科研进展 | 我院新能源电池设计评估制造仿真与全生命周期管理平台项目组技术研发取得新进展
发布时间：
2024-07-09
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新闻资讯
近日，北京大学南昌创新研究院（以下简称“北大南昌院”）新能源电池设计评估制造仿真与全生命周期管理平台项目组取得突破。该项目组成功研发出基于新能源电池多尺度电化学模型的新能源电池—结构安全性评估与优化设计软件，这一创新成果为精准分析新能源电池健康状态及有效延长其使用寿命开辟了新的途径，标志着项目组在全固态电池全生命周期监控技术研发方面迈出了关键性步伐。此电化学模型的研发不仅加速了产品的整体研发进度，更为后续产品市场化应用奠定了坚实的技术基础，预示着工业仿真软件国产化的又一次飞跃。
新能源电池多尺度电化学模型，作为辅助电芯及电池包结构与热设计的关键工具，融合了集总模型、等效电路模型、P2D模型以及热失控模型四大核心组件。该模型全面覆盖了电芯至电池包级别的充放电过程模拟，能够对温度场分布、结构位移和速度场等多种物理场进行深入剖析，帮助工程师精确评估并优化电池系统的工作状态。通过该模型工程师能够精准地调整电池设计参数，旨在显著结构散热、强化安全性能并延长循环寿命，这些关键指标的改善对于推动新能源电池技术进步至关重要。
此外，该模型还具备强大的材料评估与工艺优化指导功能，能够科学预测不同材料组合对电池性能的潜在影响，从而加速新材料与先进制造工艺的引入与应用。新能源电池多尺度电化学模型的应用前景极为广阔，它将深刻影响新能源汽车、消费电子、国防装备等多个领域的产业升级与新能源系统的深度融合，为这些行业带来更高效、更可靠、更安全的能源解决方案。
新能源电池——结构安全性评估与优化设计软件前处理界面
模型方法及特点
集总模型是一种简化的电池模型，通过整体性能参数来描述电池的行为，适用于快速评估电池系统的整体性能。它可以帮助工程师快速了解电池的基本特性，如电压、容量、内阻等，为系统级设计提供参考。在CAE仿真软件中，集总模型可以用于快速搭建系统级模型，进行初步设计和优化。
等效电路模型是一种基于电路理论的电池模型，将电池的电化学特性抽象为电路元件，如电阻、电容和电感等，用于描述电池内部的电化学过程和电压响应。它可以更详细地分析电池的动态特性，如响应速度、频率特性和失效机制等，为系统级仿真提供更准确的模拟结果。
P2D模型是一种介于一维和三维模型之间的模型，将电池的空间结构考虑在内，但在某些方向上进行了简化，以降低计算复杂度。P2D模型可以更准确地描述电池内部的温度分布、电流密度分布和物质传输过程，对于分析电池的局部特性和优化电池设计具有重要意义。
热失控模型是用来描述电池在异常情况下（如过热、过充、短路等）可能发生的热失控过程的数学模型。其通常考虑电池内部的热量产生、传导和散热机制，以及可能导致热失控的各种因素，帮助预测和防止电池系统发生严重的热失控情况，对于改进电池设计和提高安全性具有重要意义。
热失控过程
目前，新能源电池多尺度电化学模型已经完成开发与测试并嵌入软件，可应用于电池包散热分析、电池包受热膨胀、电池热失控、电池包侧撞分析等一系列实际问题中，有效协助工程师对电芯及电池包进行研发设计。这些实践不仅验证了模型的实用价值，还有效提升了固态电池设计的可靠性、安全性及续航能力。未来，随着项目的持续深化，该软件将不断提升精度与适用范围，为新能源电池技术的研发与设计注入更强动力，助力锂电产业的蓬勃发展。
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