新能源车燃料/动力电池及系统

综述

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未来相当长时间内是主要发展趋势。

•国标GB/T 31467.3-2015,规定了电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统安全性的要求和测试。

•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。

•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,可近乎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。

动力电池产品开发中面临的挑战

新能源车燃料/动力电池及系统

动力电池产品开发中面临的主要问题

新能源车燃料/动力电池及系统

动力电池PACK结构可靠性分析

电动电池作为电动汽车的唯一动力来源,是影响电动汽车性能的重要指标。而作为电池组的载体,电池包则起着保护电池组正常、安全工作的关键作用。因此,电池包的结构可靠性必须满足使用要求才可以保证行驶的安全性

新能源车燃料/动力电池及系统

【质子交换膜燃料电池】概述

新能源车燃料/动力电池及系统

【质子交换膜燃料电池】概述

仿真分析需求:

电化学反应问题:操作条件对电化学反应的影响,扩散层、催化层、电解质膜的性质对电化学反应的影响;

‐水管理问题:流道几何形状,燃料及空气流率,流道材料亲水性,扩散层、催化层以及电解质膜等材料对水传输的影响;

‐热管理问题:几何形状,冷却剂性质和流量,电流密度对温度场的影响。

新能源车燃料/动力电池及系统

电池包网格生成技术概述

热管理是电池设计的核心工作之一,电池模型网格生成需要占据大量时间

‐电池的性能和寿命都跟热环境密切相关

‐CFD作为通用热分析方法,计算结果精确性依赖于高质量网格 

‐仿真目的减少电池内部及电池之间的温度差,需要网格密度的有效控制

‐电池包/模块的几何结构复杂,区域众多,网格生成占据大量时间 

‐网格区域连通性的处理非常重要

•ANSYS CFD Meshing的多种通用网格工具,配合SpaceClaim共享拓扑、参数化等功能,可以高效处理电池包/模块网格。

新能源车燃料/动力电池及系统最佳实践场景汇总

燃料电池方向                       新能源车燃料/动力电池及系统                           

固体氧化物传热传质仿真分析

PEMFC 电池组模拟

反应湿度对PEMFC性能影响

PEMFC 水管理

电极仿真

动力电池单体电池方向

基于MSMD方法的电池单体热仿真

电池单体倍率性能分析

电池单体热失控仿真

电池针刺或内外部短路分析

动力电池电池包方向

基于fluent/icepak的电池包CHT传热分析

电池PACK散热分析

基于MSMD方法的电池包整体热仿真

基于MSMD方法的电池包短路仿真