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Simcenter Battery Design Studio通过提供详细的几何电池规格和电池性能仿真，帮助工程师数字化验证锂离子电池的设计。该软件提供了电池单体的多个组成部分，并且包含了一个材料数据库，以支持用户进行模型开发。
一、物理电池描述
在Simcenter Battery Design Studio中，第一步是指定电池组件的几何形状和特性。根据团队的不同职责，这些信息可以由团队直接访问、由电池供应商提供，或通过组件逆向工程获得。
Simcenter Battery Design Studio为锂离子电池组件提供了标准化的规格。用户可以选择电池形状（如软包、圆柱形或棱柱形），然后选择各个组成部分，如电极、引线、集流体设计等。每个组件可以根据特性进一步定义，例如电极的中心引线设计，或控制集流体的材料和厚度，等等，直到完整构建出电池。
Simcenter Battery Design Studio software
当混合物配方通常已知时，确切的数值往往在开始时只能估算。但从文献或实验表征中获得的活性材料平衡电压曲线出发，用户可以调整混合物，达到与低电流放电曲线的良好拟合，从而获得非常精确的容量关联。计算出的“构建报告”也可以非常有助于验证您的输入，例如检查电池的最终能量密度或重量。
用户还可以自动生成电池卷绕截面的图形输出，以检查电极的卷绕是否符合预期。
二、电池性能仿真
Simcenter Battery Design Studio提供了多个性能模型层级：基于物理的宏观均匀模型，用于深入了解电池的电化学机制，例如电池工作周期中的电压损失机制，或了解电极内的浓度变化或热量生成分布；以及等效的RCR电路模型，这是通过经验方法来模拟电池行为的一种非常高效的计算方式。
仿真还可以告诉我们电池内部的情况，例如电位分布、在电极中接近引线处的电流密度分布等。
三、与多物理场软件的无缝链接
客户使用Simcenter Battery Design Studio创建一个RCR经验模型，以表示电池电压行为，随后用于电池包的3D电热仿真。上述两个Simcenter软件之间的链接是通过Simcenter Battery Design Studio输出文件——文本电池模型（TBM）文件来实现的。TBM文件由Simcenter STAR-CCM+的电池仿真模块附加组件使用，以构建所需的电池模块3D模型。通过耦合Simcenter STAR-CCM+的几何、单体性能模型和热仿真求解器，电池模块工程师可以对整个电池包在瞬态情景下进行电热仿真。
用户还可以添加电池包中的其他组件，如母线、电气绝缘垫、冷却通道和电池外壳（使用STAR-CCM+ 3D-CAD或任何第三方CAD软件），并进行自动网格划分以及指定材料/冷却剂属性。
电池模块采用18650单体，置于铝质液冷板上（此处未显示）。结果显示模块内存在较大的温度梯度，这是由于冷却系统无法维持均匀的温度分布所致。
目标是通过使用这个可以称之为多物理场“数字双胞胎”的电池模块，验证集成设计，并在开发周期的早期发现可能的缺陷、不期望的控制行为或安全问题，从而避免在硬件阶段浪费时间，防止问题在后期阶段才被发现。
10A放电的分布
最后一步将是对一个工作周期，或任何形式的电流瞬态激励函数（根据应用领域的不同）进行瞬态仿真。下面是一个电池模块在US06循环下的温度分布结果示例，环境温度为25°C，且冷却泵速度保持恒定。
四、自动化设计空间探索与优化
基于这些仿真结果，工程师可以从单体电池级别开始进行设计空间探索研究，以最大化电池的容量，例如，考虑固定的电池包设计并优化电池化学成分，或者在电池模块级别进行工作，优化其几何形状和特性。这些设计空间探索研究可以使用Simcenter STAR-CCM+中的设计管理器（Design Manager）和Simcenter Portfolio中的HEEDS软件来进行。这就是我所说的“数字双胞胎魔力”。仿真工程师可以半自动化、高效且安全地探索数百种设计，试图平衡多属性性能，同时遵守系统约束。
可以快速识别到，电池包的热性能存在改善空间，因为温度在电池模块内分布不均，显然是由于冷却剂流动分布不均，这必然会影响因过热而导致的电池性能，并可能甚至影响电池的使用寿命或安全性。
以下是一个研究示例，我们设置了设计探索的输入变量，如通道直径、通道数量和冷却剂流速策略。为了实现设计探索目标，设置了电池卷绕间温差小于2°C以及降低压降的目标。可以看到下面的研究结果，显示出模块内温度均匀性得到了改善。
US06驾驶循环中基础案例与改进设计的温度均匀性比较结果
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