【工具】CAxWorks.BSA电池包安全仿真软件

电池系统的安全性、可靠性与性能优化是汽车厂以及汽车电池供应商关注的核心。传统研发模式依赖物理试验，成本高、周期长，难以满足快速迭代需求 戴西依托CAxWorks.VPG车辆工程仿真软件全球领先的仿真技术，推出CAxWorks.VPG电池包安全仿真软件（BSA），可提供电池包（PACK） CAE仿真与电池单体仿真的集成化解决方案，实现从电芯到电池包的全维度数字化验证。

基于CAxWorks.VPG电池包静强度解决方案

评估电池包在静态载荷（如自重、颠簸惯性力、刹车冲击）下的应力分布与变形量，确保其在设计寿命内不发生塑性变形或结构失效，CAxWorks.VPG可提供如下典型工况的仿真。

模拟电池包满载静止或平稳行驶时的重力载荷，评估吊耳和加强筋边缘的应力分布。

施加纵向惯性力（如0.8g加速度），分析惯性力与自重叠加效应，评估吊耳焊点处应力情况。

模拟颠簸路面下的极限载荷（如2g加速度），底板中心变形显著，评估是否需通过加强筋优化提升支撑强度。

模拟单侧车轮悬空时的非对称载荷，评估吊耳与连接件的抗扭刚度。

基于CAxWorks.VPG电池包振动挤压解决方案

确定电池包的固有频率，避免与车辆振动激励共振，可分析多轴向振动下的动态稳定性。依据GB 38031-2025法规，可模拟电池包被挤压，评估壳体破裂风险。可提供如下工况模拟。

确定电池包固有频率与振型，避免与车辆行驶中的激励频率（如电机振动、路面激励）发生共振。

快速验证EFP形状控制、复合材料抗爆性能等关键指标，缩短军工产品迭代周期。

依据GB38031-2025，可模拟X/Y/Z三轴向随机振动测试，同时可模拟实际行驶中多方向随机振动载荷，评估电池包结构疲劳寿命。

可模拟半圆柱压头以1mm/s速度挤压电池包至30%变形量或200kN力值，评估壳体破裂风险。

电池包（PACK）CAE仿真

在电动汽车行驶过程中，电池包底部可能遭受路面飞石、凸起障碍物等硬物的高速冲击（即“球击工况”），可能导致电池包壳体破裂、内部模组变形甚至电芯短路，引发严重安全隐患。 CAxWorks.BSA电池包系统底部球击仿真分析，可高效模拟电池包底部球击场景，精准评估结构防护性能，助力设计优化。

精细化建模:基于CAxWorks.VPG参数化构建电池包壳体、底部防护板、模组及电芯模型，支持蜂窝结构、加强筋等细节特征。 定义壳体铝合金/高强钢的弹塑性本构模型、缓冲层（如橡胶/复合材料）的超弹性模型、电芯各向异性力学参数。

工况与边界条件，冲击球体:刚性球体（直径30-100mm，速度50-150km/h），模拟不同尺寸障碍物冲击。边界条件：电池包固定约束，球体初始速度+重力场，考虑地面接触摩擦效应。

多物理场耦合分析:基于SIM-DYNA显式算法，捕捉毫秒级瞬态冲击过程，分析结构变形、应力波传递及能量吸收特性。结合冲击后结构损伤结果，触发电芯内短路模型，预测局部温升与热失控风险。

高精度建模:CAxWorks.BSA支持复杂几何参数化设计，快速响应设计变更

多尺度验证:从宏观结构损伤到微观电芯失效，实现全链路安全评估

高效求解:SIM-DYNA显式动力学求解器并行计算，百万级网格模型可在4小时内完成瞬态仿真

合规性保障:覆盖GB 38031-2020 、ISO 12405等法规要求，助力通过安全认证

降本：替代80%以上物理冲击试验，单项目节省测试费用超50万元

提速：仿真驱动设计迭代，开发周期缩短30%-40%

安全：提前识别防护薄弱点，降低售后故障率与召回风险

在电动汽车碰撞、机械滥用或极端载荷场景下，电池包可能遭受侧面、底部或顶部挤压，导致壳体变形、模组位移及电芯内部短路，进而引发热失控甚至起火爆炸。 CAxWorks.VPG 电池包系统挤压仿真分析，可精准模拟电池包挤压过程中的结构损伤与电芯失效行为，为安全设计提供科学依据。

精细化建模:基于CAxWorks.VPG参数化构建电池包壳体、模组框架、电芯、冷却管路及缓冲层，支持螺栓连接、焊接点等细节特征。 定义壳体金属（弹塑性）、复合材料（各向异性）、电芯（多孔电极+隔膜脆性失效）等本构关系。

工况与边界条件，挤压类型:静态挤压（准静态加载）、动态挤压（冲击载荷）、多向复合挤压（如侧面+底部联合受力），载荷设置，挤压板形状（圆柱/平板/楔形）、速度（0.1-10m/s）、位移量（10%-50%壳体厚度）。电池包固定约束，考虑重力与地面反作用力。

多物理场耦合分析:模拟挤压过程中结构变形、接触碰撞及能量吸收过程。热-电耦合扩展：结合电芯机械损伤触发内短路模型，预测局部温升与热失控风险。

高精度材料模型:SIM-DYNA支持电芯各向异性力学行为、隔膜渐进失效模型，确保微观损伤预测可信度

多尺度验证:从宏观壳体变形到微观电芯短路，实现全链路安全验证

高效求解:SIM-DYNA显式动力学求解器并行计算，百万级网格模型可在4小时内完成瞬态仿真

法规全覆盖:满足GB 38031-2020、ECE R100等法规要求，加速安全认证进程

降本增效：减少物理挤压试验次数，单项目节省成本超60万元，开发周期缩短35%

风险预控：提前识别壳体破裂、电芯短路等隐患，量产产品故障率降低50%以上

创新支撑：助力CTP/CTC集成设计、800V高压平台等前沿技术安全落地

在电动汽车碰撞、跌落或极端路况下，电池包系统需承受高加速度、短时程的机械冲击载荷。此类冲击可能导致壳体破裂、模组松动、电气连接失效，进而引发热失控风险。 

CAxWorks.VPG电池包系机械冲击仿真分析，可可全维度模拟机械冲击场景，从结构损伤到电芯失效实现精准预测，为电池包安全设计提供科学支撑。

精细化建模:利用CAxWorks.VPG参数化生成电池包壳体、模组支架、电芯堆叠、高压线束等细节结构，支持螺栓预紧力、胶粘连接等装配特征。定义壳体高强钢/铝合金的动态塑性模型、缓冲材料（如聚氨酯泡沫）的应变率相关超弹性模型、电芯隔膜的脆性断裂准则。

工况与边界条件:模拟半正弦波、锯齿波等典型冲击加速度曲线（如50g-100g，持续3-15ms），覆盖法规与真实碰撞工况。电池包固定于刚性墙或车辆底盘，考虑重力预载与多方向冲击（X/Y/Z轴及复合方向）

多物理场耦合分析:瞬态动力学求解：基于SIM-DYNA显式算法，捕捉微秒级冲击下的结构动态响应，分析应力波传播与能量耗散路径。 电气-机械耦合：结合冲击后连接器松动、线束断裂等结果，触发电路短路模型，预测局部电弧与温升风险。

高保真建模:CAxWorks.VPG支持复杂装配体参数化设计，快速迭代优化方案

材料动态响应:SIM-DYNA精准模拟高应变率下材料行为（如率相关塑性、应变软化效应）

多学科融合:机械-电气-热耦合分析，实现从结构损伤到系统级失效的全链路验证

法规合规性:覆盖GB 38031、UN38.3、IEC 62660等标准，加速全球市场准入

降本：替代70%物理冲击试验，单项目节省成本超80万元。

提速：仿真驱动设计优化，开发周期缩短40%

安全：提前识别模组松动、电气短路等隐患，量产故障率降低60%

创新：支撑电池包与车身一体化（CTB）设计，提升系统集成度与抗冲击性能

在电动汽车高速碰撞场景中，电池包面临多向冲击、结构压溃、电芯短路等多重风险，可能引发热失控甚至整车起火。CAxWorks.VPG电池包系模拟碰撞仿真分析,可全维度复现电池包碰撞动态过程，从结构损伤、电气失效到热失控蔓延实现精准预测，为电池安全设计构筑“数字护盾”。

精细化建模:几何建模：基于VPG参数化构建电池包壳体、模组、电芯、冷却系统及整车连接结构（如车身纵梁、安装支架），支持焊点、胶接等工艺细节。定义高强钢/铝合金的动态失效模型、复合材料各向异性损伤准则、电芯隔膜脆性断裂阈值（如应变率相关破裂极限）。

显式动力学分析:模拟碰撞瞬态过程（0-300ms），捕捉结构变形、接触碰撞及能量传递路径。同步触发内短路模型、电解液泄漏扩散及热失控传播仿真，实现“机械损伤→电气失效→热蔓延”全链路预测 。

典型碰撞工况覆盖:正面碰撞（100%/40%偏置）、侧面柱碰、底部刮擦、追尾等多场景。

多尺度耦合精度:LS-DYNA支持电芯微观损伤与电池包宏观变形的跨尺度关联，误差率＜5%

高效求解能力:VPG参数化模板快速生成碰撞模型，百万级网格12小时内完成全动态仿真

AI驱动优化:集成机器学习算法，自动推荐高安全性的材料与结构组合

全法规覆盖:满足C-NCAP、Euro NCAP、FMVSS 305等全球标准，助力多市场合规认证

降本：减少碰撞试验次数，单项目节约成本超100万元，样车投入降低50%

增效：仿真驱动设计迭代，碰撞安全开发周期压缩45%

风险可控：提前识别高压短路、热失控链式反应等隐患，量产车型召回率降低70%

技术领先：赋能CTC（Cell to Chassis）集成设计，实现碰撞防护与能量密度双突破

电池单体仿真

CAxWorks.VPG多尺度电池模型建模，可支持方形/圆柱/软包/固态四大电池类型，可完成从电芯（最小0.21mm厚电极片）到整包（最大2.8m电池箱）的多尺度建模。

基于CAxWorks.VPG 对电芯每一层（电极、隔膜、外壳）进行显式建模

定义材料本构与失效准则：结合*MAT系列模型和GISSMO失效模型

集成电化学、热、结构模型（如Newman模型、Batmac模型）

参数传递：微观模型输出（如扩散系数、电导率）作为中观/宏观模型的输入。 中观模型计算的有效输运参数（如孔隙率相关的有效扩散率）传递至宏观模型。

时间尺度处理：采用多时间步长算法：微观模型用更小时间步长，宏观模型用较大步长。 对快变过程（如界面反应）和慢变过程（如热扩散）分别建模。

微观尺度（原子/分子）揭示材料本征特性（如锂离子扩散、相变机制），中观尺度（电极结构）捕捉孔隙分布与局部反应，宏观尺度（电池系统）预测整体性能，实现全链条建模。

同步模拟电化学-热-机械应力耦合效应（如充放电产热、电极膨胀、SEI生长），全面评估电池性能与寿命。

微观模型（DFT/MD）提供高精度参数，宏观模型（P2D/ECM）保障计算效率。

从材料老化（如SEI生长、材料开裂）到系统容量衰减，实现全生命周期建模。

降本：减少实验试制次数，降低材料浪费和人力成本，优化电池设计（如极片厚度、电解液用量），提升材料利用率。

提速：加速电池研发周期，缩短新电池体系（如固态电池、锂硫电池）从实验室到量产的时间。

产品性能与可靠性：精准预测电池能量密度、功率特性及循环寿命，满足客户定制化需求（如快充、长寿命）。

电池包CAE全流程结构仿真配置方案

关于戴西软件

戴西软件2010年诞生于中国上海，作为拥有16年工业软件研发技术沉淀和多行业服务经验的国产工业软件原厂商。戴西软件以AI技术为引擎，将高价值产品与丰富工程化经验相融合，构建起自主可控的全球领先技术体系，持续深耕工业数字化研发管理、多学科仿真、高性能计算及工业智能体等核心领域。已形成以iDWS智能化研发平台、CAxWorks仿真软件、HPC高性能计算平台、NexAI多业务智能体以及MetaStar智能数字员工等为代表的系列化智能化产品。