Sensör, yazılım ve otonom teknolojileri bir araya getiren dijital gerçeklik çözümlerinde dünya lideri Hexagon, Fraunhofer ITWM ile geliştirdiği elektrokimyasal simülasyon çözümü ile yeni nesil batarya tasarımına hız ve verimlilik sağlıyor. Hexagon, bu yeni çözümünde dijital malzemeler paketine Fraunhofer ITWM’nin Batarya ve Elektrokimya Simülasyon Aracı (BEST) çözücüsünü entegre ediyor ve üretim süreçlerinden kaynaklanan etkileri de dikkate alarak hücre tasarımlarının verimli ve çoklu fizik araştırmasına olanak tanıyor.
Yeni bir batarya hücresi ürününü pazara sunmak son derece karmaşık ve zaman alıcı bir süreç gerektiriyor. Ar-Ge süreçleri, yeni elektrokimyasal tasarımları keşfetmek için ilk prensip simülasyonlarını kullanan deney tasarımlarını (DoE) içeriyor ve bunlar bir laboratuvarda fiziksel deneme yanılma yoluyla test ediliyor. Hücre üretim süreci, hücrenin performansını ve başarısını etkileyebilecek çok sayıda kritik adımdan oluşuyor.
Sanal laboratuvar işlevi gören yeni nesil teknoloji
Hexagon’un sanal laboratuvar işlevi gören elektrokimyasal simülasyon çözümü, önemli maliyet ve verimlilik avantajlarına sahip olmasıyla öne çıkıyor. Üreticiler; tek bir kullanıcı ara yüzü aracılığıyla elektrotların mikro yapısını, yerleşik bir batarya malzemeleri arşivinden hücrenin tüm montajına (elektrolit, ayırıcı, aktif malzeme, bağlayıcı, akım toplayıcı) kadar modelleyebilirken, malzeme özellikleri ve batarya mikro yapısındaki değişikliklerin etkisini keşfedebiliyor.
Üreticilere tersine mühendislikle tasarlama yeteneği kazandırıyor
Elektrokimyasal simülasyon teknolojisi, partikül boyutu dağılımı ve karbon bağlayıcı dağılımı dahil olmak üzere uygun malzeme ve konfigürasyonların seçilmesiyle enerji verimliliği, kullanım ömrü, optimum şarj protokolleri gibi performans sonuçlarını iyileştiriyor. Hexagon’un güçlü VGSTUDIOMax 3D metroloji yazılımını ile de birleşerek hücrelerin makro yapısını doğrudan etkiliyor ve üreticilere tersine mühendislikle tasarlama yeteneği kazandırıyor. Batarya yönetim sistemi için en uygun şarj protokolünün oluşturulmasını sağlamak amacıyla batarya ömrünün ve hücre tasarımının güvenlik üzerindeki etkilerinin araştırılmasını da sağlıyor.
Ar-Ge ekipleri prototiplerden hızlı geri bildirim alacak
Yeni teknolojiyle ilgili konuşan Hexagon Malzeme ve Platformlar Kıdemli Direktörü Guillaume Boisot, “Hücrelerin tasarımı ve geliştirilmesi; malzemeler veelektrokimyasal tasarım, mekanik tasarım ve üretim süreçleri arasındaki karmaşık dengeler nedeniyle önemli zorluklar içeriyor. Bu karmaşık sürecin büyük bir kısmı geçmişte deneme yanılmaya dayanıyordu. Fraunhofer ITWM ile ortaklığımız sayesinde Ar-Ge ekiplerinin prototiplerden hızlı geri bildirim alarak daha iyi performans gösteren batarya hücresi geliştirmelerine katkı sağlayacağız” açıklamasında bulundu.
“Termal yönetim ve sızıntı simülasyonlarımıza yeni bir teknoloji ekledik”
Hexagon Multifizik Başkan Yardımcısı Subham Sett ise, “Batarya performansı ve kalitesi, özellikle otomotiv pazarında rekabette fark yaratan unsurlardan. Termal yönetim ve sızıntı simülasyonlarımıza eklediğimiz bu yeni teknolojiyle üreticilerin tasarım yolculuklarında çoklu fizik etkileşimlerini daha bütünsel bir şekilde görmelerine yardımcı olacağız” ifadelerini kullandı.
Mükemmel teknik iş birliği
Fraunhofer ITWM’den Dr. Jochen Zausch, “Son derece güvenilir BEST batarya elektrokimyası çözücü yeteneklerimizi Hexagon’un yenilikçi malzeme modelleme yazılımına taşımak için mükemmel bir teknik iş birliği gerçekleştirdik. Bu kapsamlı simülasyon iş akışıyla yeni batarya inovasyonlarının daha hızlı ilerlemesine yardımcı olacağız” dedi.
Tek bir kullanıcı ara yüzünden simülasyon
Elektrokimyasal simülasyon çözümü, Frauenhofer ITWM’nin BEST çözücüsünü Hexagon‘un HxGN Dijital Malzemeler paketinin bir parçası olan Digimat malzeme davranışı modelleme yazılımına entegre ediyor. Kullanıcılar, tek bir kullanıcı arayüzünden Fraunhofer ITWM’nin gelişmiş elektrokimyasal modelleme tekniklerini kullanarak, yaygın lityum iyon hücre konfigürasyonlarının yanı sıra, çinko ve sodyum batarya kimyaları için bir hücrenin bileşen mikro yapısı, elektrolit, ayırıcı, aktif malzeme, bağlayıcı ve akım toplayıcının elektrokimyasını simüle edebiliyor.
Digimat, yazılım içinde veya Hexagon‘un MaterialCenter ve Materials Connect malzeme veri yönetimi yazılımları kullanılarak genişletilebilen bir ortak malzeme özellikleri arşivi içeriyor. Mikroyapılar, VGSTUDIOMax kullanılarak CT tarama analizlerinden içe aktarılabiliyor veya doğrudan Digimat’ta oluşturulabiliyor.
Bataryanın mekanik tasarımını ve güvenliğini optimize ediyor
Ayrıca, batarya tasarım ekipleri mekanik özellik karakterizasyonunu daha fazla incelemek için Digimat‘ta geliştirilen mikroyapı modelini uygulayabiliyor. Makro ölçekli malzeme özelliği, Representative Volume Element (RVE) kullanılarak değerlendirilebiliyor ve ilgili mekanik analiz yazılımına basitleştirilmiş bir Digimat malzeme modeli yerleştirilerek modelin hücrenin yapısal analizleri için kapasitesini genişletebiliyor. Bu şekilde makine mühendisleri, doğru malzeme özelliklerine dayalı olarak bataryanın mekanik tasarımını ve güvenliğini optimize etmek için “the jelly roll” mekanik performansını değerlendirebiliyor.
