高性能電動車電池設計
電動車的迅速普及在很大程度上仰賴電池技術。目前電池仍佔電動車總成本的 30%。未來的主要目標是在幾年內，讓電動車（EV）與傳統內燃機車（ICE）達成成本平價。隨著 EURO-7 法規的推進，小型車款的電動車與燃油車價格預期將趨於一致 (1)。
為實現理想的電池技術，需進行大量長期的物理測試來收集壽命與性能資料。傳統動力系統與電源的開發方式已無法滿足 EV 快速發展的需求。
本文將說明 Dassault Systèmes 如何透過其在電化學、電氣、熱與結構模擬技術的解決方案，幫助縮短上市時間並實現成本降低。
隨著能源成本高漲與減排壓力提升，電動化趨勢正加速發展。電池系統是電動車中成本最高的單一元件，因此需設計出高性能、長壽命且安全的電池，才能促進 EV 的大規模普及。然而，這並非一項低風險的工程任務。多數傳統車廠與電池供應商在 EV 電池系統的經驗有限，且許多從內燃機車學到的開發知識並不適用於電池為核心的動力系統。
(1) 根據 VW 執行長 Thomas Schäfer 表示，Euro-7 法規將使小型內燃機車的價格與現今電動車相當。來源：ecomento.de
EV 電池系統設計與工程挑戰
電動車電池系統的設計在整車系統、電池模組與電芯層級皆具挑戰性。除電池技術本身外，工程師還須：
- 在續航力、成本與性能間取得平衡
- 達成耐用度與效率目標
- 維持電池系統價格合理
安全性則進一步提高設計優化的複雜程度。
另一挑戰來自於 EV 廠商為不同市場細分開發多樣車型，無可參考的前代車型，加上市場高度競爭壓力導致開發時程極度壓縮，工程流程需具備彈性以應對材料與供應鏈的不確定性。
數位連續性：共用模型建構與設計更新
3DEXPERIENCE® 平台讓設計師、分析師、專案經理與其他利害關係人能在同一環境中協作、使用共通資料模型，實現清晰可追溯的開發流程，亦有助於建立電池護照（Battery Passport）。
加速開發、控制成本、交付高品質產品：3DEXPERIENCE 平台
透過模型驅動的設計方法，使用 3DEXPERIENCE 平台功能可無縫應對需求變更、降低錯誤，並透過即時高品質數據支持多部門同步工程。此平台更有助於普及 EV 電池的開發參與機會，讓各方專業更輕鬆貢獻，創造更好、更快、更可靠的工程成果。
建構虛擬孿生：創新電池開發的基礎
虛擬孿生與先進數位分析技術可補足產品歷史與開發經驗的不足，建立具準確預測能力的數位產品履歷。透過多物理、多尺度模擬技術，車廠與供應商能建構虛擬孿生模型，在數位環境中試驗新型電池設計與方案，快速的設計評估和迭代能夠加快產品上市速度，提升設計可靠性。
藉由 Dassault Systèmes 解決方案，工程師能迅速評估 EV 電池在加速、續航里程、電池壽命、效率與成本之間的權衡關係，快速的設計和評估流程有助於製造商跟上發展步伐，同時能夠應對供應鏈、材料和技術變化等不確定性因素，並確保安全性，協助廠商更快做出明智決策。
從零開始打造整車級電池系統？
電池的性能與行為對整車可用性與用戶滿意度影響深遠。續航力與充電時間是開發過程中最重要的兩個優化指標，此外還需考量老化行為、全溫域性能與重負載下的穩定輸出。
為盡可能全面、精確地實現這些需求，DYMOLA（Dynamic Modeling Language）提供高效模擬求解器與完整模型庫，涵蓋電芯、模組、電池包層級行為，亦包含馬達、逆變器、傳動系統、冷卻與空調系統等預建模板。
車廠與電池供應商可利用 DYMOLA 的 System Behavior 模型，在各種邊界條件與應用場景下優化電池效能與可用能量。此模型可應用於全開發週期中，提供所有相關車輛組件和系統的預先定義模擬模型。
業界驗證的工具協助工程師進行：
- 電池電芯效能基準測試
- 電池與驅動系統能源設計與尺寸選定
- 電池冷卻系統設計與車輛空調系統整合
- 電池與電動傳動系統整合
- 電池老化行為評估與最佳化
- 控制單元功能（如 BMS）與整車策略開發
藉由這些DYMOLA的模型，工程師能針對零件與系統層級進行權衡與最佳化，精準調整元件尺寸、最佳化 ECU 功能，並作出不過度設計的系統架構決策。
電池模組與電池包工程 —— 加速電動車普及的關鍵
冷卻與老化
適當控溫對電池安全、效率與壽命至關重要。高溫將提高安全風險與加速老化，低溫則導致效率下降與壽命縮短。
透過模組與電池包熱模擬分析，工程師能有效評估熱管理系統、選擇合適冷卻架構、並最佳化加熱與冷卻設計。在實際駕駛與充電場景下，預測其熱性能與快速充電行為。
結合 BMS (Battery Management System) 工程與老化模擬，可評估不同使用情境下的電池容量衰退與功率下降，並透過冷卻控制策略進一步最佳化性能與耐久度。
耐久與安全性
電池在整個使用期間必須維持性能，並抵抗機械與熱負載。結構強度與耐久分析能確保其機械整合性，考慮充放電造成的膨脹壓力、熱應力與機械應力。
若電池損壞，安全分析可確保散熱與通風系統設計良好，防止故障蔓延，將潛在災難控制為可管理事件，保護乘員與救援人員安全。
電芯工程：高性能電池系統的根基
電芯設計是影響整體系統效能、效率與成本的基礎。SIMULIA 提供完整的電芯工程模擬流程，支援從 3D 詳細設計至降階模型建構。
工程師可從電化學性能、熱電損失、強度、耐久與安全、老化行為等面向評估電芯設計，並透過降階模型進行上層系統模擬。
多物理與多尺度模擬技術能同時模擬熱-電化學與結構膨脹耦合行為，這是實現安全性、快充能力與續航力提升的關鍵。
3DEXPERIENCE 平台提供設計至模擬的流暢體驗，使設計人員能快速修改、評估與優化設計，MODSIM 能力在面對電池這類多物理場、高耦合系統時尤為重要。
全面提升 EV 駕駛體驗
EV 發展普及在很大程度上必須仰賴電池技術，而虛擬開發是在緊湊的時間和有限的預算內達成目標的唯一解法。Dassault Systèmes 的電池模擬解決方案穩定可靠，無論是傳統車廠、供應商或新創公司，皆可掌握主導權。
高效電池創造決勝優勢：
🚗 續航更遠
整合熱系統模擬以提升熱效率，讓電池用電更有效率、續航更長。
🔋 壽命更長
整車熱分析協助優化電池佈局、保溫與冷卻策略，即使在極端氣候下也能延長電量保持時間。
🛡 更安全
預測機械與熱異常下的行為，確保電池設計避免災難性後果。
🛞 更舒適
整合動態、可駕性與乘坐舒適度分析，打造高效又舒適的駕駛體驗。
⚡ 充電更快
在不影響壽命下最佳化充電時間，提升 EV 體驗。
💰 更平價
高精度多物理模擬協助加速開發、降低成本，讓 EV 更親民。
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