无需等待下一个原型的电池电芯设计

在任何人动手制造之前,先预见设计变更的影响。

电池电芯设计是指通过设定电极厚度、载量、颗粒尺寸和几何形状,以达到能量、功率、充电时间和寿命方面的目标。Batemo Cell Designer 以您最新电芯的验证模型为起点,计算数千种变体,从而仅将最优设计推进至原型阶段。在一项实际研究中,功率密度提升了约 30 %。

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一个精确到电极颗粒级别的电芯模型,以及数千种计算设计变体,并突出显示最优方案。

电池电芯设计:现状与 Batemo Cell Designer 的对比

目前,每个设计方案都需要制作原型,而原型制作往往耗时数月。借助 Batemo Cell Designer,设计研究可优先进行,只有已达到目标的设计方案才会进入原型阶段。

一位 Batemo 工程师在显示扫描电子显微镜下电极颗粒图像的屏幕旁准备样品。
该设计研究以真实电芯为起点,特性表征深入至电极颗粒层级。
  1. 当前

    从原型开始每一个想法。

    电极完成涂布、电芯完成组装和化成后,才能看到变更所带来的效果。

    使用Batemo Cell Designer

    从实际出发。

    Batemo 为您最新的电芯、电极或材料构建物理模型,并阐明其内部过程。在此经过验证的基础上,您可以更换电极、改变电解质或调整任意设计参数。

    您的收益: 现实作为起点,从而确保预测结果的可靠性

  2. 当前

    每年尝试几种方案。

    您能测试的方案数量取决于一年内能完成多少个原型。大部分设计空间始终无法探索。

    使用Batemo Cell Designer

    探索完整的设计空间。

    每家电芯制造商在材料和工艺上各有所长。Batemo Cell Designer 可在数秒内计算您技术的数千种变体,让您清晰了解其真实极限所在。

    您的收益: 完整空间对您的技术进行全面探索,而非抽样

  3. 当前

    较晚发现设计权衡。

    更厚的电极可提供更多能量,但在大电流下表现更差。功率目标在下一个原型阶段宣告失败。

    使用Batemo Cell Designer

    兼顾所有目标。

    能量、功率、充电时间、寿命、成本和安全性针对每种设计同步计算,因此 Batemo Cell Designer 能找到它们之间的最佳平衡。在一项实际研究中,功率密度提升了约 30 %,而能量密度基本保持不变。

    您的收益: 最优所有目标的综合平衡,例如在相同能量密度下功率密度提升 +30 %

  4. 当前

    等待目标格式。

    早期原型为扣式电芯或单层软包电芯。设计在最终圆柱或软包电芯中的实际表现,只有在该规格制造完成后才能得知。

    使用Batemo Cell Designer

    提前预测目标规格。

    从早期单层或扣式电芯原型出发,Batemo Cell Designer可预测目标规格下的设计性能,帮助您尽早确定研发方向。

    您的收益: 早期从首批原型即实现目标形态的性能

  5. 当前

    以实际方案回应客户需求。

    客户提出目标,而寻找合适电芯意味着更多原型机和更长周期。

    使用Batemo Cell Designer

    将需求转化为电芯设计。

    输入客户目标,Batemo Cell Designer 将在您的技术范围内找到最优设计方案。

    您的收益: 数周从客户需求到电芯设计,无需数月

  6. 当前

    孤立地评估某种材料。

    新材料在半电池中完成测试,其对成品电芯或终端用户系统的影响,往往要在很久之后才能显现。

    使用Batemo Cell Designer

    面向终端用户进行开发。

    在极早期阶段对下一代材料进行建模,了解其在成品电芯乃至整个系统中的表现。Batemo 覆盖从材料到系统的完整链路。

    您的收益: 关键所在从材料到系统,面向终端用户

Batemo工程师在橙色玻璃墙前讨论电芯设计草图,墙上标注有能量、功率和设计参数。

每个参数影响每个目标

厚度、孔隙率、硅含量:每个设计参数都会同时影响能量、功率、充电时间和使用寿命。Batemo Cell Designer 在第一个原型制造之前即可计算出各项权衡结果。

您自己的设计周期有多长?

前三个数字描述您的项目,可由您自行修改。在"计算方式"中,您可找到我们对自身工作所做的四项假设,每项均附有来源说明。

  • 基准电芯255 Wh/kg · 1,945 W/kg
  • 设计变体
  • 设计目标
  • 342个样本电芯
示意图:围绕您的起始电芯探索各种设计方案。
周
%

从0 %开始,即刻启动,全部节省空间尽在前方。

计算方法4 个固定假设

若无模型,设计冻结前的时间取决于剩余迭代次数乘以每次迭代所需的周数。有了模型,迭代以计算方式进行:一次性模型开发,加上每次迭代的设计工作,再加上对仍需实物验证部分的验证成本。若计算结果长于全部实物制造的时间,计算器将取两者中较短的一项——一个不值得启动的模型并不构成优势。

在 Batemo 进行一次模型开发
8 周
Batemo电池工程师的工作数据。
每次迭代的数字化设计工作量
1 周
Batemo电池工程师的工作数据。
每次迭代的验证
4 周
Batemo电池工程师的工作数据。
迭代仍经过物理验证即使引入仿真,仍需进行实物制造与实际测试的迭代比例。
40 %
Batemo电池工程师的工作数据。

一名身穿蓝色手套的实验室工程师将样品托盘放入扫描电子显微镜。
每一个进入原型阶段的设计方案都需要数周时间来构建。经过验证的模型可以帮助判断哪个方案值得优先构建。

关于电池电芯设计的问题

什么是电池电芯设计?

电池电芯设计是选取构成电芯各项参数的过程,例如尺寸与几何形状、极片厚度与载量、孔隙率、颗粒尺寸、电解液、层结构及极耳布局。其目标是同时达成能量、功率、充电时间、使用寿命和成本等多项指标。由于每项选择都会影响其他参数,这项工作因此常被称为一门艺术。

电极厚度如何影响能量和功率?

较厚的极片单位面积容量更大,因此电芯可存储更多能量。代价是大电流下的性能:离子传输路径更长,电芯在负载下容量损失更多。面容量因此是电芯设计师首先确定的参数,几乎所有权衡都围绕它展开。

仿真能否替代电芯设计中的原型制作?

它替代的是大多数试制环节,而非最后一次。您针对有意义的参数变化开展仿真研究,制造下一个原型,进行验证,然后重复迭代。只有仿真结果已经合理的设计才会进入原型阶段。最终设计始终在真实电芯上完成验证。

为何不使用微观结构有限元模型进行电芯设计?

这些方法在原理上可以回答相关问题。但在实践中,参数化需要数月时间,单次仿真运行也需数小时。此外,您还必须自行确保模型的有效性——相信我们,这是一项艰巨的工作。而您的目标是设计电芯,而非验证模型,对吗?因此,整个流程对于需要数千次变体迭代的设计循环而言过于缓慢且容易出错。基于物理的 Batemo Cell Model 配合 Batemo Cell Designer 可在数秒内完成运算,从而解决上述问题。

Batemo Cell Designer的精度如何?

Batemo Cell Designer 以 Batemo Cell Model 为基础构建。在 198 个已验证电芯中,Batemo Cell Model 的中位偏差为 0.8 %,该数值通过与验证实验对比得出。Batemo Cell Designer 继承了这一精度,但随着设计偏离已验证起点的程度增大,其精度会有所下降。这并非问题:每当预测精度趋于下降时,您可构建下一个原型,对其进行验证并重复上述流程。

开启下一个电芯设计的两种方式

如果您需要做出决策

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