使用仿真提高电池管理系统安全性的4种方法

世界正在走向电气化。汽车、飞机、工业流程、能源存储，你能想到的都有:工业正在向电气化的重大转变，随之而来的是对电池的需求不断增长。但是，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，甚至更好。事实证明，实现这一点是相当复杂的。例如，在汽车中，电池必须足够强大，以控制电动机、机舱气候、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，有效存储能量，并安全运行，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。它可以持续监测情况，重新分配能源，并在出现问题时发出警报。整个系统必须优化运行，以确保安全高效地使用能源。

BMS包括嵌入式软件，用于实时监测和控制可充电电池，即使在复杂的应用中也能提供可靠的电力。它们控制许多因素，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下安全运行。

今天，围绕电气革命的许多工程挑战都集中在电池及其管理系统上。让我们来看看四种使用模拟设计BMS的方法，以满足效率、安全性和可靠性方面的主要挑战。

1.用多物理场模拟优化电池设计

电池工程师和设计师一直在探索更节能、更不易过热和燃烧的材料。控制电池的温度对于防止电池过热和灾难性的着火至关重要。尽管每种材料都有独特的性能，Ansys多物理解决方案使您能够彻底建模电池系统。万博多物理场耦合使工程师对电池的结构、热和电化学响应有了一个完整的了解。

• 万博Ansys流利用于电池设计、热管理和热失控，帮助工程师设计出能够抵抗热滥用的电池。
  
  
• 万博Ansys机械用于模拟不同加热和冷却所产生的结构应力和应变。它追踪温度对结构的影响，以确保电池组件能够承受任何热诱导的应力。它还模拟这些条件下的结构失效，并确定新的设计是否能防止失效。

2.使用数字双胞胎执行系统级建模

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，您可以使用数字孪生体准确地了解BMS和电池在整个生命周期中的表现。万博Ansys Twin Builder在电池的设计、制造和运行生命周期中所有的物理变化。它模拟了他们如何一起工作以达到最佳效率。

然而，优化设计的组件不一定会产生最优的系统。当这些组件作为集成系统一起供电、感知和控制时，它们的性能可能与作为独立组件进行测试时不同。Twin Builder可以执行包括整个连接系统在内的闭环测试，以检测任何组件的弱点，并纠正它们，以生产效率最高的电池系统。

3.用系统架构保证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。要在许多行业(尤其是汽车行业)执行关键功能安全分析，一个集成工具可使您高效、一致地执行与安全相关的活动。

万博Ansys medini分析执行不同行业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，它检查BMS软件是否满足功能安全标准ISO 26262，从BMS的功能和故障的识别和描述开始。

一旦发现故障，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，确定危险事件及其对安全的影响。

4.电池管理软件可靠性自动生成嵌入式代码

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，Ansy万博s正在改变这种模式，为电池设计和BMS开发提供集成仿真平台。

BMS中的嵌入式软件可以自动生成和验证万博Ansys SCADE套件．SCADE产品线为应用级别的关键嵌入式软件提供了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。使用软件控制器，工程师可以智能地监控电池的运行状况，并监督其安全运行。利用Ansys SC万博ADE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。

许多来自不同工程领域的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、ASPICE等架构标准，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。我们负责诊断电池管理系统的最大单元的改进非常显著。总体而言，我们在测试方面大大提高了速度，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了，”大众汽车工具和方法/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。随着未来越来越多的系统将依赖电池供电，万博上述Ansys仿真能力的结合对于BMS的快速虚拟原型至关重要。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。万博Ansys嵌入式软件和功能分析解决方案使BMS开发能够安全、安全、高效地运行电池。

要了解更多关于BMS设计以及多物理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．