電池包多物理場CAE分析

【 背 景 】

       現今由於電動車蓬勃發展，而儲存其電能的電池模組，是電動車技術發展的關鍵，由其當電池的能量密度越做越大，散熱與安全性問題也更需要重視，目前電池系統面臨的三大挑戰為：

1. 碰撞安全問題(結構力學)

2. 散熱與熱管理問題(流體力學)

3. 系統級應用(系統工程與控制分析)

       可以看到這三個問題涉足不同的物理場，需要多物理場的解決方案才能進一步做電池安全性的評估，基於這樣的需求背景下，Altair開發了電池分析模組，其中集成了不同物理場的求解器，打造為電池包多物理場解決方案。

【 成 果 】

1. 基於微觀尺度的模型建立等效均質的機械和電熱特性，並將均質化的結果應用於巨觀模型上，進一步驗證機械和熱響應。

2. 基於實驗結果驗證均值材料的力學特性，並進一步確定短路與應變的關係，以及建立短路後的功率耗損與應變的數學模型。

3. 成功應用驗證後的電池芯模型進行多物理場模擬。

4. 以現階段的成果來說，模擬與實驗的結果吻合得很好，未來可以有效預測碰撞後，可能造成的電池熱失控現象，提升電動車的安全性，也對於其未來的發展有正面的幫助。

5. 關於電池正常使用下的散熱與熱管理問題，也成功使用 CFD 分析模組，配合 UDF 發熱功率與非等向性材料，成功的預測電池包的溫升裝況，輔助電池散熱系統的設計。

6. 在系統級應用解決方案上，使用 romAI 功能能基於人工智能和經典系統理論，建構降階的動態系統模型，且成功應用於系統級的電池包模型上，可以成功預測因為駕駛行為、累積里程與電池充電狀態下，對於電池電力的影響，讓電動車在開發時的里程預估更為準確。

【 技術特點 】

1. 具備快速微觀尺度模型建立的自動化工具，能快速完成材料均質化的步驟。

2. 整個電池包模組建構在 HyperWorks 各領域的 Solver 與原廠開發的材料副程式上，可以使用 HyperWorks 一條龍的解決方案，不需要與第三方有限元素求解器搭配，降低客戶學習與軟體採購的負擔。