Technologie
La simulation fonctionne pour presque tout. Pour les batteries, ce n'était pas le cas.
Modéliser les composants, calculer leur comportement, répondre à la question de conception avant que quoi que ce soit ne soit construit : cette méthode a fait ses preuves dans toute l'ingénierie. Elle échoue sur les batteries pour une seule raison : les modèles de cellule disponibles ne tiennent pas. Cette page explique pourquoi, et ce que nous faisons à la place.
Modèles physiques · paramétrés dans notre propre laboratoire à Karlsruhe
Discutez de votre problématique batterieLa même question de conception a une réponse différente à chaque fois.
Une batterie de smartphone n'a presque rien en commun avec celle d'un véhicule électrique, et aucune des deux ne ressemble à celle d'un outil électroportatif ou d'un stockage stationnaire. La technologie des cellules évolue en outre rapidement. Les exigences diffèrent donc selon l'application et selon l'année, ce qui est exactement la situation pour laquelle la simulation est faite. Voici les questions avec lesquelles nos clients viennent réellement :
- Comment concevoir la cellule de batterie adaptée à mon application ?
- Quelle est la stratégie de charge rapide la plus efficace pour ma cellule ?
- Quelles stratégies opérationnelles prolongent la durée de vie de ma batterie ?
- À quoi ressemble ma conception de pack optimale ?
- Quelle est la meilleure cellule pour moi ?
Deux approches établies, et pourquoi aucune ne suffit.
Il s'agit d'une distinction méthodologique, non d'une affirmation commerciale. Les deux approches présentées ci-dessous sont légitimes et largement utilisées ; chacune présente des limites sur un axe différent, et ce sont ces axes qui comptent au moment de faire votre choix.
| Approche | Comment ça fonctionne | Ce que cela vous coûte | Verdict |
|---|---|---|---|
| Modèles de circuit équivalentECM | Des résistances, des condensateurs et des éléments d'impédance imitent le comportement aux bornes de la cellule. Les paramètres sont des tables de correspondance multidimensionnelles construites à partir de mesures. | La structure du modèle ne correspond pas à la physique de la cellule, et les non-linéarités ne sont pas correctement représentées. Il reproduit les points de fonctionnement sur lesquels il a été ajusté. | Trop imprécis |
| Modèles microstructurauxFEM | La microstructure des électrodes est reconstruite et le système d'équations aux dérivées partielles est résolu spatialement à l'aide d'outils éléments finis. | Mise en place sujette aux erreurs, paramétrage de plusieurs mois, une simulation unique prend généralement des heures, et la validité du modèle reste à votre charge. | Trop complexe, trop lent |
| BatemoBasé sur la physique, mesuré | Tous les processus pertinents à l'intérieur de la cellule sont reproduits : électriques, chimiques et thermodynamiques, couplés, sur des échelles de longueur allant des particules micrométriques aux packs à l'échelle du mètre et des échelles de temps allant des millisecondes aux mois. | Cela nécessite un laboratoire de batteries : des laboratoires de chimie pour le démontage, la fabrication de cellules sur mesure, l'analyse interne et les mesures couvrant toutes les conditions aux limites électriques, thermiques et mécaniques. | En quelques secondes, sur un ordinateur de bureau |
La troisième ligne n'est pas gratuite non plus. C'est simplement un coût que nous portons à votre place. Un modèle basé sur la physique ne vaut que par les mesures à partir desquelles il est paramétré, et c'est pourquoi le laboratoire est la condition de cette approche.
Trois choses, et la combinaison est l'essentiel.
Chacun des trois existe ailleurs. Réunis (un modèle basé sur la physique, des paramètres issus de nos propres mesures et l'expérience de l'avoir fait sur l'ensemble du marché), ils répondent à des questions auxquelles aucun d'eux ne répond seul.
01 Modélisation de batteries
Le modèle décrit la physique, pas la courbe.
Tous les processus pertinents à l'intérieur de la cellule sont reproduits : physiques, chimiques et thermodynamiques, couplés entre eux, dépendants des conditions de fonctionnement et de l'âge. Ils agissent simultanément à des échelles différentes : des particules d'électrode de quelques micromètres jusqu'aux packs mesurés en mètres, des millisecondes aux mois.
02 Paramétrage de batterie
Les paramètres proviennent de notre propre laboratoire.
Des laboratoires de chimie pour le démontage de cellules, la capacité de fabriquer des cellules sur mesure et des analyses en interne. À cela s'ajoutent des mesures sur toute la gamme de conditions aux limites électriques, thermiques et mécaniques, et des méthodes optimisées pour en identifier les paramètres du modèle.
03 Données de batterie
L'expérience couvre l'ensemble du marché, pas un segment.
Des centaines de cellules sont passées par le laboratoire : mesurées sur l'ensemble de la plage de fonctionnement, entièrement démontées et modélisées. Toutes les chimies, toutes les conceptions de cellules, toutes les tailles, tous les secteurs.
Intérieur d'une cellule 21700
Ouverte, couche par couche.
Une cellule cylindrique est composée de quatre couches minces, enroulées et scellées dans un boîtier. Faites défiler pour l'ouvrir. Faites glisser pour la faire pivoter.
- La cellule. Une 21700 : 21 mm de diamètre, 70 mm de long. Nous ouvrons chaque cellule de notre bibliothèque.
- Le can. Sous le boîtier et le capuchon avec la borne positive se trouve l'enroulement.
- Les couches. Une longue bande, enroulée serrée : cathode, séparateur, anode, séparateur.
- Le modèle. Notre modèle physique décrit ce qui se passe dans ces couches : électrochimie, transport et chaleur, sur l'ensemble de la cellule.
Les mêmes modèles constituent une source de données d'entraînement.
Un algorithme fondé sur les données n'est performant que dans la mesure où les données sur lesquelles il a été entraîné le sont. Les données d'entraînement sur les batteries posent un problème spécifique : elles doivent couvrir des conditions de fonctionnement qu'une campagne de tests ne peut pas atteindre dans le temps imparti, sur des cellules neuves et vieillies, et pour chaque type de cellule utilisé. Réaliser ces expériences au moment où les données sont réellement nécessaires est coûteux, lent et généralement impossible.
Un modèle validé basé sur la physique lève cette contrainte. Il s'exécute en quelques secondes dans un backend d'automatisation, de sorte que des milliers de profils d'entraînement peuvent être générés en une nuit. Comme le modèle est physique, il donne aussi accès aux grandeurs internes qu'une cellule réelle ne vous livrera pas, ce qui permet de vérifier un algorithme par rapport à la physique plutôt que par rapport à son propre jeu d'entraînement. Avec la bibliothèque de modèles, la base d'entraînement reste cohérente pour tous les types de cellules dès le premier jour.
Les questions qui l'accompagnent habituellement (état de charge dans des conditions extrêmes, état de santé, la question de savoir si un estimateur généralise tout court) se trouvent sur la page BMS →
« Si vous pouvez nous montrer un autre modèle de cellule de batterie plus précis, nous vous remboursons. »
Tout ce que nous développons doit être aussi rapide, aussi physique et aussi précis que possible. C'est là que nous investissons en conséquence.
Comment la précision est mesurée
Par rapport à des expériences de validation couvrant toute la plage de fonctionnement de la cellule telle que spécifiée par le fabricant, ainsi que des mesures dans les régimes d'interpolation et d'extrapolation que le créateur du modèle n'a jamais observés. Le temps de mesure se répartit en trois parties :
- 50 %
- connu de nous et d'un concurrent
- 25 %
- connu de nous seuls
- 25 %
- connue uniquement du concurrent, pas de nous
Ce dernier quart est ce qui compte vraiment. Un modèle qui ne fonctionne que sur les données choisies par son auteur n'a rien prouvé.
Là où cela est réellement utilisé.
Les mêmes modèles répondent à des questions très différentes selon ce que vous décidez. Chacun de ces cas possède sa propre page, avec les détails correspondants.
- Vieillissement et durée de vie
- Benchmarking de cellules
- Charge rapide
- Conception de cellules de batterie
- Modélisation thermique
- Développement BMS
- Optimisation système
Ou commencez par les produits : voir quel modèle répond à quelle question →
Deux voies possibles.
Si vous avez besoin des données
Consultez les mesures sur lesquelles les modèles sont construits.
Batemo Insights contient le comportement mesuré de chaque cellule de la bibliothèque publique, y compris ce que l'Explorer public ne montre volontairement pas.
Si vous avez besoin de la décision
Soumettez-nous la question sur les batteries sur laquelle vous êtes bloqué.
Un ingénieur qui a mesuré ces cellules lit votre message, pas une boîte aux lettres ni un service commercial qui le transmet.
Ou commencez par les mesures : explorer le Batemo Cell Explorer public →