BESTmicro und BESTmeso
Für das Verhalten einer Batteriezelle sind neben den Materialparametern auch ihre geometrischen Parameter relevant. Hierbei handelt es sich um ein multiskaliges Problem, da sowohl die Mikrostruktur der Elektroden (z. B. Partikelgrößen und -anordnung) wie auch die makroskopischen Abmessungen (z. B. Schichtdicken oder Ausdehnung) Einfluss nehmen.
Für beide Ebenen bietet BEST mit seinen Modulen BESTmicro und BESTmeso die passende Lösung an. In beiden Fällen wird das Batterieverhalten voll dreidimensional berechnet, um die geometrischen Faktoren möglichst korrekt abbilden zu können.
BEST berechnet hierbei nicht nur den zeitlichen Verlauf der Zellspannung für einen gegebenen (Ent-)Ladestrom. Es ist vielmehr möglich auch komplexere zeitabhängige Lasten und CC/CV-Phasen zu betrachten und dafür das Verhalten der virtuellen Zelle zu untersuchen. Die berechneten zeitlich und räumlich variierende Ionen- und Potenzialverteilung erlaubt ein detailliertes Studium der beobachteten Effekte. Durch Kopplung mit thermischen oder mechanischen Effekten oder durch Berechnung des Li-Plating-Risikos bietet BEST auch im Hinblick auf Alterungsberechnung eine solide Grundlage.
BESTmicroFFT reduziert Rechen- und Speicheraufwand
Simulationen, die die dreidimensionale Mikrostruktur der Elektroden berücksichtigen, sind wegen der notwendigen feinen räumlichen Diskretisierung aufwändig. Sie nehmen mit BESTmicro auf gängigen Workstations zum Teil einige Tage Rechenzeit in Anspruch. Abhilfe schafft in vielen Standardfällen nun das neuentwickelte Modul BESTmicroFFT. Dieser neue Löser basiert ähnlich wie der ITWM-Mechaniklöser FeelMath auf einer Fouriermethode (FFT) und ist mit deutlich reduziertem Rechen- und Speicheraufwand zur Simulation im Einsatz. Je nach Anforderungen entscheiden die User nun zwischen den beiden Micro-Lösern.
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM