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1、执行摘要随着电动汽车引入锂离子电池，再加上环境问题，过去十年中，汽车的电气化浪潮在蓬勃发展。未来十年，电动汽车（BEV）将成为常态，并开始为主机厂OEM创造利润。为实现这一目标，电池和汽车制造商必须进一步缩小当前电动汽车与内燃机（ICE）驱动汽车的差距。这些差距包括成本、续航里程、充电速度、可靠性和安全性。在本白皮书中，我们讨论了汽车动力总成的电气化对车辆开发过程的影响，哪些方面推动了锂离子（Li-ion）电池包的设计，涉及哪些物理场，以及在这种情况下需要哪些类型的分析。西门子数字工业软件设计未来的锂离子电池为电动汽车电池提供集成工程方法 Battery Design Studio.13Sim

2、center Culgi.14Simcenter STAR-CCM+.14Simcenter Amesim.14Simcenter HEEDS.15Simcenter工程服务和VEM测试设施.15结论.16参考文献.17白皮书|设计未来的锂离子电池摘要电池与电动汽车交织在一起，因此电池和电动汽车的开发流程需要同步开展，并且需要各学科专家之间的持续协作。这应该通过部署一个共同的工程环境来促进，以帮助消除利益相关者之间的孤岛。同时，在Teamcenter协作平台上还应包括流程中所有步骤的最佳解决方案。在Simcenter 软件和硬件仿真和测试解决方案中，每个参与者都将找到合适的工具来解决工程挑战，

3、包括电池初始尺寸和架构定义、电化学分析、电芯、电池模组和电池包设计，以及整车集成和最终验证。利用Simcenter，工程师能够连接所有流程步骤，研究他们的选择对所有电池和电动汽车性能的影响，并不断优化和探索新的设计，更有效地发现创新的解决方案。西门子数字化工业软件3白皮书|设计未来的锂离子电池势不可挡的汽车电气化浪潮电动汽车贯穿了整个汽车行业的历史。但是诸如续航里程有限和充电基础设施不足等主要障碍一直阻碍着电动汽车的大规模商业化的尝试。1然而，今天，我们正处于一个颠覆性的时代。电动汽车（BEV），以及各种类型的混合动力电动汽车（HEV）再次兴起，这一次它们将是不可挡的。技术创新和不断变化的环境

4、正在导致根本性的变化。三大驱动因素为电气化牵引动力创造了前所未有的势头，这使得电池因此成为了人们关注的焦点，它们可能会停留在哪里。合适电池技术的可用性首先，在20世纪的最后几十年中，电芯技术领域发生了惊人的演变，主要受消费电子行业的需求驱动1990年代，锂离子电芯化学成分进入市场，改变了游戏规则。2与镍镉（Ni-Cd）和镍氢（Ni-MH）等前代候选的牵引动力技术相比，锂离子电池（在其所有化学变量中）可提供高能量密度和开路电压，具有更快的充电和低自放电。3,4尽管所有的锂离子技术仍然存在明显的缺点，例如过充电和深充（需要保护电路）电的脆弱性、温度敏感性，以及可持续性和可回收性存在争议。5但可以肯

5、定的是，锂离子技术对我们正在目睹的汽车电动浪潮做出了巨大贡献。在未来十年，锂离子技术可能会继续占据主导地位，或者至少在新的突破性技术为市场做好准备之前，。6图1Ragone图，显示当前商用电容器和电芯类型技术的功率容量和能量储存潜力。7为了说明技术的发展十分迅速，自2010年以来，大规模生产使锂离子电池成本降低了87%，同时能量密度增加了两倍。汽车制造商现在提供的电动汽车续航里程超过200英里，而10年前的只有100多英里，同时保持相同的价格出售。8,9数字化既是额外负担，也是技术的催化剂其次，汽车行业正在进行全面数字化改革，虽然进行缓慢，但该举措显然提高了电芯技术的标准，同时也为全电动驾驶铺

6、平了道路。过去20年里，汽车中电气系统的数量急剧增加。如今，在一些车辆上很容易包含150多个电子控制单元（ECU）和配套软件。10在电动汽车领域，为了安全和舒适，消费者热切地使用着一项又一项创新技术。行人检测、自适应巡航控制系统（ACC）系统、防碰撞避让、车道校正和自动停车等高级驾驶辅助系统（ADAS）正在逐渐普及，而全自动驾驶汽车已经开始在公共道路上进行测试。预计到2030年，即使是在最保守的情况下，这些系统也将占据市场的很大一部分（麦肯锡的数据显示，届时ADAS系统的市场份额将高达15%）。11西门子数字化工业软件4超级电容器双电层电容器电解电容器锂离子电容器锂离子电池镍氢电池镉镍电池铅电