Hexagon kündigte die Einführung einer neuen Lösung für das Design von Batteriezellen an, die sowohl elektrochemische Simulationstechnologie des Fraunhofer-Instituts für Mathematische Forschung ITWM als auch multiphysikalische Materialsimulations- und Messsoftware von Hexagon nutzt.
Die Entwicklung einer neuen Batteriezelle ist ein komplexer und zeitaufwändiger Prozess. Forschung und Entwicklung umfassen mühsame Verfahren, einschließlich der Erstellung eines Versuchsplans (Design of Experiment, DoE) und First-Prinzipien-basierter Simulationen zur Erforschung neuer elektrochemischer Konfigurationen. Diese Theorien werden dann im Labor physikalischen Tests unterzogen. Jeder Schritt bei der Herstellung dieser Zellen kann nicht nur die Ausschussrate, sondern auch ihre endgültige Leistung beeinflussen.
Die neue Lösung für das elektrochemische Batteriedesign von Hexagon integriert den Solver Battery and Electrochemistry Simulation Tool (Best) des Fraunhofer ITWM in die Digital Materials Suite von Hexagon, um die multiphysikalische Untersuchung von Zelldesigns unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Batterieprozessen zu ermöglichen. Herstellung.
Dieses „virtuelle Labor“ bietet Vorteile hinsichtlich Kosten und Produktivität. Seine Benutzeroberfläche ermöglicht die Modellierung der Mikrostruktur der Elektroden bis hin zur kompletten Zellanordnung (Elektrolyt, Separator, aktives Material, Bindemittel, Stromkollektor) aus einer integrierten Bibliothek von Batteriematerialien.
Kunden können auch untersuchen, welche Auswirkungen Änderungen der Materialeigenschaften und der Batteriemikrostruktur unter anderem auf die Verbesserung der Leistungsergebnisse (Energieeffizienz, Lebensdauer, optimale Ladeprotokolle) haben, indem sie geeignete Materialien und Konfigurationen auswählen, einschließlich Partikelgrößenverteilung und Kohlenstoffbindemittelverteilung .
Untersuchung der Auswirkungen von Herstellungsprozessen auf die Zellmikrostruktur, einschließlich der Möglichkeit, die interne Struktur hergestellter Zellen anhand eines CT-Scans und der leistungsstarken 3D-Messsoftware VGStudio Max von Hexagon zurückzuentwickeln, sowie die Untersuchung der Batteriealterung und der Sicherheitsauswirkungen des Zelldesigns Dabei geht es auch darum, ein optimales Ladeprotokoll für das Batteriemanagementsystem zu etablieren.
« Das Design und die Entwicklung von Zellen stellen aufgrund der Komplexität der Wahl zwischen Materialien, elektrochemischem Design, mechanischem Design und Herstellungsprozessen große Herausforderungen dar. Ein großer Teil dieses komplexen Prozesses basierte bisher auf Versuch-und-Irrtum-Zyklen, aber durch unsere Partnerschaft mit dem Fraunhofer ITWM sind wir zuversichtlich, dass wir F&E-Teams dabei helfen können, die Leistung von Batteriezellendesigns zu verbessern und sie dank der schnellen Rückkehr zu schneller zu entwickeln Prototypen », erklärt Guillaume Boisot, Senior Director der Abteilung Materialien & Plattformen bei Hexagon.
Subham Sett, Vizepräsident der Multiphysics-Einheit bei Hexagon, fügt hinzu: „ Batterieleistung und -qualität sind Wettbewerbsvorteile, insbesondere im Automobilmarkt. Wir haben in unser Wärmemanagement und unsere Runaway-Simulationen investiert. Wir sind zuversichtlich, dass wir Herstellern mit dieser neuen Ergänzung dabei helfen können, bei der Neudefinition des Designprozesses eine ganzheitlichere Sicht auf diese multiphysikalischen Wechselwirkungen zu gewinnen. »
„Wir profitierten von der hervorragenden technischen Zusammenarbeit bei der Integration unseres elektrochemischen Batterielösers Best mit der innovativen Materialmodellierungssoftware von Hexagon. Jetzt freuen wir uns darauf, durch diesen umfassenden Simulationsprozess dazu beizutragen, neue Batterieinnovationen schneller voranzutreiben.“ Anmerkung Jochen Zausch vom Fraunhofer ITWM Institut.
Die neue Lösung für das elektrochemische Batteriedesign integriert den Best Solver des Fraunhofer ITWM mit der Materialverhaltensmodellierungssoftware Digimat von Hexagon, die Teil der HxGN Digital Materials Suite ist. Über die Benutzeroberfläche können Benutzer die Elektrochemie der Mikrostruktur, des Elektrolyten, des Separators, des aktiven Materials, des Bindemittels und des Stromkollektors einer Zelle für gängige Lithium-Ionen-Zellenkonfigurationen sowie Zink- und Natriumbatteriechemikalien simulieren, indem sie fortschrittliche elektrochemische Modellierungstechniken von verwenden Fraunhofer ITWM.
Digimat umfasst eine Bibliothek allgemeiner Materialeigenschaften, die innerhalb der Software oder mithilfe der Materialdatenverwaltungssoftware MaterialCenter und Materials Connect von Hexagon erweitert werden kann. Mikrostrukturen können mit VGStudio Max aus CT-Scans importiert oder direkt in Digimat erstellt werden.
Darüber hinaus können Batteriedesignteams ihr in Digimat entwickeltes Mikrostrukturmodell zur weiteren Untersuchung mechanischer Eigenschaften anwenden. Das Materialverhalten auf der makroskopischen Skala kann mithilfe eines repräsentativen Volumenelements (RVE) bewertet werden, wodurch die Fähigkeit des Modells für Strukturanalysen der Zelle erweitert wird, indem ein vereinfachtes Digimat-Materialmodell in die entsprechende mechanische Analysesoftware integriert wird. Maschinenbauingenieure können so die mechanische Leistung der „Jelly Roll“ bewerten, um das mechanische Design und die Sicherheit der Batterie basierend auf den genauen Eigenschaften des Materials zu optimieren.
