随着物流行业对配送时效要求的不断提高，电动卡车在长途货运中的应用日益受到关注。尽管本地配送中心有所增加，但长距离运输仍需依赖重型卡车。为降低燃料成本、维护费用及碳排放，企业正加速向电动化转型。然而，现有电池组设计往往难以满足长途公路旅行对寿命和性能的高要求。
为解决这一瓶颈，由 Aurobay、Resolvent、欧盟委员会、丹麦技术大学 (DTU)、Vinnova（瑞典创新系统机构）、丹麦创新基金以及沃尔沃集团卡车运营部门组成的联盟，将多尺度模拟技术与定制化仿真应用引入电池制造流程。其中，丹麦绿色能源工程咨询公司 Resolvent 开发的仿真应用，显著提升了沃尔沃研发部门测试电池寿命性能的便捷性。
Laser BATMAN 项目背景
该合作依托于“Laser BATMAN”项目（最佳电池组制造的多尺度模拟），该项目于 2022 年 5 月启动，并于 2025 年 5 月完成。这里的“BATMAN”指代电池制造（Battery Manufacturing），而非超级英雄角色。
项目核心目标在于优化电池组的两个关键指标：强度与寿命。激光焊接工艺（例如用于连接电池单元汇流排）对这两项指标具有决定性影响。正确的焊接能延长电池寿命，而不当操作则会加剧电池退化。通过计算建模，团队能够分析并预测制造过程中不同阶段焊接与连接环节的影响。
Resolvent 前首席商务官兼合伙人 Martin Refslund Nielsen 指出，针对此类多物理场、多尺度的复杂问题，COMSOL Multiphysics 是理想的工具选择。
基于深度神经网络的多尺度建模工作流
Resolvent 团队利用 COMSOL Multiphysics 软件深入研究激光焊接对电池电化学特性及降解过程的影响。起初仅聚焦于微观层面，随后研究范围扩展至从单体到模组乃至整个电池包的性能模拟。
在构建模型时，团队首先输入相关化学反应动力学公式建立电池电化学模型。生成的单体层模型数据被用于训练深度神经网络 (DNN)。这种低阶模型使得研究人员能够快速理解单体的行为特征。在此基础上，团队开发了定制化的仿真应用程序，旨在高效优化电池包配置中的汇流排设计。
“工具中的工具”：定制化仿真应用
据 Nielsen 介绍，该仿真应用具备多种功能，允许用户输入包装几何尺寸、电池数量以及环境温度、充放电电流等操作条件。此外，应用还支持简单充电电流及自定义充电周期的设置，使用户能够直观观察特定输入条件下电池的表现。
应用中一个关键组件是汇流排焊接设计工具，Nielsen 将其形容为“工具中的工具”。点击按钮后，弹出的窗口允许用户设定焊接形状、杆厚度及激光穿透深度等参数。这一功能支持用户对输入参数进行变体测试，从而预判生产中可能出现的问题，例如焊接深度不足导致的汇流排连接风险。
Nielsen 强调，深入的技术洞察力对于优化产品性能至关重要。例如，若模拟结果显示冷却效率提升，团队可能会考虑减少两个电池单元以维持相同性能，从而轻松量化冷却系统与电芯数量之间的权衡关系。
预测电池包整体性能
该应用的用户界面还包含计算电池包的模块，可查看特定状态下的焊接温度、荷电状态 (SOC) 以及固体电解质界面 (SEI) 层厚度。这些数据有助于工程团队进一步挖掘设计优化空间。例如，用户可在应用中模拟冷却气流，检测是否存在流动停滞现象。
Nielsen 表示，仿真应用不仅提供了更一致的分析报告，其直观的交互方式也促进了知识共享。“我们现在能够更好地优化性能并提高稳定性。”
通过 Laser BATMAN 联盟开发的这款定制仿真应用，业界有望生产出更具鲁棒性的电池设计，推动电动卡车技术的进一步发展。
参考文献
- Virtual Laser BATMAN, Skövde University. Accessed: August 21, 2025. https://www.his.se/en/research/virtual-engineering/virtual-manufacturing-processes/LaserBatman/.
- R. Nielsen, “Keynote: Optimizing Electric Truck Battery Lifetime and Robustness with Simulation Apps,” COMSOL Conference Florence 2024, October 2024.
