배터리 모델링 및 설계 솔루션

충전식 에너지 저장 시스템(RESS) 제조

충전식 에너지 저장 시스템(RESS) 제조 공정에는 전문 지식과 전문성이 필요한 여러 단계가 포함됩니다. 설계 단계는 시스템에 필요한 사양을 결정하는 데 중요합니다. 다음 단계는 전극, 분리막, 및 전해질을 밀봉된 용기 내로 주입 및 주입 및 조립하는​ 것을 포함하는, 배터리를 구성하는 개별 셀의 제조를 포함합니다. 이후 모듈 단위에서 보호 케이스 내에 위치한 셀을 조립합니다. 이 모듈은 원하는 전압과 용량을 달성하기 위해 직렬과 병렬의 조합으로 연결합니다. 마지막으로 모듈은 완전한 배터리 팩으로 조립되며, 필요한 사양의 충족 여부를 확인하기 위한 테스트를 거칩니다. 배터리 팩이 필요한 품질 표준을 충족하도록 하려면 품질 관리가 중요합니다.

Hexagon의 솔루션을 통해 엔지니어는 재료, 공정, 성능, 비용 및 품질을 고려하여 생산 프로세스를 가상 공간에서 구현하여 검증할 수 있습니다.

Hexagon 솔루션

• 제조 공정 시뮬레이션을 위한 솔루션
• 제조 응용 분야를 위한 범용 솔루션

배터리 검사 및 개발

자동차 및 기타 전기 자동차(EV)에서 가장 비싸고 안전에 중요한 구성 요소 중 하나는 배터리입니다. 차량 주행거리에 가장 큰 영향을 미치며, 품질이 좋지 않으면 급속한 저하로 이어질 수 있습니다. 현재 리튬 이온 배터리(LIB)는 시장에서 가장 많이 사용되고 있습니다. 최신 배터리 검사 기술을 사용하여 최대의 신뢰성으로 무결성을 보장해야 합니다. 가전제품은 에너지 밀도가 더 높은 배터리를 필요로 합니다. 최근의 사례는 이러한 장치의 안전이 보장되어야 한다는 것을 보여주었습니다.

배터리는 확립된 설계의 생산 외에도 연구에서 중요한 주제입니다. R&D의 과제는 배터리 설계부터 구성품의 미세 구조 특성화까지 다양합니다. 과학자들은 LIB의 양극 및 음극 재료를 최적화하는 것을 목표로 하며 고정 내부 설계가 아직 확립되지 않은 전고체 배터리와 같은 새로운 개념을 탐구합니다.

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• Volume Graphics를 통한 배터리 양극 오버행 분석

양극 오버행 영역 분석으로 가상 분할된 18650 리튬 이온 배터리 셀의 컴퓨터 단층 촬영 스캔

배터리 성능 및 안전성 최적화: 열 관리

배터리 열 관리는 최적의 전기차 성능과 안전을 위해 매우 중요합니다. 20-30 °C의 이상적인 온도 편차의 범위에서 운영하여 효율성과 에너지를 유지하고 기능 저하를 방지합니다. 고온의 상태는은 배터리 수명과 안전을 위협하여, 열 폭주 및 폭발 가능성을 유발합니다. 효과적인 열 관리 시스템을 설계하려면 엔지니어는 CFD 및 1-D 시스템 모델링과 같은 다중 물리 시뮬레이션 도구가 필요합니다. 이러한 도구를 사용하면 설계 옵션, 작동 시나리오 및 시스템 성능에 대한 신뢰를 신속하게 평가할 수 있습니다. 시뮬레이션은 비용 절감이 가능하며 조기에 잘못된 설계를 제거하고 물리적 프로토타입에 대한 의존도를 줄입니다. 향상된 CFD 기법 및 통합 전기화학 모델은 정확한 열 전파 및 냉각 시스템 평가를 보장합니다. 시뮬레이션을 통해 특수 시설이나 배터리 프로토타입 파기 없이 무게와 같은 제약을 고려할 수 있는 시스템 단계에서의최적화가 가능합니다.

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• Cradle CFD: 통합 셀 전기 화학을 활용한 열유체 시뮬레이션
• Elements: 1D 시스템 모델링, FMI/FMU를 통해 3D CFD와 호환
• CoSim: 다중 물리 공동 시뮬레이션
• MSC Nastran: 구조 열 관리를 위한 범용 솔루션
• Marc: 고급 비선형 구조 열 관리를 위한 범용 솔루션

배터리 내구성 및 안전성: 최고의 기능을 위한 시뮬레이션

배터리는 차량에 전원을 공급할 뿐만 아니라 가장 비싼 부품이기도 합니다. 또한, 전 세계 규정에 따라 자동차 제조업체는 최대 10년의 보증 기간을 통해 배터리를 보호해야 합니다. 리콜 캠페인은 엄청난 비용이 들 수 있고 관련 모델뿐만 아니라 OEM의 전체 차량 범위에 대해 잠재 고객의 신뢰를 잃을 수 있으므로, 이러한 요인은 배터리의 내구성에 큰 압박감을 갖게 합니다. 다양한 시뮬레이션 기술을 활용하여 잠재적인 설계 결함을 조기에 발견하는 것이 가장 중요합니다. 이러한 기술은 실제 프로토타입을 활용함에 앞서 배터리를 가장 심각한 진동 및 온도에 대한 노출을 가능케 합니다.. 핫스팟과 약한 연결부를 즉시 식별하고 실제 문제가 발생하기 전에 대응 조치를 취할 수 있습니다.

초기 설계 탐색을 통해 하부의 영향과 같은 기계적 오용과 환기 캡의 수와 위치를 최적화하는 등의 열 측면에서 중요한 구성품의 안전성을 보장할 수도 있습니다.

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• 비전문가도 활용이 가능한 피로해석

통합 디자인: 성능 및 효율성 향상

배터리는 시스템 성능이 여러 하위 시스템과 상호작용 방식에 의존하는 전기 자동차와 같은 복잡한 시스템에 전원을 공급합니다. 시스템 레벨 통합은 개발 주기를 가속화하기 위해 조기 설계 과정에서 적합한 선택을 할 수 있는 핵심 항목입니다. Elements 에서 배터리, 전기, 제어, 열, 기계, 유압 및 더 많은 물리적 영역을 단일 모델로 통합할 수 있습니다. 이러한 모델은 몇 초 만에 전체 드라이브 주기를 실행할 수 있으므로 여러 시나리오를 실행하여 요구사항에 맞는 적절한 파라미터 조합을 찾을 수 있습니다. 부품 설계가 구체화되면 Adams  및 Cradle CFD 의 FMU를 Elements에 통합하여 설계를 검증할 수 있습니다. Elements는 개발 주기의 초기와 최종 단계에서 시스템 통합 요구를 충족시킵니다.

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• 다중 물리 시스템 통합 및 시뮬레이션