电池电性能与热性能仿真解决方案

ANSYS作为全球仿真技术应用的领导者，一直关注锂亚硫酰氯电池开发方面的CAE技术应用，不断开发新的仿真技术，针对锂亚硫酰氯电池设计的诸多难点，推出了全面完整的解决方案。

（1）ANSYS 提供统一的Workbench作为仿真环境，统筹进行电、化学反应、热、流体、结构的多学科耦合分析，同时提供仿真流程辅助用户逐步进行建模、网格、设置、求解及分析工作。仿真流程上游节点发生变化后，下游节点数据会自动更新。大大降低了用户的使用门槛，提高了仿真分析效率。

                             图1  利用ANSYS Workbench进行电池的流固耦合分析的仿真流程

ANSYS FLUENT作为全球应用最为广泛的计算流体力学软件，提供四种成熟的电池模型，可以对锂亚硫酰氯电池的电极-电池-电池包进行不同尺度的仿真。ANSYS FLUENT中的电池模型可以分析单体中复杂的电势/电流分布、电化学热源等现象，并借此模拟电池中的热分布，求解出来的电池单体内部发热的详细情况和温度的分布和物理实验的结果非常接近。通过CAE技术对电池热性能及电性能进行仿真，可以辅助进行电池电极、极耳及电池结构的详细设计。

（2）利用ANSYS  FLUENT中的电池模块能精确计算得到三维电池的热分布。

                            图2  利用ANSYS FLUENT中的电池模块精确计算三维电池热分布

（3）ANSYS FLUENT中的电池模型可以将电池描述为等效电路，既方便进行单体电池的放电过程及发热分析，也方便分析电池在使用过程中的电路设计等。

                                 图3  利用FLUENT电池等效电路模型对脉冲放电过程分析

（4）ANSYS FLUENT中的电池模型可以详细考虑电极内固体颗粒形状、密度等细节，对电池内部离子浓度在放电过程中的变化进行研究，同时也可以分析颗粒形状、密度等对电池整体放电及发热行为的影响。

图4 利用FLUENT电池模型对电极颗粒级别离子转移过程分析

（5）ANSYS FLUENT中的电池模型可以分析电池内部出现短路状态的放电及发热过程，评估电池的热安全型。

                               图5  利用FLUENT电池模型对电池内部短路后的放电发热过程

（6）ANSYS FLUENT提供成熟的流动、传热、湍流模型，可以对复杂的电池内部传热过程、电池壳体的传热、电池配套的散热设计进行分析。

                                       图6  利用FLUENT对电池包的散热设计进行分析

在电池整体热性能仿真的基础上，还可以借助ANSYS的结构分析模块对电池的结构性能进行仿真分析，可以辅助进行电池结构及散热的优化设计。除此外，还可以辅助进行电池组的优化设计及电池组同系统的匹配设计……