车的扶持和推广力度不断加大,行业规范也越来越完善,一些不符合要求的电池包厂也逐渐被淘汰。未来要想在新能源汽车领域有所斩获,必须了解并适应国家对此行业的发展规划和发展方向。根据国家对新能源电池行业规范条件,电池包要进行公告申报,只有通过公告的电动汽车电池厂家,才能够进行电池的生产。


首先,这是十分必要的:

1)、这是对工厂的产能及实力的要求,《规范条件》对企业产能提出了量化的要求,锂离子动力蓄电池单体企业年产能力不得低于2亿瓦时,金属氢化物镍动力蓄电池单体企业年产能力不得低于1千万瓦时,超级电容器单体企业年产能力不得低于5百万瓦时。系统企业年产能力不得低于10000套或2亿瓦时。生产多种类型的动力蓄电池单体企业、系统企业,其年产能力需分别满足上述要求。

2)、为推动企业的技术进步,《规范条件》对企业研发机构、人员、设计规范文件体系和具体的设计研发能力提出了要求,企业应建立产品设计研发机构,应配备占企业员工总数比例不得少于10%或总数不得少于100人的研究开发人员,应建立与汽车研发相适应的产品设计开发流程和技术管理体系,建立汽车动力蓄电池产品设计规范,建立产品开发信息数据库。

3)、为保证企业产品的安全性和一致性,《规范条件》对企业产品和质量保证能力提出了要求,企业应通过IATF16949质量体系认证,应建立从原材料、部件到成品出厂完整的检验和可追溯体系。

4)、为推动新能源汽车市场的形成和发展,对动力蓄电池产品提供质量保证等售后服务,《规范条件》要求企业应建立完善的售后服务体系,会同汽车整车企业研究制定可操作的废旧动力蓄电池回收处理、再利用的方案。而根据201731日,工业和信息化部发展改革委科技部财政部关于印发《促进汽车动力电池产业发展行动方案》的通知:

1)、产品性能大幅提升。到2020年,新型锂离子动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤;系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1/瓦时以下,使用环境达-30℃到55℃,可具备3C充电能力。到2025年,新体系动力电池技术取得突破性进展,单体比能量达500瓦时/公斤。

2)、鼓励动力电池龙头企业协同上下游优势资源,集中力量突破材料及零部件、电池单体和系统关键技术,大幅度提升动力电池产品性能和安全性,力争实现单体350瓦时/公斤、系统260瓦时/公斤的新型锂离子产品产业化和整车应用。


其次,也是对产品的要求,工信部于201716日发布《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》,自201771日起施行。通过审查的新能源汽车生产企业及产品,由工信部通过《道路机动车辆生产企业及产品公告》(以下简称《公告》)发布。根据准入新规,申请准入的新能源汽车产品,应符合《新能源汽车产品专项检验项目及依据标准》。

不难看出,国家相关部门十分重视新能源行业电池包厂家产能、设计和分析技术能力,以及产品性能尤其是安全方面的性能,各大电池厂家只有加快和加大在产品研发方面的技术投入,从提升自身产品性能出发,才能满足日益严苛的产品应用需求以及国家的相关规范,才能在未来的市场竞争中占据有利地位。

目前新能源汽车产业发展主要集中在混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车上。作为电动汽车的“心脏”,动力电池一直是新能源汽车产业发展的关键。就像内燃机车对发动机有各种要求,新能源汽车对电池组也有着苛刻的性能要求,包括安全性、稳定性、成本、充放电效率、比功率、比能量等,这些直接关系到新能源车在电动驱动上的表现。

为了能在最短周期内研制出高质量、可靠稳定的新能源汽车,工程师在研发环节引入先进的CAE仿真技术,来替代传统的反复使用物理样机验证方法。CAE技术可以在车用电池包设计过程中对电池包的结构和性能做出预估,从而大大降低电动汽车电池包开发风险,降低开发费用,从而提高电池包的设计质量和效率。目前国内外相关厂商机构,如比亚迪等都在积极地进行新能源汽车及其零部件的研发,因此,积极探索CAE技术在新能源汽车电池包设计、研发、制造中的应用是十分有意义的。

利用CAE技术对动力电池组进行仿真分析主要包括以下几个方面:

(1)电池组热管理可以建立虚拟的电池组和散热通道的三维模型,在此基础上分析散热效果并对不同方案进行对比和优化,取代了试验方法,大大提高了设计效率;

(2)电池的机械性能分析仿真模拟碰撞,碾压,针刺对电池的影响;

(3)电池的电性能分析可研究过充/过放,大电流,充/放,外部短路对电池的影响;

(4电池的结构力学分析可研究电池组的振动、耐久性和疲劳寿命。

通过对电池进行静态分析,动态分析,CFD分析(热、电、磁),提高产品质量可靠性,有效降低产品总成本和研发周期,提高研发人员的设计水平和设计效率。

一、热分析。热分析主要是分析电池的温度,根据分析结果提供合理的热管理方案,延长电池包使用寿命,最大限度提高电动驱动系统的安全性、经济性。

1)根据电池种类和PACK形式、电池热特性、使用量和使用环境等因素,确定其许用工作温度范围;

2)分析不同环境条件(高温、低温)和各种使用工况(巡航、怠速、上坡、加速、充放电过程等)下的温度,并根据温度分布选择合理的热管理方案;

3)构建初步的热管理方案;

4)构建精细的热管理方案。目前,电池热管理的标准还未完全建立,一般都是根据不同类型电池的工作温度(温度高低和温度均匀性)指标进行分析和设计的。热分析内容也需要根据客户目标进行调整,常规的可参考TESLA MODEL S系列的热管理方案、日产的LEAFBMWi3等等。国内车企的热管理方案也是五花八门,既有模仿国外车企,也有各大电池商或整车厂自主设计的热管理系统。


二、电池包机械性能分析。机械性能分析主要用于仿真模拟碰撞、挤压、碾压以及针刺都工况对电池的影响,参考已颁布的测试规范,利用结构分析软件完成指定工况的校核。

 

三、电池包的电性能分析。电性能分析可研究过充/过放,大电流,充/放,外部短路对电池的影响;


四、动力学分析。利用动力学分析可以研究电池组的振动、耐久性和疲劳寿命等。比如,电池包在车辆行驶过程中发生随机振动,研究随机振动对电池包的疲劳寿命的影响具有重要意义。



 

对电池包完成仿真分析,一般需要提供以下信息:

1)电池型号;

2)电池类型(如磷酸铁锂、三元);

3)充放电倍率;

4)液冷or风冷;

5)最高温度指标、环境温度;

6)整体均温指标、单体均温指标;

7)液冷系统自循环还是整车提供;

8)风冷是车载空调还是自带风扇;

9)电池包模型初步结构方案;

10)电池包工作状态描述;

11)分析对应规范;

12)其他特殊要求等。

备注:实际操作中,并非需要提供所有数据,具体需求根据分析校核内容不同而定。

 

上海凸分信息科技有限公司已为众多新能源电池设计和生产商提供专业的CAE工程仿真服务,并就仿真结果提出相应的优化方案,在热仿真、结构仿真、电性能仿真等方面均得到客户的高度认可,帮助客户高效地改进产品设计、提高产品性能、节省材料成本。