通过 CFD 仿真优化锂电池系统，减少设计时间和成本

序言

Forsee Power 成立于 2011 年，是设计和制造用于汽车和其他产品的智能锂电池系统的先驱和全球领导者。该公司
致力于不断创新，使用标准化产品设计方法提供高性能、高安全性和长寿命的电池系统。这种设计方法确保了满足客户独特要求的灵活性。

公司对创新的努力延伸到优化散热，这是锂电池系统的重大挑战。公司意识到，它需要超越 1D 仿真和在电子表格中研究数据。为此，Forsee Power 与 Siemens Digital Industries Software 合作，将 Simcenter™ STAR-CCM+™ 软件集成为解决方案，这是 Siemens Xcelerator 软件、硬件和服务业务平台的一部分。

克服电池热挑战

在设计电池系统时，存在一些挑战，即热设计和热失控控制，它们也是评估电池包安全性能的关键因素。Forsee Power 需要根据核心设计企业在早期设计阶段提供的单核热参数准确获取整个电池包的热设计性能。此外，公司还需要避免在以后的实验中或下一步的设计阶段发现问题。

他们之前的流程经常无法反映电池加热的细节。如果没有足够的关于电池局部热点的详细信息，可能会导致整个电池组的冷却系统出现热故障。

此外，采用此流程，在早期设计阶段如果没有物理原型，就无法进行热测试。一旦出现问题，通常发生在设计过程的后期，而修改已经完成的设计会增加实验和时间成本。

为了克服这些挑战，Forsee Power 知道他们需要一个仿真解决方案，以便在设计过程的早期捕捉热问题。

Forsee Power 专业从事智能电池系统的设计和制造。他们坚信，创新的电池解决方案对于成功和可持续的能源转型至关重要，可以优化全球智能交通和设备的生命周期。

使用仿真进行电池热管理

电池制造公司广泛使用仿真软件进行电池包热管理。仿真验证其参数和解算方案后，工程师可以扩展仿真以验证产品性能并减少实验经历的轮次次数。

“使用 Simcenter STAR-CCM+，我们可以在设计早期准确获得热设计性能，”Forsee Power 机械工程师 Kinny Ruan 说。

得益于 Simcenter STAR-CCM+ 中的计算机辅助设计 (CAD) 界面，Forsee Power 工程师可以直接将设计导入电池组模型。该软件使用设计团队提供的核心加热数据来仿真和验证组件的散热效率，例如冷却通道和风扇。这个过程可以取代大多数传统和物理实验，简化整个设计阶段。

关键的突破在于利用仿真获得电池包在循环条件下的详细三维温度分布数据。通过利用 Simcenter STAR-CCM+，研发工程师可以根据客户的需求调整和做出设计选择，然后快速获得电池包的散热性能。该流程缩短了研发周期并降低了相关成本。

“通过将计算任务移交给 Simcenter 软件，工程师可以更专注于构建设计理念和定义边界条件，真正提高产品性能，”Forsee Power 仿真工程师 Ken Yan 说。

此外，Forsee Power 智能电池系统也为提高移动出行做出了重大贡献。通过创建标准化产品的定制变体，公司可以满足各种应用场景的要求。公司并没有放之四海而皆准的心态，每个客户都会收到一个多功能且可靠的解决方案。

利用 Simcenter STAR-CCM+，工程师可以精确评估热设计性能并确定电池中的局部热点。这样可以优化电池组的冷却系统，以实现最佳性能。

应用 CFD 仿真验证性能

要确定产品成功与否，必须牢记其特定的产品开发细节，因为它在整个设计和开发过程中会经历反复修改。为此，公司需要一种解决方案；然而，应用计算流体力学 (CFD) 仿真有两个主要顾虑。首先是确保仿真的准确性，其次是仿真的效率。

将该工具应用于紧凑型模块化风冷电池 PULSE 0.5 时，工程师可以验证其在 40°C 极端环境下的准确性。通过对实验和仿真结果进行基准测试，反馈仿真和测量趋势一致，仿真监测温度误差在 5% 以内。软件详细显示产品测量的高温和低温位置，清楚地展示了它们在模拟实验方面取得的成就。

Simcenter STAR-CCM+ 帮助 Forsee Power 工程师更直观地了解设计更改的效果。借助这款 3D 流体热仿真工具，工程师可以专注于各种细节，并努力验证产品的性能。

借助该解决方案，Forsee Power 降低了实验频率，并为生命周期仿真提供了准确的温度数据。

Forsee Power 已经验证了仿真结果，确认了其准确性以及与实验测试数据的一致性。该图表说明热仿真数据与实验数据非常吻合，误差幅度在 5% 以内。

打造更好的电池设计

将 Simcenter STAR-CCM+ 集成到 Forsee Power 的工程工作流程中，在加快设计流程和提高其实现这些更简化和更具成本效益的结果的能力方面发挥了关键作用。利用 Simcenter STAR-CCM+，公司能够了解和解决电池组设计中的热挑战，从而提高安全性和性能。

Forsee Power 的成功案例体现了西门子工程软件在克服锂电池系统开发中复杂挑战方面的变革性影响。随着公司不断优化产品设计和性能，他们对智能电池系统行业创新和可靠性的承诺始终坚定不移。

2022 年，Forsee Power 推出了大功率 PULSE 0.5 电池，旨在迎合非公路用车市场，包括农业、工业、林业、采矿、叉车、挖掘机等领域的应用。