储能电池多尺度被动安全仿真，LS-DYNA怎么做才靠谱

储能作为能源革命的核心支撑技术，是应对可再生能源规模化并网、提升电力系统及区域能源体系运行效率、安全性和经济性的关键解决方案。为落实双碳战略目标，国家电网正加速构建以新能源为主导的新型电力系统，并大规模部署储能设施参与电网调峰调频。当前，储能电池已在电力系统中实现广泛应用，然而确保其在复杂工况下承受多维度环境载荷的能力，仍是储能电池设计开发阶段的核心技术挑战。

Ansys 为储能电池行业提供全链条仿真解决方案，涵盖电芯-模组-pack-系统多层级分析，通过多尺度建模、多学科耦合及多物理场协同仿真技术，具体实现以下功能：

LS-DYNA是显式动力学分析的行业标杆，其核心优势在于模拟高速、大变形、瞬时冲击和高度非线性的物理过程。在电池结构仿真中，LS-DYNA主要用于解决最极端、最致命的安全性问题，主要包括以下关键领域：

一、电池挤压/针刺仿真

电池挤压/针刺仿真的根本目标是：模拟电池在受到外部挤压/穿刺时，其内部结构（尤其是电芯）的机械侵入-> 结构破坏 -> 内短路-> 热失控过程。这是一个典型的“结构-电-热”强耦合问题，LS-DYNA的强大之处在于能够在一个仿真模型中完整地再现这一链式反应。

储能电池多尺度被动安全LS-DYNA仿真方案线上互动会

随着储能的大规模应用，储能电池的安全问题将会更为凸显。在各种事故中，电池包有可能受到挤压而严重变形，也有可能在无明显变形的情况下发生冲击过载，从而有一定的热失控风险。相比于针对电池在热和电滥用工况下的安全问题的研究，机械滥用工况下针对电池安全问题的多物理场仿真分析的研究相对较少。

LS-DYNA是一款功能强大的有限元分析软件，以其卓越的多物理场耦合能力在复杂工程仿真中占据重要地位。LS-DYNA支持多种多物理场耦合场景，包括流固耦合、电热耦合以及电磁-结构-热耦合等。通过显式和隐式算法的结合，软件在处理瞬态、大变形和强非线性问题时表现出色，尤其适用于汽车安全、航空航天和能源装备等对仿真精度和实时性要求极高的领域。

本次研讨会将围绕以下几个方面展开介绍:

1.LS-DYNA电池挤压/针刺仿真

2.LS-DYNA电池跌落仿真

3.LS-DYNA电池冲击仿真

4.Q&A交流

会议时间：2025年10月31日15:00-17:00

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二、电池跌落仿真

这是一个非常关键的应用场景，用于评估电池在运输、安装或事故中意外跌落时的结构完整性和安全性。与挤压和针刺不同，跌落仿真更侧重于整体的结构响应和内部部件的惯性冲击效应，其潜在的失效模式可能更为复杂和分散。

核心目标：评估电池包或电芯在跌落撞击地面时，其结构是否破裂、内部组件是否受损、是否可能引发内短路或绝缘失效。典型场景包括：

(1)单电芯跌落：模拟单个电池的跌落。

(2)电池模组/包跌落：模拟电动汽车或储能电站的大型电池包从安装位置跌落，或运输过程中的跌落。

(3)不同姿态跌落：包括底面跌落、角跌落、棱边跌落。其中角跌落最为严苛，应力最为集中。

(4)不同跌落高度：从不同高度跌落至不同材质的地面（如水泥地、钢板）。

LS-DYNA跌落仿真成功的关键在于：正确的初速度施加方法、合理的内部接触定义、以及准确的材料模型（特别是各向异性的电芯和缓冲材料）。它确保了电池不仅在正常工作时安全，在意外跌落这种极端情况下也能保持结构的完整性和电气安全。

三、电池冲击仿真

电池冲击仿真主要关注电池在惯性力作用下的结构响应和安全性，这与主要关注准静态压溃的“挤压”仿真和高度局部化的“针刺”仿真有显著区别。

其核心目标：评估电池包或电芯在剧烈冲击载荷下，其结构完整性、连接可靠性以及内部电芯是否因惯性力作用而产生变形、位移或短路，如机械冲击测试。

LS-DYNA电池冲击仿真的核心在于精确模拟惯性效应。其成功依赖于：

1）正确的各向异性电芯材料模型；

2）准确的冲击载荷施加；

3）完备的内部接触定义。

它确保了电池在遭受剧烈冲击时，其内部结构能够有效地约束和保护电芯，从而保障整个系统的安全。

四、电池碰撞仿真

电池碰撞仿真不再是分析单个的、孤立的载荷，而是模拟在储能系统结构碰撞这个复杂环境下，电池包受到的综合机械滥用，确保电池包能保持结构完整，不会发生漏电、起火或爆炸。

LS-DYNA电池碰撞仿真是电池安全领域的皇冠。它通过系统级结构分析与部件级多物理场耦合分析相结合的“两步法”，成功地解决了计算复杂度与工程精度之间的矛盾。

五、总结

LS-DYNA在电池结构安全仿真中具有不可替代的优势：

-专长大变形与失效：能精确模拟材料从变形到撕裂、破裂的完整过程。

-强大的多物理场耦合能力：无缝耦合结构、热、电、化学反应，模拟真实的故障链。

-丰富的材料本构：提供大量经过验证的、可用于模拟冲击、失效和化学反应的材料模型。

-行业认可度高：在汽车安全和电池领域，其仿真结果被广泛认为是接近物理试验的“黄金标准”。

关于新科益

新科益系统与咨询（上海）有限公司 作为Ansys Elite Partner全球精英级合作伙伴及中国铂金级代理商，致力于CAE仿真领域30余年，拥有资深的技术服务团队以及完整的培训和服务体系，为客户提供基于Ansys仿真平台多学科的仿真支持，包含：结构、碰撞、流体与热、电磁、光学、功能安全、材料数据管理等全线仿真领域；在新加坡、北京、上海、深圳、等都有本地的技术服务团队，为用户提供业界领先的仿真技术和及时专业的服务。

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