BEST – Batterie- und Elektrochemie-Simulationstool

Das Batterie- und Elektrochemie-Simulationstool (BEST) ist unsere Softwareumgebung für die physikbasierte, dreidimensionale Multiskalensimulation von Lithium-Ionen-Batterien.

Im Gegensatz zu phänomenologischen Ersatzmodellen bedeutet »physikbasiert«, dass wir den Ionen-, Ladungs- und Energietransport durch physikalische Gesetze beschreiben, die als partielle Differentialgleichungen formuliert sind, siehe Workflow. 

Mehr Informationen zum Simulationsmodell finden Sie in diesen Publikationen:

• G. Less, J. H. Seo, S. S. Han, A. M. Sastry: Micro-Scale Modeling of Li-Ion Batteries: Parameterization and Validation, J. Electrochem. Soc. 159 (2012) A697-A704
• A. Latz and J. Zausch: Thermodynamic consistent transport theory of Li-ion batteries, Journal of Power Sources 196 (2011) 3296–3302

Unsere Stärke ist es, diese Art der Modellierung mit speziell entwickelten, effizienten numerischen Lösungsverfahren zu kombinieren, die in unserem eigenen Softwareprodukt BEST in C++ implementiert sind.

Mit BEST bieten wir ein Simulationstool zum:

• Prognostizieren der Zellleistung
• Virtuellen Zelldesign auf mikroskopischer Elektrodenebene (z.B. Optimierung des Bindemittelgehalts und der Bindemittelverteilung) und auf makroskopischer Zellebene (z.B. Zellformat oder Tab-Größe und Platzierung)
• Optimieren von Ladestrategien
• Analysieren begrenzender Faktoren, z. B. durch Ratentests oder elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
• Untersuchen von Alterungs- und Degradationsphänomenen, z. B. Wachstum der Solid Electrolyte Interphase (SEI), mechanische Alterung, Lithium-Plating
• und vieles mehr

Der Einsatz von BEST ist nicht auf die oben genannten Anwendungen beschränkt. Wir erweitern BEST kontinuierlich weiter und passen es an die individuellen Bedürfnisse der Unternehmen an.

Besondere Merkmale und Projekte

• Anoden auf Siliziumbasis: Spannungshysterese, Elektrodenausdehnung und mechanische Degradation (Projekte DEFACTO und ALIB)
• Vorhersage der Wärmeerzeugung (Projekt TopBat) und Analyse von Innenwiderständen
• Elektrochemische Degradation (Projekte structur.e und MULTIBAT)
• Elektrodenstrukturierung und elektrochemische Impedanzspektroskopie (Projekte ABBA-VEEB, structur.e, und Cell-Fi)
• Kopplung mit virtueller Fahrzeugsimulation (Projekt MultiskalenBEV)

Kopplung mit anderen Software-Tools:

• Zum Beschreiben des mechanischen Zellverhaltens und der ladungszustandsabhängigen Elektrodenausdehnung kombinieren wir die Stärken von BEST und unserem effizienten Strukturmechanik-Solver FeelMath.
• BEST ist zudem im Modul BatteryDict der GeoDict Software unseres Spin-Offs Math2Market verfügbar. Dort ist es vollständig eingebettet in die GeoDict Funktionen zur Mikrostrukturgenerierung, zum Import von Mikro-Computertomographien und zur Strukturanalyse.
• Durch das Bereitstellen einer Bibliotheksschnittstelle nutzen wir BEST in unserer virtuellen Fahrzeugsimulationsumgebung VMC.