Hexagon a annoncé le lancement d’une nouvelle solution de conception de cellules de batterie exploitant à la fois la technologie de simulation électrochimique de l’Institut de recherche mathématique Fraunhofer ITWM et les logiciels de simulation de matériaux et de métrologie multiphysiques d’Hexagon.
Développer une nouvelle cellule de batterie est un processus à la fois complexe et long. La recherche et le développement impliquent des procédures laborieuses, notamment l’établissement d’un plan d’expérience (DoE) et de simulations basées sur les premiers principes pour explorer de nouvelles configurations électrochimiques. Ces théories sont ensuite soumises à des tests physiques en laboratoire. Chaque étape de fabrication de ces cellules peut influencer non seulement le taux de rejet, mais également leurs performances finales.
La nouvelle solution de conception de batteries électrochimiques d’Hexagon intègre le solveur de l’outil de simulation de batterie et d’électrochimie (Best) de Fraunhofer ITWM dans la suite Digital Materials d’Hexagon pour permettre l’exploration multiphysique des conceptions de cellules en tenant compte des effets des processus de batterie. fabrication.
Ce « laboratoire virtuel » présente des avantages en termes de coûts et de productivité. Son interface utilisateur permet de modéliser la microstructure des électrodes jusqu’à l’ensemble cellulaire complet (électrolyte, séparateur, matière active, liant, collecteur de courant) à partir d’une bibliothèque intégrée de matériaux de batterie.
Les clients peuvent également explorer l’impact des changements dans les propriétés des matériaux et la microstructure de la batterie, entre autres, sur l’amélioration des performances (efficacité énergétique, durée de vie, protocoles de charge optimaux) grâce à la sélection de matériaux et de configurations appropriés, y compris la distribution granulométrique et la distribution du liant carbone. .
Examiner l’impact des processus de fabrication sur la microstructure cellulaire, y compris la capacité de rétro-ingénierie de la structure interne des cellules fabriquées à partir d’un scanner et du puissant logiciel de métrologie 3D VGStudio Max d’Hexagon, ainsi que l’étude du vieillissement des batteries et des implications en matière de sécurité de la conception des cellules pour établir un protocole de charge optimal pour le système de gestion de la batterie sont également concernés.
« La conception et le développement de cellules présentent des défis majeurs en raison de la complexité du choix entre les matériaux, la conception électrochimique, la conception mécanique et les processus de fabrication. Jusqu’à présent, une grande partie de ce processus complexe reposait sur des cycles d’essais et d’erreurs, mais grâce à notre partenariat avec Fraunhofer ITWM, nous sommes convaincus que nous pouvons aider les équipes de R&D à améliorer les performances des conceptions de cellules de batterie et à les développer plus rapidement grâce au retour rapide de prototypes », explique Guillaume Boisot, directeur senior du département matériaux & plateformes chez Hexagon.
Subham Sett, vice-président de l’unité Multiphysique chez Hexagon, ajoute : « Les performances et la qualité des batteries sont des différenciateurs compétitifs, en particulier sur le marché automobile. Nous avons investi dans notre gestion thermique et nos simulations d’emballement. Avec ce nouvel ajout, nous sommes convaincus de pouvoir aider les fabricants à acquérir une vision plus globale de ces interactions multiphysiques à mesure qu’ils redéfinissent le processus de conception. »
« Nous avons bénéficié d’une excellente collaboration technique pour intégrer notre solutionneur de batteries électrochimiques – Best – au logiciel innovant de modélisation de matériaux d’Hexagon. Désormais, nous sommes impatients de contribuer à faire progresser plus rapidement les innovations en matière de batteries grâce à ce processus de simulation complet », remarque Jochen Zausch de l’Institut Fraunhofer ITWM.
La nouvelle solution de conception de batteries électrochimiques intègre le meilleur solveur de Fraunhofer ITWM avec le logiciel de modélisation du comportement des matériaux d’Hexagon, Digimat, qui fait partie de la suite HxGN Digital Materials. Grâce à son interface utilisateur, les utilisateurs peuvent simuler l’électrochimie de la microstructure, de l’électrolyte, du séparateur, du matériau actif, du liant et du collecteur de courant d’une cellule pour les configurations courantes de cellules lithium-ion, ainsi que les produits chimiques des batteries au zinc et au sodium, en utilisant des techniques de modélisation électrochimique avancées de Fraunhofer ITWM.
Digimat comprend une bibliothèque de propriétés de matériaux courantes qui peuvent être étendues dans le logiciel ou à l’aide des logiciels de gestion de données sur les matériaux MaterialCenter et Materials Connect d’Hexagon. Les microstructures peuvent être importées à partir de tomodensitogrammes à l’aide de VGStudio Max ou créées directement dans Digimat.
De plus, les équipes de conception de batteries peuvent appliquer leur modèle de microstructure développé dans Digimat pour étudier plus en détail les propriétés mécaniques. Le comportement des matériaux à l’échelle macroscopique peut être évalué à l’aide d’un élément de volume représentatif (RVE), qui étend la capacité du modèle pour les analyses structurelles de la cellule, en intégrant un modèle de matériau Digimat simplifié au logiciel d’analyse mécanique approprié. Les ingénieurs mécaniciens peuvent ainsi évaluer les performances mécaniques du « jelly roll » pour optimiser la conception mécanique et la sécurité de la batterie en fonction des propriétés précises du matériau.
