Engineering

Simulation in der Batterieentwicklung

Schnelle und effiziente Entwicklung – von No-Propagation-Batteriedesigns bis hin zu Thermalsystemen für das Schnellladen

Mit AVL Simulationssoftware und -methoden lassen sich No-Propagation-Batteriedesigns, strukturelle Zellintegration, Thermalsysteme für Schnellladen und viele weitere Lösungen schnell und effizient entwickeln.

Battery Simulation

Mit unserer langjährigen Expertise im Simulationsbereich und unseren bewährten Methoden und Softwareprodukten garantieren wir Ihnen zielgerichtete Batterieentwicklung mit einer frühzeitigen Validierung. So unterstützen wir Sie beim Frontloading Ihrer Entwicklungsaufgaben.

Dabei decken wir das komplette Spektrum der physikalischen Faktoren ab: Wir simulieren die Impaktsicherheit („Crash & Crush“) und die Betriebsfestigkeit (Strengths & Durability) von Zellen, Modulen und Packs. Außerdem bilden wir mit unseren virtuellen Modellen das komplexe thermische Verhalten (Thermal & Performance) ab und analysieren die Haltbarkeit (Cell & Robustness). Zudem betrachten wir weitere Wechselwirkungen, etwa im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC) oder des Geräusch- und Schwingungsverhaltens (NVH).

BEV Sedan Charging

24/7-Sicherheit

Bei batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) ist die passive Sicherheit rund um die Uhr eine zentrale Kundenforderung. Um sie zu erfüllen, stehen Hersteller vor der Herausforderung, No-Propagation-Batteriedesigns zu entwickeln. Dies erfordert einen detaillierten und sorgfältigen Entwicklungs- und Verifizierungsprozess, den AVL mit seinen Simulationsmethoden vollumfassend leiste

Schnellladen

Um Batterien schneller laden zu können, stellt die effektive Kühlung der Zellen und Module eine große Herausforderung dar. Mit innovativen Ölkühlungen lässt sich die Ladezeit von E-Autos deutlich verkürzen. Unsere Simulationslösungen zum thermischen Verhalten leisten hier einen wertvollen Beitrag – unter anderem durch die Optimierung von spezifischen Ölen als Kühlmittel.

Battery Simulation

Bei der Entwicklung von Batterien nutzen die meisten Hersteller bereits sogenannte Engineering Simulations. Die Modelle hierfür verwenden jedoch ein stark vereinfachtes Setup der Randbedingungen, mit dem eine bestimmte Eigenschaft oder Funktionalität der Batterie entwickelt werden soll.

Für uns bei AVL ist dieses Vorgehen nicht aussagekräftig genug. Daher setzen wir stattdessen auf die deutlich komplexere Methode der virtuellen Validierung. Unsere Möglichkeiten in diesem Bereich haben eine maximale Breite, die bis hin zu einer vollständig virtuellen Validierungsumgebung inklusive aller relevanten Einflussfaktoren reicht. Denn nur durch die Berücksichtigung aller Randbedingungen lassen sich verlässliche Aussagen über das Verhalten von Batterien treffen.

Daher führen wir nahezu alle Erprobungen als virtuelle Validierungen durch – zum Beispiel auch Treibstoffbrand-Tests (Fuel Fire Tests). Hierbei simulieren wir nicht nur die Hitze des Feuers, sondern auch seine Gasdynamik. Diese kann mitunter deutlich schneller zur Entzündung der Batterie führen, als man bei einer bloßen Betrachtung der Temperatur annehmen würde

Zuverlässige Sicherheit

Zur Erreichung von No-Propagation-Zielen führt kein Weg an AVL vorbei. Mit unserer virtuellen Validierung ermöglichen wir Batteriedesigns, die sicherstellen, dass im Fall eines Thermal Runaway auf Zellebene kein Feuer aus der Batterie gelangt – auch nicht über mehrere Stunden hinweg. Die von der Gesetzgebung geforderten Richtwerte übertreffen wir damit um ein Vielfaches.

Innovative Kühlung

Für eine besonders effektive Zwei-Phasen-Kühlung der Batterie kommen spezielle Öle zum Einsatz, deren Verdampfungstemperatur sich exakt designen lässt. Für die Spezifikation derartiger Öle sowie für die Auslegung der Verdampferflächen und des dazugehörigen Thermalsystems liefern wir mit unseren Simulationen präzise Lösungen. Zu unseren Kunden in diesem Bereich zählen einige der namhaftesten Ölhersteller der Welt.

Zuverlässige Kalibrierung

Um unsere Simulationsmodelle mit den richtigen Parametern zu kalibrieren, betreiben wir in Kooperation mit der TU Graz ein eigenes Battery Safety Center. Dort gibt es für alle Anforderungen eigene Prüfstände – zum Beispiel auch für das komplexe Thema des Thermal Runaway. Darüber hinaus unterhalten wir ein eigenes Labor, in dem wir Materialien wie zum Beispiel die in Batterien verwendeten Klebstoffe korrekt parametrieren können.

Umfassende Ko-Simulation

Für die Integration der Batteriezellen betrachten wir die Vorgänge in der Batterie im Zusammenspiel. Denn Phänomene wie das „Swelling and Breathing“ haben sowohl mechanische als auch thermische und elektrische Folgen. Die Kopplung der Simulationen spielt für uns daher eine zentrale Rolle. Für Thermal-Runaway-Analysen verbinden wir beispielsweise zahlreiche Modelle: Wärmefluss, Gasströmung, Partikelverteilung, mechanische Deformation, Materialaufschmelzung, Lichtbogenbildung, Kurzschlussberechnung etc. Mit diesem Umfang der Ko-Simulation ist AVL einzigartig am Markt.

AVL eigene Software

Bei AVL entwickeln wir die für die Batteriesimulationen notwendigen Softwareprodukte selbst. Bekannte Programme wie AVL CRUISE™ M, AVL FIRE™ M oder weitere vielfach bewährte AVL Tools können Sie bei uns erwerben und direkt in Ihre Prozesse einbinden. Darüber hinaus können Sie unsere Software auch als Teil unserer Serviceleistungen nutzen. Wenn Sie besondere Anforderungen haben, setzen wir für Sie maßgeschneiderte Toolchains auf und stellen diese bereit.

Designanalysen

Mit unseren Simulationsmodellen untersuchen wir Ihr bestehendes Batteriedesign in allen Ausprägungen und mit allen Wechselwirkungen. Über die Ergebnisse erhalten Sie ein ausführliches Reporting

Designvorschläge

Auf Basis der Designanalyse erarbeiten wir für Sie konkrete Optimierungsvorschläge. Dabei schlüsseln wir genau auf, was die Verbesserungen im Einzelnen bringen und mit welchen Modifikationen sie zu erreichen sind.

Konzepte für neue Varianten

Bei der Neu- und Weiterentwicklung von Batterien und entsprechenden Derivaten erarbeiten wir für Sie auf Basis unserer virtuellen Modelle neue Designvorschläge. So können Sie Ihre Entwicklungsziele optimal umsetzen

Validierung

Für die endgültige Vorlage zur Serienproduktion (Design-Freeze) können Sie Ihr Batteriedesign durch unsere virtuelle Validierung absichern. Neben „bestanden“ oder „durchgefallen“ enthält unsere Beurteilung auch genaue Angaben über die Gründe, wenn ein Test nicht bestanden wurde.

Bernhard Brunnsteiner

Das optimale Verpacken der Zellen ist gerade im Hinblick auf das „Swelling“ und „Breathing“ – zwei Phänomene, die in jeder Batterie auftreten – enorm wichtig. Vor allem hinsichtlich der Schnellladefähigkeit ist eine sichere Integration entscheidend.

– Bernhard Brunnsteiner, Skill Team Leader Battery Cell, System & Functions

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Bei AVL treiben wir den technologischen Fortschritt aktiv voran. Basierend auf den individuellen Anforderungen unserer Kunden entwickeln wir maßgeschneiderte Batterielösungen für alle Fahrzeugtypen. Dies verfolgen wir unter der Prämisse, sowohl die Kostenziele zu erreichen als auch die Zeit bis zur Markteinführung zu minimieren.

Stetig auf dem Weg in die Zukunft: Erfahren Sie, was es Neues im Bereich (Software) Batterieentwicklung gibt. 

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