随着全球不断出台减少温室气体（GHG）排放的可持续发展举措，可再生能源正受到越来越多的关注。然而，可再生能源成本高昂、存在地域限制，而且不够稳定可靠。在该背景下，电池储能系统（BESS）在推动可再生能源的大规模应用方面产生着重要影响。
电池储能系统可以收集和储存太阳能和风能等可再生能源产生的多余电力，从而支持可再生能源。这样一来，即使在可再生能源不能产生足够电力的时候，也能使可再生能源变得可用。据麦肯锡公司称，在该环境下，全球BESS市场规模预计到2030年将突破1200亿美元。此外，电动汽车（EV）的持续发展趋势，可能会导致预期的销量激增。
Element Energy成立于2019年，该公司在当时已意识到业界对可持续电池系统的需求将日益增长。从那之后，这家总部位于加利福尼亚州的初创公司一直致力于提高大尺寸电池系统的安全性、智能和经济性，并通过循环利用电池，实现可持续发展的循环经济模式。该公司主要重点研究“二次生命电池”（SLB）应用，即回收废旧电池并重新部署，以延长其能量储存能力。
该企业通过Ansys初创公司计划获得了Ansys仿真软件，另外，Ansys精选渠道合作伙伴KETIV Technologies还提供了关键指导，以帮助Element Energy加速采用先进仿真技术，使其能够在虚拟环境中对技术进行反复迭代设计，这可以最大限度地减少对成本高昂且耗时的物理原型和测试的需求。通过利用Ansys结构、流体和电子仿真，这家注重生态环保的初创公司优化了设计，将研发时间缩短了一半，降低了成本，同时继续践行其推进可持续电池解决方案的使命。
了解BMS技术
相比于其他电池管理系统（BMS）公司，Element Energy有何与众不同？这家初创公司表示，其电池储能技术更安全、使用寿命更长、而且产量更高。并且，该公司表示，这要归功于其采用Ansys仿真设计而成的技术架构。
Element Energy工程副总裁Corrado Cammi表示：“我们积极使用Ansys工具来确定系统各个级别的工程设计决策。”
该团队从2021年就开始纳入Ansys多物理场仿真，目前，其日常工作流程中会用到七种Ansys解决方案。
传统的电池管理系统（BMS）架构是静态的，并通过集中式系统进行控制，而Element Energy的电池管理系统（BMS）架构是分布式和自适应的，每个模块都有专门的功率转换设备。
传统的BMS架构是静态的，并通过集中式系统进行控制，而Element Energy的电池管理系统（BMS）架构是分布式和自适应的，每个模块都有专门的功率转换设备。换句话说，在传统电池包中，电池采用串联的电气连接方式，并通过集中式BMS进行监控。因此，在充放电过程中，无论每个电池的实际状态如何，系统都会对每个电池施加相同的负载，例如，具有不同健康状态、性能劣化或安全性问题的电池仍然以相同的速率进行充放电。
另一方面，Element Energy的架构则将BMS功能与功率控制相结合，并采用分布式方法。在这种类型的系统中，每个电池模块由有限数量的串联电池组成，并由嵌入了功率转换阶段的电池管理系统（BMS）板进行控制。这使每个电池都能单独进行监控，同时通过功率转换阶段控制模块功率负载。在Element Energy的BMS中，电池包由多个串联模块组成，可以单独控制其功率负载或功率曲线。
Element Energy致力于提高大尺寸电池系统的安全性、智能和经济性，并支持电池的循环经济。
此外，Element Energy的BMS还支持云端监控。虽然并非每个单独的控制单元都能直接连接到云端，但它们可以通过与云端通信的主控制器来聚合数据。得益于上述架构，Element Energy的系统可以同时在一个或多个模块上连续无缝地运行诊断测量，而整个系统可以基于其商业应用持续运行，于是，云端运行的算法能够准确确定每个电池的健康状态、性能劣化或安全性。然后，分析结果从云端发送到本地控制器，以管理电池包的吞吐量、使用寿命和安全性。
Cammi表示：“开发可持续电池解决方案是我们的首要目标和使命。我们的主要重点之一是在SLB应用中使用我们的技术。例如，我们可以回收废弃的电动汽车应用中的二手电池，集成硬件/软件解决方案，并将其重新部署为至少可使用10年的储能方案。得益于我们的架构及其优势（吞吐量管理、使用寿命延长和改进的安全性），我们可以有效地实现这一目标。”
Element Energy的BMS可以为生命周期即将结束或者已被原始设备制造商（OEM）拒绝使用的EV电池带来新生。当电池经过翻新和再制造后，能量会重新进入电网（通常是用于私人能源供应商）。据该公司称，这种循环经济型SLB储能系统，能够在电池生命周期内节省高达40%的总使用成本
Element Energy的BMS可以为生命周期即将结束或者已被原始设备制造商（OEM）拒绝使用的电动汽车（EV）电池带来新生。
据该公司称，Element Energy的循环经济型二次生命电池（SLB）储能系统，能够在电池生命周期内节省高达40%的总使用成本。
Element Energy已经预留了超过2千兆瓦时（GWh）的SLB储能。
Element Energy表示，到目前为止，该公司已预留了超过2千兆瓦时（GWh）的SLB储能，并且，其最近在德克萨斯州建设了53兆瓦时（MWh）的SLB发电厂，这是目前同类型中规模最大的电网。您可以试着以千瓦时为单位想象一下如此大规模的功率——53 MWh发电厂的发电量，为53,000千瓦时，Element Energy的发电厂大约使用了900个报废的电动汽车电池包。那么，2 GWh等于200万千瓦时，即大约34,000个报废的电动汽车电池包。
Element Energy位于德克萨斯州的发电厂具有53兆瓦时（MWh）的SLB储能
将仿真应用于BMS解决方案
Ansys多物理场仿真，是Element Energy的BMS设计流程中的一个重要组成部分。该团队使用Ansys Mechanical结构有限元分析软件对电池组件（如电池包和BESS容器）进行结构分析。典型的仿真包括静态和动态负载、振动和模态分析、以及印刷电路板（PCB）热分析，以支持在Ansys Sherlock电子可靠性预测软件中进行的研究。
在Ansys Sherlock电子可靠性预测软件中执行的热-机械分析
Sherlock软件可用于在所有PCB上进行可靠性预测。利用该工具，该团队可根据相应的加速度系数确定热和机械应力循环的认证条件，并估算BMS的使用寿命。
Cammi表示：“预测单个组件可靠性的能力，还使我们能够识别薄弱环节并相应调整设计。”
电子仿真已深度融合到了团队的设计流程中。除了Sherlock工具集之外，该团队还使用了Ansys Q3D Extractor寄生参数提取电磁（EM）仿真软件、Ansys Maxwell高级电磁场求解器以及Ansys SIwave PCB和封装EM仿真软件来支持PCB电气设计，重点关注优化功率转换阶段的损耗和磁性组件设计。此外，该团队还使用了Ansys Icepak电子冷却仿真软件进行PCB电热分析和电子冷却。
Element Energy的工程师使用Ansys Fluent流体仿真软件对电池液体冷却（上）和电池包冷却（下）进行仿真。
除了结构和电子领域，Element Energy的工程师还可以使用Ansys Fluent流体仿真软件评估计算流体力学（CFD）。Fluent工具集的主要用途包括PCB和电池模块的热仿真，空气和液体冷却容器级优化，以及使用锂离子电池模块进行的电化学仿真。
Cammi表示：“借助高精度仿真，我们能够在原型开发阶段就实现与最终产品相当接近的系统设计。通过缩短从原型设计到最终产品的过渡期，我估计，我们将节省50%的产品研发时间。”
该公司在合规性评估过程中，还发现了仿真带来的其他优势。
他补充道：“对于可靠性和认证工作也是如此。Sherlock仿真使我们能够在开始认证测试之前发现潜在的问题。认证测试可能非常昂贵，而且需要花费相当长的时间（可能长达一个季度）。因此，能够在开始认证阶段之前检测和解决问题，这对我们来说大有裨益。”
仿真助力实现可持续性
Element Energy致力于为电池解决方案实现循环经济，以提高可持续性，并将仿真视为实现这些目标的重要工具。
Cammi表示：“就降低二氧化碳（CO2）排放和减少废弃物材料而言，电池的重复使用对环境的影响是巨大的，并且随着全球电气化水平的提高，其重要性将不断增加。如前所述，Ansys在我们的设计流程中发挥了重要作用，可以帮助我们实现使命目标。”
除了Ansys仿真和Ansys初创公司计划之外，Cammi还对KETIV团队的贡献表达了感谢。
Element Energy通过打造可持续的电池解决方案，助力实现循环经济。
他说道：“在过去四年里，KETIV一直提供了非常大的支持。KETIV工程师一直在帮助我们解决技术问题，以及优化我们的工作流程和仿真基础架构，例如帮助设置分布式计算资源等。”
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“借助高精度仿真，我们能够在原型开发阶段就实现与最终产品相当接近的系统设计。通过缩短从原型设计到最终产品的过渡期，我估计，我们将节省50%的产品研发时间。”
——Corrado Cammi，Element Energy工程副总裁
