2024年11月13日 Hexagon發布消息與Fraunhofer ITWM合作
這次的合作結合 Fraunhofer ITWM 的電化學模擬技術與 Hexagon 的多物理場材料模擬和計量軟體，加速新電池單元的研發計劃。模擬軟體: Digimat。
Hexagon 與 Fraunhofer ITWM 攜手推出全新模擬解決方案，亮點搶先看：
- 全新軟體幫助研發團隊模擬新電池設計的電化學性能，不僅減少昂貴的實驗測試，還能加速進階電池技術的開發。
- 虛擬設計探索讓研究人員更容易了解電池單元（或稱電池芯, battery cell）的內部結構，如顆粒大小、形狀和表面積的變化，如何影響性能表現。
- 透過數位雙生(digital twin)技術，製造商能掌握製程對電池品質和性能的影響，降低試錯成本，提升效率。
Hexagon 宣布推出一款全新的電池設計解決方案，結合 Fraunhofer ITWM 的電化學模擬技術和 Hexagon 的多物理場材料模擬與計量軟體，大幅加速新電池單元的研發進程。
設計並將新電池產品推向市場是一項複雜且耗時的任務。從研發初期開始，需利用實驗設計（DoE）和第一原理模擬來探索全新的電化學設計，接著透過實驗室中的反覆試驗（trial and error）進行實體測試。而電池製造過程的每一個步驟，除了可能影響廢品率，也會對電池性能帶來直接影響。
Hexagon 的新型電化學電池設計解決方案，將 Fraunhofer ITWM 的電池和電化學模擬工具 （BEST, Battery and Electrochemistry Simulation Tool ） 求解器，整合到 Hexagon 的數位材料套件(Digital Materials suite)中，對電池單元設計，提供高效率的多物理場探索，同時考慮製造過程的影響。
這種「虛擬實驗室」不僅能降低成本，還能大幅提升效率。使用者只需透過一個簡單的介面，就能從內建的電池材料庫中進行操作，從電極的微觀結構到完整電池組裝（包括電解液、隔膜、活性材料、黏合劑和集電器），都能輕鬆建模，甚至探索材料特性和電池微觀結構變化所帶來的影響，包括：
- 選擇合適的材料與配置（例如，微粒分佈和碳粘合劑的均勻性），能有效提升性能表現，如提高能源效率、延長使用壽命並優化充電策略。
- 分析製造過程對電池單元微觀結構的影響，並利用 Hexagon 的 VGSTUDIO MAX 3D 計量軟體，通過 CT 掃描進行內部結構的逆向工程。
- 研究電池老化和電池單元設計對安全性的影響，以制定出最適合的充電管理策略。
材料與平台部門資深總監 Guillaume Boisot 表示：「設計和開發電池充滿挑戰，因為需要在材料與電化學設計、機械結構設計和製造過程之間找到平衡。過去，這個複雜的過程通常依賴反覆試驗。不過，透過與 Fraunhofer ITWM 的合作，我們相信可以協助研發團隊設計出性能更優越的電池單元，並透過快速的原型回饋，加速開發進程。」
Hexagon 多物理場副總裁 Subham Sett 說：「電池的性能和品質是取得競爭優勢的關鍵，尤其在汽車市場。我們對熱管理和熱失控模擬的投資，加上新功能的加入，將幫助製造商在設計階段更早期、更全面地了解這些多物理場的交互作用。」
Fraunhofer ITWM 的 Dr. Jochen Zausch 表示：「我們非常高興能與 Hexagon 展開卓越的技術合作，將備受信賴的 BEST 電池電化學求解功能融入其創新的材料建模軟體中。這項全面的模擬工作流程，將加速電池創新的步伐。」
這項新解決方案將 Fraunhofer ITWM 的 BEST 求解器整合至 Hexagon 的 Digimat 材料行為建模軟體，該軟體是 HxGN Digital Materials 套件的一部分。使用者可以透過單一介面，運用 Fraunhofer ITWM 的先進電化學建模技術，模擬電池芯的微觀結構，包括電解質、隔膜、活性材料、粘合劑，以及常見的鋰離子電池配置，還有鋅電池和鈉電池的化學特性。
Digimat 提供了一個通用的材料屬性資料庫，使用者可以直接在軟體中擴展資料，或透過 Hexagon 的 MaterialCenter 和 Materials Connect 等材料數據管理工具進一步使用。此外，微觀結構可以透過 VGSTUDIO MAX 從 CT 掃描影像匯入，也可以直接在 Digimat 中建立。
對於電池設計團隊，他們可以利用在 Digimat 中開發的微觀結構模型，深入研究材料的機械性能。使用 Representative Volume Element (RVE) 模型，可以在巨觀尺度上評估材料行為，並將簡化的 Digimat 材料模型嵌入其他力學分析軟體，提升對電池單元結構的分析能力。藉由這種方法，機械工程師能夠評估電池芯捲（Battery jelly roll）的機械性能，並以精確的材料屬性為基礎，優化電池的機械設計與安全性。
內容來源: Hexagon and Fraunhofer ITWM accelerate new battery design with electrochemical simulation solution