Software

Release 2023 R1: Batterie – Von der Zelle zum Pack

Updates und Optimierungen der Simulationslösung von AVL 

Software Release - Battery

In unserem Bereich für Batterielösungen erfahren Sie mehr über die Highlights des aktuellsten Release.

Die Referenzwerte für Austauschstromdichte und Aktivierungsenergie, Elektrodendiffusionskoeffizient lassen sich von den gemessenen Impedanzspektren ableiten. Der EIS-Wizard in CRUISE™ M bietet einen bedienergeführten Parametrierprozess für das Fitting der elektrochemischen Modellparameter. Mehrere Datensätze für unterschiedliche Ladegrade und Temperaturen können von der Option für Messungen heruntergeladen und gefittet werden. Die identifizierten Parameter werden automatisch in die Electrochemical Battery (ECB)-Komponente von CRUISE M übertragen.

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 1: EIS Fitted Exchange Current Density and Consistency with Electrochemical Battery
Abbildung 1: EIS-gefittete Austauschstromdichte und Konsistenz mit der elektrochemischen Batterie

Zusätzlich zu den bereits verfügbaren Degradationsmodellen, die Bildung und Zerfall von Festelektrolytschichten, Metallelektrolytreaktionen und Metallbeschichtung berücksichtigen, kann man mit CRUISE M nun auch die Bildung von gasförmigen Produkten bei der Simulation einbeziehen. Mit dem neuen Modell wird Bildung und Zerfall von Festelektrolyt (primär und sekundär) wie auch Verdampfung, Zerfall und Verbrennung des Elektrolyts simuliert.

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 2: Anode Degradation Simulation and Related Results
Abbildung 2: Simulation der Anodendegradation und damit verbundene Ergebnisse

Der CRUISE™ M Battery User Coding Generator ermöglicht die Simulation benutzerdefinierter Gasbildung.

Um die Batterielebensdauer effizient simulieren zu können, werden in der Regel Fahrzyklen wie zum Beispiel ein Wochenprofil unter Berücksichtigung der jahreszeitlichen Umweltbedingungen fortlaufend wiederholt, um so ein Batterieleben abzubilden. Diese Testszenarien können nun sehr einfach mit dem Battery Tester in CRUISE M erstellt werden. Der Batterietester gibt visuelles Feedback zu den Versuchsaufbauten einschließlich einer Schätzung der größtmöglichen physischen Simulationszeit.
Der Zeithorizont solcher Tests kann von Minuten oder Stunden bis zu Wochen, Monaten oder sogar Jahren reichen. Puls-Tests, Ladevorgänge, mehrfache Pendelfahrten zur Arbeit und langes Parken untertags.

Alle Szenarien können mit dem CRUISE M Battery Tester berücksichtigt sowie einfach geplant und ausgeführt werden.
So können Alterungsphänomene wie eine wachsende oder degradierende Festelektrolytschicht wie auch Lithium-Plating o.a. präzise über die gesamte Lebensdauer einer Batterie hinweg beobachtet werden.

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 3: Battery Tester - setup of week profile and charging task
Abbildung 3: Battery Tester - Aufsetzen von Wochenprofil und Ladeaufgabe

Diese FIRE M-Version enthält eine neue Methode zur Wärmeübertragung zwischen zwei nicht perfekt verbundenen Bauteilen. Die neue Kontaktschnittstelle kann konform oder nicht-konform erstellt werden. Es ist auch möglich, den thermischen Kontaktwiderstand zwischen den beiden Kontaktflächen bei der Simulation zu berücksichtigen. Durch die Verwendung von losen Kontaktschnittstellen wird vermieden, konformes Mehrbereichs-Meshing zu erzwingen, wodurch kleine Spalte zwischen den gekoppelten Flächen entstehen können.

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 4: Small gap at busbars connected using loose contact option
Abbildung 4: Kleiner Spalt bei Sammelschienen mithilfe der Option für losen Kontakt geschlossen

Zusätzlich zu den bereits verfügbaren Optionen "Load steps" und "Profile" ist nun ein formelbasierter Vorgabe der Randbedingungen möglich. Dieser neue Randbedingungstyp kann mit allen verfügbaren Batteriemodellen kombiniert werden (elektrochemisches Modell, elektrothermische Modell und Batemo).

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 5: Temperature and SoC dependent current profile using the formula option
Abbildung 5: Temperatur- und Ladegrad-abhängiges Stromprofil mit der Formeloption

In dieser Version gab es einige Performance-Verbesserungen des zylindrischen Zellmoduls, darunter die Möglichkeit, 3D-Ergebnisse anzuzeigen.

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 6: Battery Module -cCylindrical - time-based 3D results
Abbildung 6: Batteriemodul - zylindrisch - zeitbasierte 3D-Ergebnisse

Es steht eine neue Zellcluster-Methode zur Verfügung, die die Möglichkeit bietet, parallele Zellen zu clustern.

Die Komponente Battery Module in CRUISE M wurde erweitert und kann nun auch den Einfluss von Sammelschienen, die einzelne prismatische oder Pouch-Zellen verbinden, abbilden.

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 1:Battery Module Busbars – Activation, parametrization and results
Abbildung 7: Battery Module Busbars – Aktivierung, Parametrierung und Ergebnisse

Mit dieser Version von CRUISE M wird mit einer neuen Funktionalität, die Teil der Battery Module-Komponente ist, auch die Gasentwicklung abgebildet. Auf der Grundlage einer die Entgasung auslösenden Temperatur und einem gegebenen Massenstrom von Formiergas erstellt das Entgasungsmodell in der Komponente Battery Module eine eigene Gasstromverbindung.

Battery - From Cell to Pack R1 2023 - Figure 8: Venting parameterization and related results
Abbildung 8: Entgasungsparametrierung samt Ergebnissen

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