Ein automatisierter Ansatz zur Überbrückung von Tool-Lücken und zur Verbesserung von Leistungsmetriken
Optimierung des Akkupack-Designs
Erfahren Sie, wie eine einheitliche Methodik für die Entwicklung von Akkupacks die Lücken zwischen den vorhandenen Tools schließt und eine effiziente Optimierung von Kennzahlen wie Energiedichte, Lebensdauer, Sicherheit und Kosten ermöglicht.
Challenge
Die moderne Batteriesystemtechnik bewegt sich an der Schnittstelle mehrerer anspruchsvoller Ziele, wobei jeder Parameter seinen eigenen Einfluss auf die Gesamtleistung und Effizienz der Konstruktion ausübt. Die Ingenieure stehen vor der gewaltigen Herausforderung, die Energiedichte, quantifiziert als kwh/kg, zu optimieren, die Langlebigkeit in Jahren oder Betriebszyklen zu gewährleisten, höchste Sicherheitsstandards einzuhalten und all dies innerhalb definierter Kostenparameter zu erreichen.
Batteriesystemingenieure stehen vor der vielschichtigen Aufgabe, verschiedene Ziele miteinander in Einklang zu bringen: Energiedichte (kwh/kg), Lebensdauer (Jahre oder Zyklen), Sicherheit und Kostenfaktoren. Die derzeitigen Toolchains können diese Parameter nicht gleichzeitig auf mehreren Ebenen berücksichtigen, was zu fragmentierten und sequenziellen Arbeitsabläufen führt. Aktualisierungen von CAD-Werkzeugen sind angesichts der Komplexität der Komponenten oft zeitaufwändig und schränken somit schnelle iterative Prozesse ein. Darüber hinaus erfordern Konstruktionsänderungen häufig manuelle Eingriffe durch CAE-Fachleute, da es keine robuste Assoziativität gibt, was die Dauer der Rückmeldung verlängert.
Lösung
Synera ist als umfassende Softwareplattform konzipiert, die ein effektives Toolpaket für die Entwicklung von Batteriepacks bietet, wobei die Integration von Design, CAx und zeitnaher KPI-Auswertung im Vordergrund steht. Im Wesentlichen vereinfacht Synera nicht nur den komplexen Batterieentwicklungsprozess, sondern beschleunigt ihn, fördert die Innovation und sichert einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt.
Entdecken Sie die Feinheiten unserer integrierten Arbeitsabläufe, die sorgfältig entwickelt wurden, um den Entwicklungsprozess für die Entwicklung von Akkupacks zu rationalisieren:
- Phase des Zell-/Blockdesigns: Der grundlegende Input sind die Daten der verschiedenen Batteriezellen. Anstatt sich jedoch mit granularen Entwurfsspezifika zu befassen, steuert der Ingenieur den Arbeitsablauf von einem strategischen Standpunkt aus, indem er Einschränkungen und Ziele, insbesondere in Bezug auf Kapazität und Spannung, festlegt Anhand dieses Rahmens wird eine methodische Versuchsplanung (Design of Experiments) eingeleitet, die darauf abzielt, die am besten geeignete Blockgröße und -konfiguration zu ermitteln. Das Ergebnis ist die optimale Blockgeometrie.
- Optimierung des Packens: In dieser Phase werden die Spezifikationen festgelegt, die später für das Design der Batteriemodule und -packs verwendet werden. Es wird versucht, die optimale Anzahl der Module und ihre räumliche Positionierung innerhalb des breiteren Rahmens des Batteriepackdesigns zu definieren. Diese Phase wird durch die Erkenntnisse aus der vorangegangenen Blockgeometrie bereichert. Folglich wird ein anschließendes Design-Experiment durchgeführt, bei dem die optimale Blockanzahl pro Modul ermittelt wird. Ein fortschrittlicher Verschachtelungsalgorithmus hat dann Vorrang, um die optimale Packungsstrategie zu ermitteln. Das Ergebnis dieser Phase ist ein detailliertes Verständnis der Modulabmessungen, ihrer spezifischen Ausrichtung und der genauen Positionierung im gesamten Designraum des Batteriepacks.
- Moduldesign und Optimierung von Funktionen: Der Arbeitsablauf befasst sich mit einer detaillierten Untersuchung des Moduldesigns. Im Mittelpunkt steht dabei die Integration einer Kühlplatte, die durch eine rigorose thermische Analyse unterstützt wird. Auf der Grundlage der Daten aus den vorangegangenen Phasen ermöglicht der Arbeitsablauf schließlich die Montage (Zellen, Blöcke, Kühlplatte) des fertigen Batteriemoduls, das in das endgültige Pack-Design integriert werden kann.
- Packungsdesign und Strukturoptimierung: Das Hauptziel ist die Fertigstellung des Packungsdesigns. Dies beinhaltet die Integration von Aspekten wie der Strukturanalyse, der Optimierung des Gewichts und der Anordnung der endgültigen Kabelverlegung. Um dies zu erreichen, werden vorhandene Daten, wie z. B. die Konstruktionsparameter des Batteriepacks und die vormontierten Module, berücksichtigt. Auf der Grundlage dieser Daten wird eine Reihe von Finite-Elemente-Analysen (FE) durchgeführt. Diese Analysen beinhalten modale Auswertungen und untersuchen die Eignung verschiedener Materialien, wie Aluminium und Verbundwerkstoffe, um tiefere Einblicke in die optimale Materialwahl zu erhalten. Leichtbaumethoden, insbesondere die Topologieoptimierung, werden nahtlos mit externen Tools wie Altair OptiStruct integriert. Im weiteren Verlauf des Designs sind iterative CAD-Verfeinerungen unerlässlich. Diese Verfeinerungen umfassen automatische Rekonstruktionen auf der Grundlage der Ergebnisse der Topologieoptimierung und einen robusten parametrischen Design-Workflow, der die Genauigkeit und Integrität des Designs gewährleistet. Der Synera-interne Path Finder-Algorithmus ergänzt diesen Prozess und rationalisiert die komplizierte Aufgabe der Modulkabelverlegung. Zum Abschluss dieser Phase wird ein umfassender Überblick über die wichtigsten Leistungsindikatoren (Key Performance Indicators, KPIs) gegeben, wobei Metriken wie Spannung, Strom und Komponentengewicht hervorgehoben und die Auswirkungen jeder Designentscheidung auf diese primären Metriken erläutert werden.
Mehr über diesen Arbeitsablauf
Vorteile
Integrierter Entwurf und Analyse
Schnelle KPI-Bewertung