Software

Release 2023 R2: Batterie – Von der Zelle zum Pack

Updates und Optimierungen der Simulationslösung von AVL 

Software Release - Battery

Informieren Sie sich über die Highlights der neuesten Version in unserem Bereich für Batterielösungen.

Zur Unterstützung des Zelldesigns und -layouts bietet AVL CRUISE™ M nun eine Reihe von zellspezifischen Kennzahlen (KPIs), die direkt aus den Eingabedaten abgeleitet werden. Die unmittelbare Rückmeldung über das Anoden-/Kathoden-Kapazitätsverhältnis sowie die jeweiligen absoluten, gravimetrischen und volumetrischen Kapazitäten von Anode und Kathode und die Massenbilanz der Aktivmaterialien ermöglicht es, Elektroden von Beginn an richtig auszulegen.

Battery - From Cell to Pack R2 2023 - Figure 1: Electrochemical Battery KPIs – Immediate Feedback on Inputs
Figure 1: Elektrochemische Batterie-KPIs - Zellspezifischen Kennzahlen
Battery - From Cell to Pack R2 2023 - Figure 2: Electrochemical Battery – Mechanical Stress Modeling
Abbildung 2: Elektrochemische Batterie - Modellierung der mechanischen Belastung

Diese Version von CRUISE M bietet die Möglichkeit, Einblick in kausale Zusammenhänge zwischen mechanischen Spannungen und der Einlagerung on Ionen in Abhängigkeit vom Ladezustand (SOC) zu erhalten. Durch diese Beanspruchungen können sich die Partikeldiffusion verstärken, die Gradienten verringern, das Potenzial verändern und folglich die Reaktionsverluste beeinflussen. Das Modell erlaubt es zu untersuchen, wie sich die mechanische Beanspruchung auf die Porosität des Materials und in weiterer Folge auf den ohmschen Widerstand und die Leistungsverluste der Elektroden auswirkt. 

Battery - From Cell to Pack R2 2023 - Figure 3: Electrochemical Battery – 3D Analysis of P2D Results
Abbildung 3: Elektrochemische Batterie - 3D-Analyse der P2D-Ergebnisse

CRUISE M bietet die Möglichkeit P2D-spezifische Ergebnisse (pseudo-zweidimensional) dreidimensional zu analysieren. Größen wie die Lithiumkonzentration in der Festkörperelektrode werden durch eine Reihe von Halbkugeln dargestellt, die dadurch einen vollständigen Einblick in die Gradienten entlang der Elektroden und Partikel geben. Partikelgrößenverteilungen werden berücksichtigt, indem 3D-Ergebnisse für jede einzelne Partikelklasse bereitgestellt werden.

Der Vergleich verschiedener Vergussmaterialien (z. B. Epoxidharz, Polyurethan, Silikon usw.) und deren Bewertung wird mit dieser Version von CRUISE M zu einer einfachen Aufgabe.

Battery - From Cell to Pack R2 2023 - Figure 4: Activation of New Potting Material Option
Abbildung 4: Aktivierung der neuen Vergussmaterial-Option
Battery - From Cell to Pack R2 2023 - Figure 5: Pulse Measurements Used to Parameterize the Equivalent Circuit Battery Model
Abbildung 5: Pulsmessungen zur Parametrisierung des Ersatzschaltbildmodells (RC-Modell)

Die bestehende Lösung für Ersatzschaltbild-Modelle (RC-Modelle) wurde einem umfassenden funktionalen Upgrade unterzogen.
CRUISE M bietet nun einen völlig überarbeiteten und verbesserten Batterie-Parametrierungs-Wizard. Unter anderem erlaubt ein neuer, leistungsstarker Multidatei-Importer, Daten zu verarbeiten, die individuell für verschiedene Betriebspunkte gemessen wurden. Ein einzigartiges Impulsidentifizierungsverfahren ermöglicht es, Zeitreihendaten aus HPPC-Tests (Hybrid Pulse Power Characterization) in die einzelnen Segmente zu zerlegen, die für den nachfolgenden Parametrierungsschritt benötigt werden.

Zwei separate OCV-Kurven (eine für die Ladung und eine für die Entladung) können nun in CRUISE M vorgegeben werden.

Diese Version von CRUISE M führt die Möglichkeit ein, beim Einsatz des Ersatzschaltbild-Modells (RC-Modell) in der Batteriekomponente auch die Stromabhängigkeit zu berücksichtigen. 

Battery - From Cell to Pack R2 2023 - Figure 6: OCV Hysteresis Option Activation – Parameterization and Results
Abbildung 6: Aktivierung der OCV-Hysterese-Option - Parametrierung und Ergebnisse

Es ist nun möglich, das Batemo-Modell bereichspezifisch innerhalb einer Batteriezelle über sogenannte Batemo-Cubes in AVL FIRE™ M anzuwenden. Jeder Batemo-Cube deckt dabei einen bestimmten Teil des Aktivmaterials (jelly roll) der Zelle ab. Somit können lokale Effekte wie große Temperatur- oder Potenzialgradienten berücksichtigt werden.

Battery - From Cell to Pack R2 2023 - Figure 7: Batemo Cubes (left: Discretization of a Pouch Cell, right: Distribution of SoC in Batemo Cubes)
Abbildung 7: Batemo-Cube (links: Diskretisierung einer Pouch-Zelle, rechts: Verteilung von SoC in Batemo Cubes)