系统级CAE项目：模型简化是关键动力电池实例
导读：通过上一篇文章Pack热分析报告怎么做？我们可以得到结论：25℃ ， 自然冷却状态下 ， 电池包NEDC和最高车速工况都能够在最优的温度区间内进行 ， 能够满足冷却状态 。 40℃ ， 自然冷却状态下 ， 电池包NEDC和最高车速工况最后的温升都达到了55℃左右 ， 且温差也超过了7℃ ， 自然冷却不能够满足系统冷却要求 ， 建议采用液冷设计方案 ， 以保证电池包热管理的有效性 。
今天 ， 我将分享：新能源汽车动力电池系统CAE分析核心技能之一模型简化 。 从拿到CAD模型到完成适合于分析的CAE模型需要分析工程师仔细了解项目背景 ， 去伪存精 ， 简化不相关的细节特征 ， 去除不相关的零部件 ， 将几何模型合理的简化的最小规模以保证CAE分析效率和分析质量 。
一、CAE分析从电芯到系统都有广泛应用
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【系统级CAE项目：模型简化是关键动力电池实例】CAE广泛应用于新能源汽车各个功能部件的研发设计评估 ， 尤其是动力电池系统 ， 对于电动汽车而言 ， 电池系统犹如汽油之于传统燃油车 ， 是车辆的重要能量来源或唯一能量来源 。 动力电池（电芯）技术是电动汽车的三大核心技术之一 ， 但是如果考虑技术复杂度和重要性 ， 动力电池系统集成技术比动力电池的单体技术尤有过之 。
除了作为能量载体的动力电池之外 ， 还包括电池管理系统（BMS）、电压/电流/温度传感器（也可能有烟雾/化学/湿度传感器）、热管理系统、高低压线束/连接器、开关器件（继电器、保险丝、MSD等）、安装组件（支架 ， 托盘、压杆、螺栓等）、壳体、辅助组件（密封圈、橡胶垫、密封胶、卡扣、扎带）等 。 动力电池系统产品 ， 涉及的专业领域包括电子、电气、信息、软件工程、半导体、电磁学、材料、电化学、化学工程、机械工程、传热学、工程热力学、流体力学等众多学科 ， 技术整合难度和系统集复杂度可想而知 。
CAE从电芯到系统都有广泛的应用 。 电池包最为重要的两大性能是高能量密度与高安全 。 高安全除对电池之外 ， 对结构安全提出了要求 。 结构高安全是必须且十分重要的 。 CAE是电池系统样机生产之前唯一有效的评估手段广泛应用于电池包研发设计的每一个环节 。
二、电池系统的模型简化经验
CAE分析师的第一个考验是从CAD工程师拿到几何模型之后简化为适用于CAE分析的模型 ， 模型简化也是整个CAE分析最费时间和最考验CAE分析者技术及经验的一步 。 我们以一个实际的电池系统为例 ， 概述电池系统在CAE分析时 ， 模型简化的重要性 。
经验1：去除无关零件 ， 减小计算规模
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简化之前项目由6284个零件组成 ， 简化之后项目由138个核心零件组成在保证计算可靠地基础上 ， 项目模型减小了45倍 ， 所以在做CAE项目分析 ， 简化模型第一步是去掉不需要的零件 ， 能够极大的提高CAE项目效率 。
经验2：去除细小特征 ， 加快计算效率
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简化之前 ， 螺纹及一些无用倒角等细小特征会导致零件划分网格困难或者计算出现应力奇点甚至报错 ， 简化之后能够大大提高网格划分效率和提高计算准确性 。
经验3：建立精确模型 ， 需要精雕细琢
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CAE模型是细节决定成败的工作 ， 需要精雕细琢 ， 以螺栓连接接触为例 ， 如果模型不做简化处理 ， 如左边图示 ， 做螺母的接触面会变成整个面且与其他的螺栓接触接触面重叠 ， 而右边处理之后螺栓面与蓝色接触面对应精确接触 ， 才能建立精确地分析接触模型 。
经验4：针对不同分析 ， 进行系统拆分 。
CAE模型简化的最高境界在于不同的分析进行不同的系统拆分 ， 保留不同的关键零部件 ， 以进一步减小细算规模 ， 只保留最重要零部件 。
以结构分析为例 ， 关注重点为系统框架及安装支座的安全性 ， 则可以将电池部分简化质量点进一步极大减小计算量 。
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由一个凌乱的系统到一个艺术品体现了一个CAE分析师的水平和经验 ， 好好掌握简化技能才能晋级为高级CAE分析从业人员 。
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简化之前的凌乱
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简化之后的美感
CAE分析的项目模型简化之前和简化之后会如精雕细作的艺术品一般有一个本质的提升 ， 尤其是在后期项目计算时 ， 好的模型简化能够大大提高分析的效率和可靠程度 ， 是CAE从业者必须掌握的一门核心技艺 。
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