Die Entwicklung von Batterien für Elektrofahrzeuge und die Welt des Profifußballs liegen in einigen Punkten ziemlich nah beieinander meint ein Artikel auf dem Blog von SIMULIA. Ohne ein Zusammenwachsen der Einzelspieler zu einer Mannschaft bzw. ohne disziplin- und standortübergreifende Zusammenarbeit in der Supply Chain, kann das Spiel nicht gewonnen werden. Das Bild ist tatsächlich stimmig, finden wir.
Die Elektromobilität krempelt augenblicklich die Automobilbranche um. Die Entwickler von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sehen sich einem Verschwimmen der Grenzen des Automobilbaus gegenüber, denn der Elektromotor ist, ganz anders als das Herzstück Verbrennungsmotor, ein Zukaufteil. Sind die neuen Stars der Branche damit die Batterieentwickler? Und zwar sowohl beim Auto, als auch bei anderen Fahrzeugtypen zu Lande, zu Wasser und in der Luft?
Bis zum Jahr 2030 sollen sich die Umsätze mit Elektrofahrzeugen um das fünfzehnfache erhöhen. Dementsprechend wird die Mehrheit der Fahrzeuge, die derzeit in der Entwicklung sind, von Elektromotoren angetrieben. In dem Maße, in dem die Bedeutung der Elektrofahrzeuge steigt, steigt die Wichtigkeit der Batterieentwicklung.
Batterien lassen sich jedoch nicht völlig autark entwickeln, es ist eine ganze Palette von Disziplinen, Skillsets und Partnerfirmen erforderlich, um leistungsstarke, zuverlässige und leichte Batterien entwickeln zu können. Die Elektrofahrzeughersteller brauchen eine Mannschaft, womit wir wieder beim Teamgedanken im Sport wären, denn die Hersteller müssen entlang einer langfristigen Strategie in einer kooperativen Teamarbeit mit spezialisierten Partnerfirmen zusammenarbeiten, um die besten technischen Batterien und Elektrofahrzeuge auf den Markt zu bringen. Dieses Team muss auch unter Druck erfolgreich agieren und das Spiel für sich entscheiden können und zwar in jedem Prozessschritt.
Innovationen in der Batterietechnologie, beispielsweise die Li-Ionen-Technologie und die kommenden Solid-State-Lösungen sind erfolgskritisch. Sie müssen schnell und ohne Reibungsverluste entwickelt, zur Serienreife gebracht und in die Lieferkette integriert werden. Innovation ist an dieser Stelle auch ein absolutes Muss, denn die Batterie macht heute bis zu 50 Prozent der Kosten eines Elektrofahrzeugs aus.
Um Batterien zu verbessern und Kosten zu senken, müssen die fünf wichtigsten Akteure bei der Batterieentwicklung als Team spielen. Die Basis legt der Material Designer der Batteriezelle, der Einblicke in das Verhalten der Elektrode auf der Nanoebene gewinnt und die Eigenschaften des Elektrolyts prognostiziert, um Zellmodelle zu parametrisieren. Diese Erkenntnisse spielen den Ingenieuren der Batteriezelle für die Zell-KPIs für Energie, Lebensdauer und Sicherheit bei Optimierungen per multidisziplinärer Simulationen in die Hände. Strukturelle Integrität und das optimale Wärmemanagement von Batteriemodul und Pack zu gewährleisten ist Ansatzpunkt der Spezialisten auf diesem Feld. Es folgt der Batteriemanagement-System-Designer, der Betriebsstrategien für die Batterie und ihre Hilfssysteme simuliert und implementiert sowie Überwachungsalgorithmen zum Monitoring des Batterieverhaltens entwickelt. Batteriesystemtechnik und der Fahrzeugintegratoren, die die Leistung des Batteriesystems im Zusammenspiel mit dem Gesamtfahrzeug für eine Vielzahl von Szenarien und Betriebsbedingungen optimieren vervollständigen die Kette.
Der Ablauf muss perfekt funktionieren, denn die Leistungserwartungen an Batteriesicherheit, Langlebigkeit, Kosten, Ladeleistung und Ladezeit sind hoch. Die Kundenerwartungen stehen dem nicht nach. Elektrofahrzeuge müssen erschwinglich sein und eine große Reichweite abdecken, schnell aufgeladen werden können, und ebenso sicher, langlebig und belastbar wie traditionelle Verbrennungsfahrzeuge sein, um die breite Masse zu erreichen.
Dassault Systèmes bietet über verschiedene Anwendungen die Möglichkeit die einzelnen Elemente zu verbinden:
– BIOVIA ermöglicht das Erforschen von Grundstoffen für sichere, langlebige Batterien auf molekularer Ebene zur Materialoptimierung.
– CATIA hilft bei der Vorhersage des Leistungs- und Alterungsprozesses der Batterie auf Systemebene, von der Zelle bis zum Kontext des Gesamtfahrzeugs.
– Die Optimierung von Wärmemanagement, Brandschutz, Überhitzung und Energieeffizienz der Elektrofahrzeug-Batterie kann über SIMULIA abgebildet werden.
– Die Analyse der Batterieintegration in andere Systeme des Fahrzeugs kann in CATIA und mit den Lösungen der jüngsten Dassault Systèmes Akquisition NoMagic auf Systemebene (z.B. Elektroantrieb, HVAC und Fahrzeugelektronik) sowie SIMULIA auf der detaillierten Modellebene (z.B. Crashsicherheit, Fahrdynamik) durchgeführt werden.
Die Elektromobilität bringt im Bereich Batteriemanagement einige Disziplinen zusammen. In Zukunft wird es sicher noch in vielen weiteren Bereichen darum gehen, die Wissenschaft der digitalen Welt zu nutzen, um spezielle technische Lösungen anzubieten. Die 3DEXPERIENCE kann dabei verbindendes Element sein und Dassault Systèmes ist als starker Partner der Automobilindustrie auch im Bereich eMobility gut aufgestellt und vernetzt, wie bereits einige Kundenbeispiele zeigen. Mehr zu den Möglichkeiten und Lösungen finden Sie auch hier: go.3ds.com/TrustTheDrive. Den Referenzbericht über das eMobility Start-up Kreisel Electric finden sie hier.
Quellen:
- “Global EV Outlook 2018”, International Energy Agency
- http://www.ev-volumes.com/country/total-world-plug-in-vehicle-volumes/
- “In-depth: eMobility 2018”, Statista Mobility Market Outlook – Trend Report
- https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/02/f8/eveverywhere_blueprint.pdf
Dieser Artikel erschien zuerst im englischsprachigen Original auf dem Blog von Simulia.
