Battery Simulation Propels Electric Cars In China

Batterijsimulatie stimuleert elektrische auto's in China

Vanwege zijn omvang en bloeiende economie is China nu 's werelds grootste automarkt en voorspellen analisten alleen al in 2012 de verkoop van 20 miljoen auto's. Daarom is de overheid op zoek naar een groener alternatief voor benzine om hun auto's, vrachtwagens en bussen van stroom te voorzien. Hoewel batterij-aangedreven auto's vandaag een klein deel van de markt vormen, zouden hybride auto's in China dit jaar nog steeds meer dan 200.000 moeten zijn. Daarnaast zijn er ongeveer 125 miljoen batterij-aangedreven fietsen op de weg.

Een belangrijk onderdeel van dergelijke voertuigen zijn hun batterijen. Lithium-ioncellen, de technologie die de meeste laptops, mobiele telefoons en andere elektronische apparaten aandrijft, zijn het meest populaire type dat wordt gebruikt in hybride auto's omdat de cellen kleiner en lichter zijn dan alternatieve batterijen. China produceert elk jaar een omzet van $ 3,6 miljard aan lithium-ionbatterijen.

Het Tianjin Institute of Power Sources

Ondanks het wijdverspreide gebruik van lithium-ionbatterijen, zijn er nog steeds enkele zorgen over het risico van mogelijke brandgevaren. Dit probleem aanpakken is het Tianjin Institute of Power Sources, opgericht in 1958, een van de twee nationale laboratoria die betrokken zijn bij het testen en evalueren van batterijen. Het instituut heeft meer dan 1.400 medewerkers, waarvan er ongeveer 400 technisch personeel zijn. Het lab richt zich op standaardonderzoek voor de veiligheid van batterijen en doet ontwerpaanbevelingen, die door veel autofabrikanten worden gevolgd.

Als het gaat om de veiligheid van cellen, spelen veel factoren een rol, maar welke zijn het belangrijkst? Zonder simulaties zou het vinden van het antwoord veel geld en vervelend testen vereisen, terwijl het gevaarlijke experimenten zou herhalen en elk aspect van hen zou willen controleren.

Om het thermische gedrag van de cellen bij adiabatische omstandigheden te simuleren, hebben we een 3D-model gemaakt met 12 positieve elektroden, elk meet 6,5 cm x 5 cm x 5 mm en elk geschat voor ongeveer 1 Ah. De model gekoppelde warmteoverdracht en elektrochemische reacties samen. In ons onderzoek naar nieuwe celtypen steeg de temperatuur eerst langzaam maar ging uiteindelijk over op thermische uitloop (figuren 1 en 2). We berekenden de belangrijkste exotherme pieken en vonden een zeer goede correlatie tussen het model en de experimentele resultaten.

Dankzij het model kan ik de celgeometrie eenvoudiger optimaliseren en het thermische gedrag van de materialen bestuderen, wat belangrijk is voor het begrijpen van de veiligheidsaspecten van de cellen en ook nuttig is bij het ontwerpen van producten. COMSOL-modellen helpen bij het vergroten van het veiligheidsbewustzijn en ook om geld te besparen. Voor een typisch project voeren we meestal honderden experimenten uit, waarvan elk ongeveer $ 300 kost. Dankzij de modellen kunnen we het aantal experimenten terugbrengen tot slechts tien of zo. Zonder simulatie hebben we ook een week nodig om elk experiment te maken en nog een week om het uit te voeren. Met de simulatie kan ik tientallen ontwerpen in uren testen en een of twee veelbelovende exemplaren verzenden voor tests.