WARUM MULTIPHYSIK? Während für erste Konzeptbewertungen undRelativvergleiche separate Simulationen ausreichend sind, ist für die wesentlichen Erkenntnisse zum optimalen Batteriedesign ein ungleich komplexeres, nämlich multiphysikalisches Simulationsmodell notwendig. Es erlaubt Temperaturen in der Batterie unter realistischen Nutzungsbedingungen ganzheitlich zu betrachten und vorherzusagen: So werden Hotspots vermieden, Wärme optimal verteilt oder Ladevorgänge beschleunigt – alles Schlüssel für die optimale Performance. Vereinfacht dargestellt setzt sich das Multiphysik-Gesamtmodell für das Batteriepaket aus drei Teilmodulen zusammen: Auf System- ebene miteinander gekoppelt tauschen sie während der Berechnung Eingangs- und Ausgangsdaten aus. • Ein elektrisches Ersatzschaltbild modelliert die Wärmeerzeugung in jeder Zelle als Funktion der Zellentemperatur und des Ladezustands. • Die resultierenden Verlustleistungen werden in ein thermisches Modell eingespeist, das die Temperaturverteilung innerhalb des Akkus berechnet. • Das dritte Teilmodul basiert auf den Ergebnissen einer CFD-Analyse zur 15 S I MU LATI ON – CAD FEM JOU RNAL ELEKTRISCH-THERMISCHE SIMULATION DER TRAKTIONSBATTERIE ELEKTRISCHES MODELL: Wärmeerzeugung in den Zellen 3D-FEM-MODELL: Hitzeverteilung im Akku CFD-ERGEBNISSE: Wärmeabfuhr durch Konvektion und Strahlung Grafik: Gekoppeltes Multiphysik-Modell in Ansys TwinBuilder Bestimmung der Wärmeabfuhr durch Konvektion und Strahlung aus dem Batteriegehäuse. Beherrschbar wurde diese äußerst komplexe Berechnung durch die Extraktion eines reduzierten Modells mit erheblich weniger Freiheitsgraden. Die Lösung wurde so mit einem vernachlässigbaren Verlust an Genauigkeit drastisch beschleunigt. ZUVERLÄSSIGE VORHERSAGE UNTERSCHI EDLICHER SZENARI EN Die Entwicklungsarbeit hat sich gelohnt: Empirische Versuche bestätigen die Genauigkeit der vorhergesagten absoluten Werte aus der Batteriesimulation. Auf das virtuelle Batteriepack ist also Verlass: Es vereinfacht den KTM-Ingenieuren modellübergreifend eine detaillierte Sicht auf komplexe physikalische Vorgänge in und um die Batterie: Mögliche Probleme werden früh aufgedeckt und beseitigt, nicht auf den ersten Blick erkennbare Potenziale erkannt und ausgeschöpft, Entscheidungen bei wichtigen Konstruktionsfragen schneller und zuverlässig getroffen. KTM und CADFEM verbindet eine sehr lange Partnerschaft. Schon vor über 10 Jahren wurde die Zusammenarbeit und die Nutzung von Ansys Simulationen im F&E-Team etabliert. Außer für die Beschaffung von Soft- und Hardware setzt KTM auch bei Ausbildung und Support der Anwender auf CADFEM. KTM UND CADFEM Bilder: KTM • Wie die KTM-Ingenieure technisch vorgegangen sind, • wie sie die riesigen Modelle dank Reduced-Order-Modelling- Technologie (ROM) in den Griff bekommen haben und • wie der Battery-Wizzard Toolkit in Ansys zur Entscheidungsfindung beigetragen hat, lesen Sie auf SIMULATION- JOURNAL.COM/KTM
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