Seit ihrer kommerziellen Einführung in den frühen 1990er Jahren haben sich Lithium-Ionen-Batterien als die populärste Form der wiederaufladbaren Energiespeichertechnologie auf dem Markt für tragbare Elektronik und Elektrofahrzeuge herausgebildet. Die leichten Lithiumverbindungen, aus denen die Elektroden bestehen, haben im Vergleich zu anderen Batterietypen eine hohe spezifische Energie (Wattstunden / Kilogramm). Herkömmliche Konstruktionsmethoden erfordern viel Aufwand mit Versuch und Irrtum, um Prototypen zu entwickeln und schließlich ein brauchbares Produkt zu schaffen. Zusätzlich zu CFD-Strömungssimulationen erfordert ein kompletter Batterieentwicklungsprozess Zugriff auf verschiedenste Simulationsansätze, einschließlich Strukturanalyse, Elektronik und Systeme. Batterie-Systeme mit großer Langzeitstabilität und Leistungsfähigkeit sind eine Grundvoraussetzung für die Erreichung künftiger CO2-Ziele.
Herausforderungen an den Lithium-Ionen-Akku:
- Kosten – effizienter Materialeinsatz bei optimaler Leistungsfähigkeit
- Lebensdauer – Sollte bei möglichst kleiner Verringerung der Ladekapazität die Lebensdauer des Geräts halten
- Kapazität – Das Gerät mit ausreichend Strom versorgen, bis ein Ladevorgang erforderlich ist
- Sicherheit und Haltbarkeit – Batterien speichern viel Energie und können explodieren!
- Optimierte thermische Belastung und Temperaturverteilung über verschiedene Belastungszyklen
- Gewichtsoptimierung bei Erhaltung von Leistungsfähigkeit, Festigkeit und Lebensdauersicherheit
- thermische Strömungssimulationen unter Betrachtung der Temperaturverteilung zur optimalen Auslegung von Kühlszenarien
- Festigkeits- und Lebensdauerbewertungen für Crash-Szenarien
- Entwicklung von Leichtbauszenarien
- Optimale Batterie-Systeme mit großer Langzeitstabilität und Leistungsfähigkeit