Warum die Revolution von Elektrofahrzeugen eine Weiterentwicklung von Batterien erfordert
Für die Elektrofahrzeuge von morgen bedarf es einer revolutionären Batterieinnovation ‒ leichter, leistungsfähiger und nachhaltiger, und das in noch nie dagewesenem Umfang.
Die nächste Stufe in der Batterieentwicklung
Der Übergang bei elektrochemischen Energiesystemen von der Bleibatterie zur Lithium-Ionen-Batterie hat die Entwicklung von Elektrofahrzeugen entscheidend vorangebracht. Doch die Reise ist hier noch nicht zu Ende. Die Energiespeichersysteme von morgen müssen leichter sein, eine höhere Energiedichte aufweisen und weitaus nachhaltiger sein, wenn eine industrieweite Elektrifizierung stattfinden soll.
Die Hochleistungsbatterie der Zukunft muss nicht nur modernste Spezifikationen aufweisen, sondern auch schnell auf den Markt gebracht werden können. Allein in den USA wird die Nachfrage nach Fahrzeugbatterien zwischen 2021 und 2022 um 80 % steigen.
Die Fertigungskapazitäten müssen einen Gang höher geschaltet werden.
Batterietechnik, neu energetisiert
Diese Anforderungen haben erhebliche Auswirkungen auf jeden Schritt der Batteriewertschöpfungskette, von der Zellinnovation bis zu den Gigafabriken für die Batterieproduktion. Die Entwicklung wirklich innovativer Batterietechnologien ist eine komplexe und vielschichtige Herausforderung ‒ ganz gleich, ob es darum geht, neue Prozesse zu definieren, neues Know-how zu entwickeln oder neue Anlagen zu bauen.
Dassault Systèmes steht bereit mit einem umfassenden Angebot an multiskalierbaren, multiphysikalischen virtuellen Zwillings- und Simulationslösungen. Diese Lösungen helfen Batterieunternehmen, diese komplexe Herausforderung zu bewältigen. Von der Entwicklung neuer Werkstoffe bis hin zur Großserienfertigung geben wir Batterieherstellern die Informationen und Fähigkeiten an die Hand, die sie benötigen, um effektive Veränderungen zu definieren und umzusetzen.
Verbindungen herstellen: Den Herausforderungen der Batterieherstellung in einer "Elektrofahrzeuge zuerst"-Welt auf den Grund gehen
Die Batterieproduktion an die Anforderungen des Marktes für Elektrofahrzeuge anzupassen, wird weitreichende Veränderungen erfordern. Wie bei den Modulen auf einer Leiterplatte ist jedoch jeder Punkt der Batteriewertschöpfungskette mit jedem anderen Punkt verbunden. Wenn wir einen Punkt ändern, wirkt sich das auf alle anderen aus, von den Chemieunternehmen und Raffinerien bis hin zu den Automobilherstellern. Um Veränderungen in einem so komplexen und vernetzten System zu ermöglichen, braucht es Transparenz und Flexibilität, die überall gegeben sein müssen.
Hier untersuchen wir drei Szenarien, die drei zentrale Herausforderungen widerspiegeln, denen sich die Branche Fahrzeugbau und Mobilität heute gegenübersieht:
Q&A mit unseren Batterieexperten
Wie lassen sich die Probleme, die sich auf Ihr Batterieunternehmen auswirken, am besten lösen? Unsere Experten beantworten die am häufigsten gestellten Fragen von Batterieherstellern:
Das große Thema heute ist das Streben nach Verbesserungen bei gleichzeitiger Wahrung und Erhöhung der Sicherheit von Batterien. Die Entwicklung und Optimierung der Zellchemie wird den Weg zu diesem Ziel ebnen, und wir sehen ständig neue Durchbrüche - wie Lithium-Schwefel-Batterien oder Festkörperelektrolyt-Batterien - die versprechen, sicherer zu sein und gleichzeitig eine höhere Energiedichte zu erreichen.
– Lalitha Subramanian, Senior Director and Fellow, BIOVIA
Simulationen sind in der Lage, komplexes Verhalten bereits ab der atomaren Ebene zu modellieren, und tragen so entscheidend zur Entwicklung sicherer und leistungsfähigerer Batterien bei.
- Molekulardynamiksimulationen helfen den Forschern bei der Identifizierung von Materialien, die die nächste Generation leistungsfähiger, widerstandsfähiger und kostengünstiger Batterien antreiben werden.
- Finite-Elemente-Modellierungstechniken ermöglichen Entwicklern die Analyse von Spannung, Dehnung und Wärmeverteilung innerhalb von Batteriezellen und die Entwicklung robuster, thermisch effizienter Zellen.
- Mikrostruktursimulationen ermöglichen es Entwicklern Elektrolyt, Alterung, Sicherheit und Leistung von Batterien zu optimieren.
- Simulationen auf Systemebene modellieren ganze Batteriepacks, von den Wechselwirkungen zwischen einzelnen Zellen und Batteriemanagementsystemen (BMS) bis hin zu Degradationsmechanismen.
Durch den reduzierten Prototypenbau und die Optimierung der „Right First Time“-Methode können wir außerdem Batterien der nächsten Generation produzieren und gleichzeitig Kosten senken sowie Markteinführungszeiten verkürzen.
– Rudy Pastuzak, Battery Industry Solution Experience Director, ENOVIA
Eine der größten Herausforderungen für die Batterielieferketten wird die Deckung der sprunghaft ansteigenden Nachfrage nach wichtigen Materialien wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Kupfer sein, vor allem, wenn neue Minen nicht schnell genug eröffnet werden – es kann nämlich mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis eine neue Mine in Betrieb genommen wird. Langfristige Partnerschaften werden für die Sicherstellung einer ausreichenden Versorgung von entscheidender Bedeutung sein. Das kann die Eröffnung neuer Minen bedeuten. Andere wiederum beginnen, sich ernsthaft mit dem Recycling zu befassen, nicht nur aus Gründen der Nachhaltigkeit, sondern auch als Quelle für Batteriewerkstoffe.
– Nicolas Vallin, Battery Expert, Transportation & Mobility Industry
Die Batteriezellenfabrik der Zukunft wird sehr groß sein und mehrere tausend Quadratmeter einnehmen. Das menschliche Mitwirken wird sich stark reduzieren, die Maschinen werden weitgehend automatisiert funktionieren, und autonome, fahrerlose Fahrzeuge (AGVs) werden weit verbreitet sein, sodass ein Betrieb rund um die Uhr möglich ist. Digitale Lösungen wie virtuelle Zwillinge werden dem Bediener die Entscheidungsfindung erleichtern und neue Funktionen wie vorausschauende Wartung, Fernüberwachung, intelligente Parametereinstellung oder intelligente Inline-Steuerung ermöglichen.
– Simon Mellier, Industry Process Consultant, DELMIA
Einer der Hauptvorteile virtueller Zwillinge bei der Entwicklung von Batterien besteht darin, dass sie eine effektive Zusammenarbeit zwischen den ansonsten getrennten Teilen der Wertschöpfungskette ermöglichen.
- Entwickler und Werkstofflieferanten können an einem einzigen Modell der Batteriefabrik zusammenarbeiten.
- Maschinenbauer und die Konstrukteure von Batteriezellen können technische Modelle gemeinsam nutzen und das Hin und Her zwischen verschiedenen Konstruktionsteams reduzieren.
- Prozessingenieure und Produktingenieure können die Durchführbarkeit der Produktion bewerten, den fehlerfreien Betrieb auf Anhieb sicherstellen und die Zeit bis zur Serienreife reduzieren.
- Betriebsleiter können durch die Kombination von Modell- und Betriebsdaten Echtzeittransparenz herstellen und betriebliche Probleme erkennen und beheben.
– Simon Mellier, Industry Process Consultant, DELMIA
Simulation ermöglicht das virtuelle Testen verschiedener Fertigungsparameter, wie z. B. Elektrodenbeschichtung, Elektrolytmischung und Zellmontage, und kann die optimalen Bedingungen für eine gleichbleibende Qualität und Leistung ermitteln. Simulationen können auch zur Schulung von Mitarbeitern eingesetzt werden, um das Qualifikationsniveau zu erhöhen, die Einarbeitung zu beschleunigen und die Gesamtproduktivität zu verbessern. All dies kann zu besserer Qualität, höheren Erträgen, gesteigerter Effizienz sowie weniger Abfall und Kosten führen, was den Batterieherstellern einen Wettbewerbsvorteil verschafft.
– Rudy Pastuzak, Battery Industry Solution Experience Director, ENOVIA
Die Herstellung wirklich nachhaltiger Batterien ist eine komplexe und vielschichtige Aufgabe. Wer ein nachhaltiges und kreislauforientiertes Batterieunternehmen aufbauen will, muss:
- Materialien mit minimalen ökologischen und politischen Auswirkungen auswählen.
- Die Energieeffizienz optimieren, um Ressourcenverbrauch und Abfall zu begrenzen.
- Die Lebensdauer von Batterien verlängern, um die Entsorgung und den Austausch zu reduzieren.
- Bei der Konstruktion auf eine einfache Demontage und Regeneration der Komponentenwerkstoffe achten.
- Den Einsatz von recycelten Batterien in weniger anspruchsvollen und kritischen Anwendungen fördern.
- Die Beachtung von Regelungen wie dem Batteriepass sicherstellen.
– Lalitha Subramanian, Senior Director and Fellow, BIOVIA
All diese Herausforderungen erfordern eine klare Sicht auf das Produkt, die Fabrik und die Lieferkette. Virtual Twin Experiences bieten Batterieherstellern die nötige Transparenz, um erfolgreiche Kreislaufkonzepte für den gesamten Lebenszyklus von Batterien zu entwickeln.
– Nicolas Vallin, Battery Expert, Transportation & Mobility Industry
Beschleunigte Batterieentwicklung durch digitale Lösungen
Auf den nachfolgenden Tabs erfahren Sie, wie die Lösungen von Dassault Systèmes dazu beitragen können, ein Batterieproduktions-Ökosystem für die Zukunft von Elektrofahrzeugen zu schaffen.
Innovationsmanagement im Bereich Batteriewerkstoffe
Erfahren Sie, wie die BIOVIA-Lösungen von Dassault Systèmes Batterieherstellern dabei helfen können, Forschung und Entwicklung im Bereich der Zellchemie zu organisieren, ihre Daten zu integrieren, Werkstoffe zu verwalten, Entwicklungszyklen für Rezepturen zu verkürzen und die Produktivität um 40 % zu steigern.
Beschleunigen und optimieren Sie die Entwicklung von Hochleistungsbatterien
Simulation kann dabei helfen, Batterien für Elektrofahrzeuge intelligenter und schneller zu entwickeln. Erfahren Sie von Dassault Systèmes, wie Sie virtuelle Zwillinge einsetzen können, um die Reichweite, Leistung, Langlebigkeit und Sicherheit Ihrer Hochleistungsbatterien der nächsten Generation zu optimieren.
Innovation in der Batteriezellenfertigung entfesseln
Entdecken Sie, wie DELMIA MOM, unsere vollständig integrierte, skalierbare und nachhaltige Plattform für das Management von Produktionsabläufen, Batterieherstellern dabei helfen kann, die Belastbarkeit, Flexibilität und Fertigungseffizienz ihrer Prozesse zu erhöhen und den weltweiten Boom von Elektrofahrzeugen zu bedienen.
Lösen Sie das Batterie-Recyclingproblem
Sind Sie bereit, die Komplexität des Batterierecyclings in den Griff zu bekommen? Erfahren Sie, wie die Virtual Twin-Technologie auf einer zentralen Plattform der Batterieindustrie dabei helfen kann, wertvolle Materialien sicher zurückzugewinnen und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck zu verringern.
Die Herausforderungen im Detail
Erfahren Sie, wie wir Sie dabei unterstützen können, Ihre Herausforderungen im Batteriedesign zu meistern, egal in welchem Bereich
Unsere Kunden
Erfahren Sie, wie unsere Kunden aus dem Bereich Fahrzeugbau und Mobilität Hochleistungsbatterien zur Realität werden lassen.
Entdecken Sie unsere Branchenlösungen
Finden Sie heraus, wie unsere Branchenlösungen Unternehmen dabei helfen können, die Batterieentwicklung zu beschleunigen ‒ von der Zellinnovation bis hin zum Gigafactory Scale-up.