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基於仿真技術的設計與安全管理動力電池作為新能源汽車的核心部件，其使用性能和壽命嚴重影響着其產業的發展。鋰離子電池以其體積小、比能量高、循環壽命長、環境污染小和安全性高等優點成為電動汽年的首選電源。其超高的能量密度雖然可以緩解續航里程短的缺點，但由於動力電池發熱帶來的安全問題卻非常嚴重。為此，億緯鋰能採購了從建模（SpaceClaim）到熱流體（Fluent）再到結構（Mechanical）的三大模塊，用來全面解決動力電池包面臨的散熱、結構優化和熱結構耦合問題。

一、案例簡介

近幾年，在推動新能源汽車產業發展的過程中，企業認識到電池包作為電動汽車的核心部件之一，是「木桶中最短的那根木頭」，已成為制約電動汽車市場化的瓶頸。動力電池是由成千甚至上萬個電芯組成的一個龐大的電源系統，重量從幾百公斤到1-2噸不等。如此龐大的電源系統，其安全性不容忽視，而動力電池最大的安全問題就是發熱，過高的溫度不僅會影響電池的壽命，更會導致鋰電池的正極材料脫落分解、負極與電解液反應、薄膜刺穿等嚴重安全隱患。億緯鋰能通過仿真技術和仿真平台的應用對汽車電池包Pack產品進行散熱設計與優化，確保大容量電池Pack包實現可靠的熱設計，保障了產品的熱安全性能。

二、案例背景介紹

傳統消費類的鋰離子電池的研發設計方法已不再適用。在研究動力電池熱安全問題時，傳統的熱成像技術只能採集到單體電池表面狀態，植埋熱電偶溫度採集的方法受結構限制又無法得到完整的熱分布信息。通過實驗的方法都會浪費大量的人力、物力和財力。

項目期間，億緯鋰能通過用仿真技術對汽車電池包Pack產品進行散熱設計與優化，確保大容量電池Pack包實現可靠的熱設計，保障產品的熱安全性能。除了熱分析外，還需要對電池包Pack進行模態分析、動態分析、疲勞分析、跌落分析和輕量化設計等等，有效解決了上述困境。

三、案例應用詳情

1、總體應用框架

智能製造時代，億緯鋰能的布局策略是：用世界上最先進的成套裝備、管理方式來製造動力電池。具體來說，億緯鋰能通過高端的自動化設備+控制系統，包括MES系統、SAP系統、評審系統，從而保證產品品質的一致性；並通過配備全員生產維護的TPM（Total Productive Maintenance）制度和保證製程水平不斷提高的技師制度等多項管理制度來改善品質，保障產品安全。

2、關鍵技術應用詳情

目前，CAE分析已成為億緯鋰能動力電池產品研發必不可少的環節，公司成立了專門的仿真小組對單體電芯，模組，電池包進行結構及熱仿真分析。圖1所示為動力電池項目開發流程。

應用ANSYS Fluent仿真工具，通過建立有限元模型，進行熱流耦合分析求解，獲得完整的鋰離子動力電池的熱分布和流場分布，通過分析多種方案的模擬結果，對電池的排布方式及電池熱管理方案起到很大的指導作用。圖5所示為電池包熱流耦合分析結果。

電池箱的功能即容納和保護電池組，所以其結構必須保證保留最大的容納空間基礎上滿足足夠的強度，在薄弱的部位進行重點防護。除了靜強度分析，還需要進行模態分析，得出電池箱結構的固有頻率，在有效的有限元模型基礎上，通過反覆的結構修改、仿真分析、結果評價，使改進後的電池箱在振動試驗中不出現斷裂、變形較大等結構破壞現象。在保證強度、模態特性及抗振動衝擊性能的前提下，還要最大限度地減輕電池箱重量。圖6所示為電池箱體的結構仿真結果。

四、創新性與優勢

本項目的創新性與優勢體現在以下幾個方面：

（1）應用ANSYSFluent仿真工具，通過建立有限元模型，進行熱流耦合分析求解，獲得完整的鋰離子動力電池的熱分布和流場分布，通過分析多種方案的模擬結果，對電池的排布方式及電池熱管理方案起到很大的指導作用

（2）首先，仿真技術可以對設計結果提供充分的檢驗判斷，針對產品的結構進行驗證，獲得全局性的結果，從而能準確找到結構件的薄弱環節和潛在薄弱環節，給出優化方向，保障最終產品有效通過各種檢驗標準。

五、案例應用效益分析

經過智能製造的高效管理，億緯鋰能動力電池生產線效率獲得顯著提升；仿真技術的應用，無論是對前期設計還是後期校驗都有顯著的改善，最明顯的表現是：

（1）人均產量提升4倍、用工人數減少70%、製程縮短一半、優率提升到95%、容量一致性提升67%、電池內阻降到傳統模式的30%。億緯鋰能動力電池產品覆蓋方形磷酸鐵鋰、圓柱三元和軟包疊片，現有產能5.8GWh，圓柱三元3.5GWh，方形磷酸鐵鋰2.3GWh。

（2）ANSYS仿真平台的搭建給予了智能研發極大的幫助，在設計早期使用CAE軟件可以明顯提升動力電池的可靠性、安全性，縮短開發周期，同時將仿真結果用於產品營銷環節，增加了銷售機會。