El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de los EE.UU., General Motors LLC, ANSYS y eSim están trabajando conjuntamente para diseñar baterías de iones de litio mejores, más seguras y de mayor duración para vehículos eléctricos. El resultado de este trabajo ha llevado a la inclusión en serie de modelos de baterías en la última versión del software ANSYS Fluent.
Durante los dos últimos años y medio, el equipo trabajó en el proyecto CAEBAT (diseño informatizado de baterías para vehículos eléctricos) financiado por el Departamento de Energía de los EE.UU., combinando los modelos de batería existentes y los nuevos en el software de simulación de ingeniería con el objetivo de acortar los ciclos de diseño y optimizar las baterías, aumentando su rendimiento, seguridad y vida útil.
El equipo trabajó en gestión térmica, electroquímica, transporte de iones y flujo de fluidos. Como resultado, ANSYS Fluent cuenta ahora con un modelo de batería estándar. La función de Fluent ayuda a los desarrolladores de baterías a acortar el ciclo de diseño-construcción-pruebas que requiere la generación de prototipos y la fabricación de baterías.
Al utilizar un enfoque único pionero del NREL, un laboratorio del Departamento de Energía de los EE.UU., los colaboradores han integrado distintas escalas físicas de batería (electrodos, celdas, paquetes y el completo del vehículo) y múltiples fenómenos físicos (electroquímico, térmico, fluidos, estructural), factores que han supuesto un obstáculo importante en la simulación efectiva de baterías. Además, el equipo ha combinado tecnologías establecidas en el campo de la simulación 3D detallada con simulación a nivel de sistema. Asimismo, incrementó el alcance de la tecnología asegurando que estas nuevas herramientas pueden interactuar con los actuales y futuros modelos de batería.
Durante el resto del año 2014, el equipo perfeccionará las técnicas de automatización y simulación para las pilas y paquetes de baterías, y seguirá validando los modelos con ensayos experimentales. Los colaboradores planean implementar los modelos de ciclo de vida y abuso (como el sobrecalentamiento).
También se incorporará el modelo multi-partícula de NREL, capaz de modelar mezclas de materiales activos con diferentes tamaños de partículas. A nivel de paquetes, la simulación está más avanzada con los innovadores modelos de orden reducido, derivados y calibrados por los modelos a nivel de celda y cuidadosamente validados a través de experimentos, todos diseñados para permitir un equilibrio entre la fidelidad del modelo y el coste informático. Estos esfuerzos contribuyen al desarrollo de una batería completa y las herramientas de diseño a nivel de paquetes estarán disponibles en las próximas versiones del producto.
General Motors subcontrató a ANSYS la creación de herramientas de software de baterías que ayuden a acelerar el desarrollo de la nueva generación de baterías para vehículos eléctricos. Este proyecto conjunto del Departamento de Energía de los EE.UU. es resultado de la búsqueda de competitividad a través del NREL, y fue presentado a General Motors en 2011.
La actividad es parte del EV Everywhere Grand Challenge del Departamento de Energía de EE.UU., gestionado por la oficina de eficiencia energética y energías renovables.