电芯挤压针刺到整车碰撞热失控仿真分析

本文介绍基于LS-DYNA的电池碰撞安全仿真流程，通过单电芯挤压、针刺测试获取参数，建立力-热-电-电化学耦合模型，实现整车碰撞热失控分析。ThermSafe热安全检测团队提供专业测试与仿真验证服务。

本文介绍一种基于LS-DYNA求解器的电池碰撞安全仿真工作流程，通过对力、热、电、电化学等多物理场耦合，搭建电池安全仿真框架，可模拟电动汽车碰撞时的电池热失控情况。

背景介绍

对于电动汽车而言，了解碰撞过程中的电池状况至关重要，虽少见但可能引发火灾甚至爆炸。LS-DYNA开发的多物理场耦合模块，能考虑碰撞时电池受撞击的情况，利用Randles等效电路求解力-热-电磁-电化学问题，通过内部短路局部替换引发放热反应或热失控。

仿真工作流程

1. 单电芯试验获取参数

通过单电芯的机械滥用测试（如压痕实验）和热滥用测试（如局部加热），获取机械属性、热属性、短路阻抗等关键参数。某实验室的测试结果显示，使用*MAT_063可压碎泡沫材料构建的力学模型与实验结果高度吻合。

关键发现：短路时电压有明显变化，通过应变或温度条件触发短路后，温度会显著上升，需添加热失控模型匹配后续温度。

2. 多物理场耦合仿真

碰撞发生在毫秒级，热失控可能在几分钟后。采用刚柔转换功能：先以毫秒级时间步长进行结构仿真，机械变形完成后转为刚体，再用较大时间步长进行电热计算，可持续数分钟或数小时。

3. 整车碰撞模型集成

将单电芯参数输入整车碰撞模型，在电池包内放置大量电芯，建立含多物理场电池模型的电动汽车碰撞模型。通过LS-PrePost实现电路连接，可观察变形、温度及电学变化。

小结

LS-DYNA作为多物理场求解器，在电池安全仿真框架上有显著发展，可实现力-热-电-电化学耦合。某公司与LS-DYNA团队自2015年起合作开发，目前该软件是首个提供此类多物理场耦合功能的商业软件。

仿真依赖实验测试描述方程，欢迎业界同仁合作研究。ThermSafe（thermsafe.cn）热安全检测团队在电池热失控测试与仿真验证方面拥有丰富经验，可提供从单电芯到整包的热安全评估服务，助力电动汽车安全设计。