4 .利用仿真提高电池管理系统安全性的方法

世界正在走向电气化。汽车、飞机、工业过程、能源储存，你能想到的都有:工业正在向电气化转变，随之而来的是对更多电池的需求不断增长。但向低碳未来过渡并不意味着人们或公司准备在效率上妥协;他们希望电池的性能至少与之相似，甚至更出色。事实证明，实现这一点可能相当复杂。例如，在汽车中，电池必须足够强大，以控制电动机、舱内气候、多个信息娱乐系统等。

为了实现这一目标，电池需要高效充电，有效储存能量，安全运行，在多年的使用中提供可靠的性能。但智能电池是一个复杂的系统，需要一个嵌入式控制单元:电池管理系统(BMS)。

BMS是电力系统的大脑。它不断地监视条件，重新分配能源，并在出现问题时发出警报。整个系统必须以最佳方式运行，以确保安全和有效地使用能源。

BMS包括用于实时监测和控制可充电电池的嵌入式软件，即使在复杂的应用中也能提供可靠的电力。它们控制许多元素，如电压、电流和温度，以平衡电池之间的电荷，防止过压，并确保在重复充电和放电循环的情况下安全运行。

今天，围绕电气革命的许多工程挑战集中在电池及其管理系统上。让我们看一看使用仿真设计BMS的四种方法，以满足效率、安全性和可靠性方面的主要挑战。

1.优化电池设计与多物理场仿真

电池工程师和设计师一直在探索更节能、更不容易过热和燃烧的材料。控制电池的温度对于防止电池变得太热而着火是至关重要的。尽管每种材料都具有独特的特性，但Ansys多物理场解决方案使您能够彻底模拟电池系统。多物理场耦合使工程师能够全面了解电池的结构、热和电化学响应。

• Ansys流利用于电池设计、热管理和热失控，帮助工程师设计能够抵抗热滥用的电池。
  
  
• Ansys机械用于模拟由不同加热和冷却产生的结构应力和应变。它跟踪温度对结构的影响，以确保电池的组件能够承受任何热诱发的应力。它还模拟了这些条件下的结构破坏，并确定新的设计是否可以防止破坏。

2.使用数字孪生执行系统级建模

在多物理场耦合之后，当电池系统的所有组件都准备好连接时，您可以使用数字双胞胎准确地了解BMS和电池在整个生命周期中的性能。Ansys Twin Builder计算电池在设计、制造和使用寿命周期中的所有物理变化。它模拟了它们如何协同工作以达到最佳效率。

然而，优化设计的组件并不一定会产生最优的系统。当这些组件作为一个集成系统一起供电、检测和控制时，它们的表现可能与作为独立组件进行测试时不同。Twin Builder可以执行闭环测试，涵盖整个连接系统，以检测任何组件的弱点并进行纠正，从而生产出以最高效率运行的电池系统。

3.通过系统架构确保BMS设计的安全性

确保BMS的功能安全至关重要，但这并不是一件容易的事情。为了在许多行业(尤其是汽车行业)执行关键的功能安全分析，一个集成工具使您能够高效且一致地执行与安全相关的活动。

Ansys medini分析执行不同行业中不同标准规定的关键安全分析程序，以及诊断和故障模式和影响(FMEA)分析。对于汽车系统，从识别和描述BMS的功能和故障开始，检查BMS软件是否满足功能安全标准ISO 26262。

一旦识别出故障，就会进行危害和风险分析，通过确定汽车安全完整性水平和相应的安全目标和安全要求，识别危险事件及其对安全的影响。

4.自动生成嵌入式代码电池管理软件的可靠性

由于电池系统结合了硬件和软件，开发团队传统上是分开工作的。如今，Ansys通过电池设计和BMS开发的集成仿真平台改变了这一模式。

BMS中的嵌入式软件可以自动生成和验证Ansys SCADE套件。SCADE产品线为应用级别的关键嵌入式软件提供基于模型的开发环境，部署在不同汽车系统的电子控制单元中，具有优化的代码质量和开发成本。通过软件控制器，工程师可以智能监控电池的运行状况并监督其安全运行。利用Ansys SCADE的端到端基于模型的开发解决方案消除了昂贵的代码审查和低级测试的需要。

来自不同工程领域的许多专家可以很容易地理解基于模型的软件并检查模型的功能。该解决方案符合AUTOSAR和ASPICE等体系结构标准，自动生成的代码符合安全认证标准ISO 26262。

“有了SCADE，很多事情都变得更快了。我们最大的部门(负责诊断电池管理系统)的改进是显著的。总体而言，我们在测试方面的速度大大提高，不仅是在纯测试方面，而且由于取消了代码分析，覆盖分析也变得更快。”大众汽车工具与方法/电池管理系统主管Daniel Kirschner博士说。

模拟电池开发过程

仿真可以帮助工程师在整个开发过程中设计BMS。上述Ansys仿真功能的结合对于BMS的快速虚拟原型设计至关重要，因为未来越来越多的系统将依赖电池供电。基于模型的开发的主要好处是能够拥有参考模型，在不同的开发阶段重用它们，并减少设计阶段之间转换的工作量和风险。用于嵌入式软件和功能分析的Ansys解决方案使BMS开发能够实现安全、安全和高效的电池运行。

要了解更多有关BMS设计和多物理场系统模拟如何优化电池的信息，请观看网络研讨会配备电池管理系统的更安全的电动汽车。