Was ist neu in SIMULIA 2023x – Multiphysik und Batteriesimulation

Denjenigen, die unsere Blogbeiträge „Was gibt's Neues“-Reihe verfolgt haben, ist das neue Thema vielleicht aufgefallen. Bei Multiphysics-Updates hatten wir immer etwas zu berichten, bei Battery gab es jedoch nie ein Update. Dies ist größtenteils auf die Einbeziehung von BIOVIA in unser gesamtes Workflow-Angebot zurückzuführen, die die Batteriesimulationsmöglichkeiten auf ein völlig neues Niveau gehoben hat. Kommen wir nun zur Batterie.

• Reise zur Batterieelektrochemie 2022xFD02

Das Bild zeigt die Verbesserungen der Multiphysics-Kopplung für verschiedene Versionen. Das Ziel dieser Kopplungen ist zweierlei: die Einführung einer stärker gekoppelten Physik für Batterien und mehr Freiheitsgrade wie die Konzentration von Ionen und Feststoffpartikeln.

Vorteile: Die Porosität von Elektroden ändert sich aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion aktiver Partikel in der Elektrode. Dieses Phänomen wird im Schritt der verstärkten Verdrängung und des Porendrucks erfasst. Aufgrund der Porositätsänderung ändert sich die Elektrolytdichte in verschiedenen Bereichen, wodurch ein Druckgradient im Elektrolyten innerhalb der Elektrode entsteht. Dies löst eine strukturelle Reaktion in der Elektrode sowie einen Elektrolytfluss aus. Es wird notwendig, den Ionenfluss zusammen mit dem Elektrolyten einzufangen. All dies wird durch die Kopplung des Porendruckschritts mit verstärkter Verdrängung und des thermischen elektrochemischen Schritts modelliert.

• Lithium-Metall-Batterien 2022xFD02

Diese Batterien haben eine nicht poröse Anode, während die Kathode und der Separator porös sind. Die Grenzflächenreaktion zwischen Anode und Separator wird mithilfe der oberflächenbasierten Ladungsübertragungskinetik modelliert.

• Erweiterung der Elementbibliothek 2023xFD01

Folgende Elemente wurden hinzugefügt: QEC3D4, QEC3D6, QEC3D8R

Die ersten beiden sind Tetraeder- und Prismenelemente für komplexe Geometrie. Das dritte ist ein reduziertes Integrationsbausteinelement für eine schnellere Lösung. Es ist möglich, die Bereiche der Batterie zu definieren, in denen keine Elektrochemie auftritt, und diese mit herkömmlichen Elementen wie 3D-Wärmespannung, Schalen und Kontinuumsschalenelementen zu modellieren.

• Umfangreiche Ausgabebibliothek 2022xFD02

Gesamt- und Teilmodellvariablen, Ausgaben auf Partikelebene im Mikromaßstab und Ausgaben auf Makroabschnitten wurden wie folgt hinzugefügt:

• Kontaktverbesserungen 2022xFD02

Elektrische Leitfähigkeit im Zusammenhang mit festen und flüssigen Grenzflächen.

*ELEKTRISCHE LEITFÄHIGKEIT DER LÜCKE, TYP=FEST/FLÜSSIG

Diffusion von Lithiumionen über eine Kontaktschnittstelle

*SPALTDIFFUSIVITÄT, TYP = IONENKONZENTRATION

*GAP Heat Generation zur Modellierung zusätzlicher Wärmeerzeugungsquellen aufgrund von Widerständen.

• TIE-Verbesserungen 2022xFD02

Herkömmliche Bindungen im Abaqus-Standard wurden verbessert, um unerwünschte DOFs selektiv zu deaktivieren. Auch für die sekundäre Ankerfläche wurden neue Ausgabevariablen eingeführt.