Asociate cu tehnologia virtual twin, bateriile pot promova sustenabilitatea, alimentând vehiculele electrice.
Importanța bateriilor
Bateriile sunt esențiale în viața de zi cu zi.
Imaginați-vă o lume fără ele. Am fi încâlciți în fire, fără dispozitive portabile sau mașini electrice.
Inventate la 18 februarie 1745, de către Alessandro Volta, sunt sărbătorite anual de National Battery Day.
Bateriile sunt peste tot și au evoluat semnificativ, de la celule cu electroliți și electrozi, până la pachete de baterii cu elemente structurale și termice.
Viitorul bateriilor este modelat de gemenii virtuali/virtual twin.
Tehnologia virtual twin transformă modul în care bateriile sunt proiectate, testate și optimizate.
Prin simularea mediilor din lumea reală, inginerii pot îmbunătăți performanța și siguranța bateriilor, dezvoltând soluții sustenabile.
Ce sunt gemenii virtuali?
Gemenii virtuali sunt replici digitale, precise din punct de vedere științific. Pornesc de la un model 3D care surprinde forma, dimensiunea și proprietățile unui produs.
Folosind simularea, gemenii virtuali prezintă un ciclu de viață complet și evoluția unui produs sau sistem. În paralel, oferă informații și predicții care ajută inginerii să ia decizii mai bune în inovația tehnologică.
Firmele pot modela, simula și optimiza infrastructuri complexe într-un singur mediu.
Prin simularea virtuală a proiectelor, companiile reduc riscul investițiilor în baterii, permițând luarea unor decizii mai bune și minimizând greșelile costisitoare.
Gemenii virtuali/virtual twin oferă informații în timp real despre performanță, ajutând la abordarea provocărilor.
Totodată, gemenii virtuali joacă un rol esențial în:
- asigurarea existenței unei energii suficiente disponibile, atunci când este nevoie,
- îmbunătățirea fiabilității,
- menținerea costurilor sub control.
Tehnologia virtual twin oferă companiilor o înțelegere profundă a modului în care sistemele funcționează în diverse condiții.
Baterii și virtual twin
Majoritatea bateriilor din prezent sunt fabricate cu electroliți lichizi. Altfel spus, cu un tip de mediu ce conține ioni și conduce electricitatea prin mișcare.
Totuși, cercetătorii explorează diferite căi pentru a îmbunătăți siguranța și performanța bateriilor.
Acum câțiva ani, Vikram Deshpande, profesor de inginerie a materialelor la Universitatea din Cambridge, a explorat înlocuirea electroliților lichizi tradiționali cu un electrolit solid, ceramic.
Schimbarea ar rezolva problema scurtcircuitării bateriilor din cauza litiului din conținutul lor.
Pentru a rezolva problema, Deshpande a apelat la simulare.
Cu ajutorul soluțiilor 3D SIMULIA, a reușit să identifice problemele care afectează performanța bateriilor.
Prin simularea bateriilor cu electrolit solid, Deshpande și echipa sa au descoperit informații cheie despre comportamentul electroliților.
Simularea s-a dovedit a fi un instrument esențial, permițându-le să identifice cele mai bune soluții.
„În ceea ce privește bateriile, simulările ne-au ajutat nu doar în proiectare, ci și în înțelegerea modului în care funcționează lucrurile. Această înțelegere este foarte utilă atunci când încerci să vii cu modele noi.”
Vikram Deshpande
Bateria de hârtie a lui Flint
Deși bateriile sunt esențiale, ele sunt adesea toxice, scumpe și dificil de eliminat în mod sustenabil.
Startup-ul Flint, membru 3D EXPERIENCE Lab, a acceptat provocarea de a crea baterii din hârtie.
Bateriile folosesc un tip de celuloză inginerească, ranforsată cu un hidrogel care funcționează ca separator și electrolit. Totodată, utilizează zinc și mangan pentru a asigura o performanță sigură și fiabilă.
Fiind o baterie pe bază de apă, e sigură la foc și etanșă la scurgeri, dezintegrându-se în șase săptămâni, fără deșeuri nocive.
Flint a folosit platforma 3DEXPERIENCE la proiectare, simulare și producție. Mai exact:
- BIOVIA pentru modelarea materialelor și a chimiei,
- SIMULIA pentru simulări de performanță și siguranță,
- SOLIDWORKS pentru proiectarea flexibilă a bateriilor,
- ENOVIA pentru managementul ciclului de viață și al proiectelor,
- DELMIA pentru scalarea eficientă a liniilor de producție.
Bateria de hârtie de la Flint reprezintă un progres semnificativ în industria bateriilor, oferind o opțiune sigură și sustenabilă. Ea permite stocarea energiei curate și accesibile, fără a dăuna mediului.
Inovația reduce deșeurile toxice, oferind o alternativă sustenabilă la bateriile tradiționale.
Vehicule electrice și baterii
Bateriile sunt componenta principală care alimentează mișcarea unui vehicul electric (VE).
Odată cu creșterea ratei de introducere a VE, bateriile trebuie adaptate și îmbunătățite pentru a asigura siguranța și performanța.
Bateriile sunt de obicei amplasate pe podeaua unui vehicul. Prin urmare, inginerii trebuie să ia în considerare distribuția corectă a greutății, pentru a se asigura că mașina e sigură.
Bateria alimentează mașina pentru condus. Simultan furnizează energie electrică pentru sistemele auxiliare ale vehiculului, cum ar fi sistemul HVAC.
Gemenii virtuali ajută la detectarea potențialelor defecțiuni.
Proiectanții de VE sunt responsabili pentru echilibrarea stării bateriei și a eficienței acesteia la un anumit interval de temperatură, astfel încât bateria să funcționeze cât mai bine.
Dassault Systèmes oferă o tehnologie care permite proiectarea și dezvoltarea bateriilor.
Prin intermediul tehnologiei virtual twin, simulările arată inginerilor:
- cum se deplasează căldura printr-un VE,
- cum e utilizată energia de către sistemul climatic.
Inclusiv companiile miniere globale trec la vehicule electrice cu baterii (BEV), înlocuind mașinile tradiționale pe bază de motorină. BEV-urile reduc poluarea fonică și emisiile.
Pentru a asigura succesul tranziției, companiile miniere trebuie să optimizeze strategiile de încărcare. În contextul dat, simulările virtual twin contribuie la:
- colectarea rapidă și eficientă a datelor,
- respectarea standardelor de raportare și a cerințelor ESG.
Baterii în tehnologia aeronautică
Bateriile sunt mai mult decât niște simple unelte utile. Sunt vitale pentru supraviețuire și siguranță.
Imaginați-vă zburând cu o aeronavă electrică cu baterii în aripi.
VÆRIDION, un producător de aeronave cu sediul în Germania, are ca obiectiv transformarea transportului aerian regional cu aeronave electrice cu baterii. Pachetele de baterii avansate sunt montate în aripi, pentru a alimenta motoarele electrice.
Compania a apelat la platforma 3DEXPERIENCE, abordând provocări care depășesc sfera tradițională a ingineriei aeronautice.
Platforma a accelerat ritmul de lucru al inginerilor. Prin utilizarea capacităților de simulare automată SIMULIA, au fost reduse, încă din faza de proiectare, sarcinile manuale, consumatoare de timp.
Capacitățile gemenilor virtuali au permis echipei să simuleze și să testeze diverse amplasări ale bateriilor, optimizând instalarea și mentenanța.
La rândul său, Elysian Aircraft, cu sediul în Olanda, redefinește transportul aerian cu o aeronavă de mari dimensiuni și zero emisii.
Scopul? Oferirea unei soluții electrice, cu emisii zero, pentru 50% din toate zborurile programate la nivel mondial.
Cei de la Elysian Aircraft își dezvoltă în prezent aeronava emblematică, E9X, un avion cu 90 de locuri, alimentat de baterii, capabil să zboare peste 800 de kilometri cu o singură încărcare. Iar platforma 3DEXPERIENCE joacă un rol esențial în proces.
Prin utilizarea virtual twin, Elysian a optimizat designul aeronavei sale.
Pentru a obține compoziția ideală a bateriei, compania a apelat la platformă ca să:
- simuleze performanța diferitelor materiale,
- evalueze impactul caracteristicilor critice de siguranță, cum ar fi modurile de defecțiune.
La construirea primei aeronave electrice cu baterii, Elysian a avut nevoie de instrumente și parteneri care să se potrivească ritmului lor ambițios. Dassault Systèmes a fost soluția.
Platforma 3DEXPERIENCE a permis testarea virtuală a performanței bateriei la:
- diferite temperaturi,
- cicluri de încărcare,
- rate de descărcare.
În paralel, a maximizat:
- densitatea energiei,
- durata de viață,
- fiabilitatea.
Abordarea inovatoare a:
- redus risipa de materiale,
- scurtat termenele de dezvoltare,
- minimizat costurile.
Viitorul bateriilor și al tehnologiei virtual twin
Bateriile și gemenii virtuali vor alimenta dispozitivele noastre, deschizând totodată calea către un viitor sustenabil și conectat.
Cu ajutorul simulării și a gemenilor virtuali, inginerii pot explora modalități inovatoare de a îmbunătăți bateriile.
Pe măsură ce tehnologia continuă să avanseze, combinația dintre baterii și gemenii virtuali va impulsiona inovația în toate industriile, creând un viitor mai curat și mai eficient.
Dacă vă sunt utile articolele noastre, nu ezitați să vă abonați la newsletter.