宁德时代CTO高焕：超充时代，电池安全与性能需并重，CAE仿真成关键

2025年3月28 - 30日，备受瞩目的中国电动汽车百人会论坛（2025）于北京盛大召开。此次论坛以“夯实电动化 推进智能化 实现高质量发展”为主题，汇聚了政府部门、汽车、能源、交通等领域精英，共同探讨行业前沿话题。3月29日，宁德时代CTO高焕在论坛上指出，电池研发追求超充技术时，需兼顾安全与性能可靠性，这一观点引发行业对电池技术发展路径的深度思考，也让计算机辅助工程（CAE）有限元分析仿真技术成为焦点，有望为解决电池研发难题提供创新方案。

宁德时代神行超充电池与神行PLUS电池在超充领域成绩斐然。神行超充电池凭借磷酸铁锂材料实现4C超充，10分钟充电续航400公里，总续航超700公里；神行PLUS电池续航达1000公里，10分钟可补充600公里续航。然而，高能量、高功率带来的是电池内部多物理场复杂交互的挑战，电化学反应、热传递和结构力学相互影响，任一环节出错都可能导致电池性能下降甚至引发安全事故。CAE仿真技术能在设计初期深入剖析这些物理过程，为优化设计提供精确数据。

结构仿真：奠定电池安全稳定基石

电芯结构仿真

电芯是电池核心，其结构稳定性直接影响电池性能与安全。充放电过程中，电芯内部会因化学反应产生复杂应力应变。传统设计难以精准掌握这些变化，而CAE结构仿真可模拟电芯在不同工况下的力学响应，如充放电循环时的体积变化、外部挤压或碰撞时的受力情况。通过仿真，优化电极材料的颗粒形状与排列，能提升电芯结构强度和稳定性。例如，某电芯研发团队借助CAE仿真，将电极颗粒优化为球形紧密堆积结构，相较于传统随机排列，在相同充放电循环次数下，电芯容量保持率提高15%，有效延长使用寿命。

电池包结构仿真

电池包不仅要承载电芯，还要在复杂环境下保护电芯安全。汽车行驶时，动力电池包面临路面振动、冲击；储能应用中，集装箱储能、商用储能和家用储能的电池包可能因搬运、安装不当受到外力冲击。利用CAE进行电池包结构仿真，能模拟振动、冲击、跌落等工况下的力学响应。通过优化电池包外壳、内部支架和固定结构设计，可提升其抗振、抗冲击能力。某新能源汽车电池包在结构仿真中发现，原设计在高速行驶振动时，电池模组与支架连接处应力集中，易导致连接松动。优化后，增加连接点数量并采用新型高强度连接材料，使连接处应力降低30%，保障了电池包在复杂工况下的结构可靠性。

流体仿真：优化电池热管理系统核心

电池热管理中的流体仿真需求

电池充放电产生大量热量，若不及时散发，会导致温度过高，加速电池老化、降低性能，甚至引发热失控。高效热管理系统对电池至关重要，流体仿真在其中起关键作用。在汽车动力电池、集装箱储能、商用储能和家用储能等场景中，都需通过流体（空气或冷却液）带走电池热量。不同应用场景对热管理系统要求不同，汽车动力电池需在有限空间高效散热，还要考虑车辆行驶时的空气动力学影响；集装箱储能要应对大规模电池组高热量，确保散热均匀。

流体仿真解决方案

借助CFD（计算流体动力学）仿真技术，可模拟电池热管理系统中的流体流动。建立详细三维模型，模拟空气或冷却液在电池包内的流动路径、速度分布和温度变化。以某电动汽车电池热管理系统为例，CFD仿真显示原设计的风冷系统在电池包内存在气流死角，部分电池温度过高。优化后，调整风扇位置和出风口布局，在电池包内增加导流板，使气流均匀覆盖所有电池，最高温度降低8℃，有效提升电池性能和安全性。在液冷系统中，CFD仿真可优化冷却液管道布局和管径，确保冷却液流量均匀分配，提高散热效率。如某集装箱储能液冷系统，通过CFD仿真优化管道设计，使电池模组间温差控制在3℃以内，保障储能系统稳定运行。

热仿真：保障电池性能稳定关键

电芯热仿真

电芯充放电时的产热特性是影响电池性能的关键因素之一。不同电芯材料和结构在充放电时的产热速率和分布不同，传统实验方法难以全面、精准获取这些数据。利用CAE热仿真，可模拟电芯在不同充放电倍率、环境温度下的产热过程，分析电芯内部温度分布。通过优化电极材料、电解液等参数，降低电芯产热速率。例如，某电芯研发团队通过热仿真发现，调整电解液添加剂比例，可有效降低电芯快充时的产热，将快充最高温度降低5℃，提高快充性能和安全性。

电池包热仿真

电池包内多个电芯间的热传导以及电池包与外部环境的热交换过程复杂。汽车行驶时，动力电池包温度受环境温度、行驶工况和热管理系统共同影响；储能应用中，商用储能和家用储能电池包也会因使用场景不同面临不同温度变化。通过CAE热仿真，可建立电池包热模型，模拟不同工况下的温度场分布。针对热仿真结果中的高温区域，优化电池包隔热材料和散热结构。如某家用储能电池包在热仿真中发现，夏季高温时电池包顶部区域温度过高。通过在顶部增加隔热材料，优化散热鳍片设计，使该区域温度降低6℃，保障家用储能系统稳定运行。

综上所述，CAE有限元分析仿真技术在电池、电芯、电池包及各类储能应用中，通过结构仿真、流体仿真和热仿真，为解决电池产品性能与安全难题提供了系统方案。它帮助研发人员深入理解电池内部物理过程，优化产品设计，降低研发成本，缩短研发周期。随着CAE技术不断发展创新，其将在超充时代的电池技术突破中发挥更关键作用，助力新能源产业迈向新高度，推动全球能源转型和可持续发展 。