LS-DYNA等效電路模型
厚殼單元建立的模型進(jìn)行模組級(jí)別的仿真，計(jì)算速度相對(duì)較快。而現(xiàn)實(shí)中想要模擬pack級(jí)別（如整車(chē)電池包中），則需要更高的計(jì)算速度。LS-DYNA提供BatMac模型（實(shí)體單元），且針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了等效電路處理，擁有正極和負(fù)極，可直接應(yīng)用于整車(chē)或者pack級(jí)別仿真，計(jì)算速度更快。
得益于電方面更少的等效電路數(shù)量，相對(duì)先前的厚殼單元模型，BatMac模型計(jì)算速度可提高約20倍。
LS-DYNA同時(shí)提供熱失控模型，關(guān)鍵字為*EM_RANDLES_EXOTHERMIC_REACTION。用戶(hù)可通過(guò)編寫(xiě)C語(yǔ)言函數(shù)定義化學(xué)反應(yīng)的升熱功率等參數(shù)。右側(cè)案例分別為未考慮熱失控以及考慮熱失控的電池?cái)D壓仿真，可以看到考慮熱失控的模擬溫度比未考慮熱失控的計(jì)算結(jié)果高出很多。
LS-DYNA R13版本計(jì)算該案例可能會(huì)遇到“Error10246”報(bào)錯(cuò)，需將*EM_MAT_001里的每一個(gè)材料修改為單獨(dú)的材料卡。熱失控模型報(bào)錯(cuò)可以將變量cur按報(bào)錯(cuò)提示改成current解決。
使用Meshless模型對(duì)外部短路進(jìn)行模擬，用一個(gè)等效電路描述一個(gè)電芯/模組/pack。
電芯多物理場(chǎng)四種建模方法：實(shí)體單元，厚殼單元，BatMac，Meshless，用戶(hù)可根據(jù)不同的場(chǎng)景進(jìn)行選擇。
為滿(mǎn)足整車(chē)的碰撞計(jì)算速度要求，電池仿真需要使用BatMac模型。由于電芯在受到擠壓/碰撞的時(shí)間通常在100~200微秒之間，但后續(xù)的放熱時(shí)間卻相對(duì)較長(zhǎng)。此時(shí)可采用剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能，在碰撞之后將電芯轉(zhuǎn)換成剛體進(jìn)行后續(xù)的放熱分析，包括熱分布求解、熱失控求解等。
針刺模型（當(dāng)前的等效電路模型只能考慮針刺體為絕緣體）。關(guān)鍵字*MAT_ADD_EROSION定義失效，以及*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL曲線(xiàn)控制針刺（顯式計(jì)算）后顯式轉(zhuǎn)隱式計(jì)算（侵徹結(jié)束后結(jié)構(gòu)部分長(zhǎng)時(shí)間的放熱轉(zhuǎn)成隱式計(jì)算），以及關(guān)鍵字*EM_CONTROL_EROSION關(guān)鍵字需要同步考慮在內(nèi)。
模組單元由兩個(gè)電芯組成，每個(gè)電芯用關(guān)鍵字*EM_RANDLES_BATMAC定義，且每個(gè)電芯厚度方向有三層實(shí)體單元網(wǎng)格。
每個(gè)電芯包含熱相關(guān)材料、電相關(guān)材料及結(jié)構(gòu)變形材料。極耳使用關(guān)鍵字*EM_MAT_001定義電導(dǎo)率、結(jié)構(gòu)材料、熱材料。
上圖展示了電路的連接，使用等勢(shì)體定義和連接。
模組多物理場(chǎng)跌落案例。跌落的過(guò)程使用柔性體，跌落之后的長(zhǎng)時(shí)間放熱過(guò)程則使用關(guān)鍵字*DEFORMABLE_TO_RIGID_AUTOMATIC轉(zhuǎn)變?yōu)閯傮w計(jì)算。
后處理軟件中可以觀測(cè)到SOC變化。
模組針刺導(dǎo)致內(nèi)部短路溫度上升的案例模型。
Pack級(jí)別跌落測(cè)試模型，包含四個(gè)模組。
涉水模型，LS-DYNA可實(shí)現(xiàn)ICFD、電、結(jié)構(gòu)、熱耦合計(jì)算。
LS-DYNA 從R13版本開(kāi)始加入了電芯的厚度方向以及SOC的變化，可以考慮電池膨脹的情況。
沖擊損失+振動(dòng)疲勞損失案例。LS-DYNA R13版本開(kāi)始可根據(jù)沖擊帶來(lái)的殘余應(yīng)變和損傷，進(jìn)行后續(xù)的隨機(jī)振動(dòng)分析。
小結(jié)