Dünya devi Hexagon, çoklu fizik malzeme simülasyonu ve metroloji yazılımı
teknolojisini Fraunhofer ITWM'nin teknolojisi ile birleştirerek batarya geliştirme
süreçlerini hızlandıran yeni bir elektrokimyasal simülasyon çözümü geliştirdi.
Yeni nesil batarya tasarımına hız ve verimlilik getiren yazılım, Ar-Ge aşamasındaki
pahalı ve zaman alan laboratuvar testlerini azaltıyor ve gelişmiş batarya
teknolojilerinin keşif sürecini hızlandırıyor. Bu yeni çözüm ile gerçekleştirilen
sanal tasarımlar, hücre yapılarındaki en küçük değişimlerin bile performansa olan
etkisini kolayca analiz etme fırsatı sağlarken, dijital ikiz teknolojisi üretim
süreçlerini optimize ederek maliyetleri düşürmeye yardımcı oluyor.
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’39;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.
A-Ge ekipleri prototiplerden hızlı geri bildirim alacak
Hexagon Malzeme ve Platformlar Kıdemli Direktörü Guillaume Boisot, yeni
teknolojiye ilişkin şu açıklamada bulundu: “Hücrelerin tasarımı ve geliştirilmesi;
malzemeler ve elektrokimyasal 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.”
“Termal yönetim ve sızıntı simülasyonlarımıza yeni bir teknoloji ekledik”
Hexagon Multifizik Başkan Yardımcısı Subham Sett ise şu ifadelerde bulundu:
“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.”
Mükemmel teknik iş birliği
Fraunhofer ITWM'den Dr. Jochen Zausch ise, "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
genişletilebiliyor. Bu şekilde makine mühendisleri, doğru malzeme özelliklerine dayalı
olarak bataryanın mekanik tasarımını ve güvenliğini optimize etmek için “the jelly roll”
mekanik performansını değerlendirebiliyor.
