„Wer jetzt in Simulation investiert, hat einen Innovationsvorsprung“

Autor: Die Redaktion

Veröffentlicht am 16.09.2022

Seit mehr als 35 Jahren ist das Unternehmen CADFEM aus Grafing bei München in der Simulation von Ingenieuranwendungen aktiv. Können solche Marktangebote die Entwicklung von Batterien beflügeln? „Wir haben Innovationssprünge erlebt, die ohne die Nutzung von Simulation gar nicht möglich gewesen wären oder viel länger bis zur Serienfertigung gebraucht hätten“, sagt Dr. Jorge Carregal-Ferreira, Produktbereichsleiter bei der CADFEM Germany GmbH. Während das etwa für die Reduzierung der Entwicklungszeit von leistungsfähigeren Autos bis hin zur Optimierung und Markteinführung von Smartphones und anderen elektronischen Geräten gelte, müsse die heutige Batterietechnologie „wesentlich leistungsfähiger, kostengünstiger und nachhaltiger werden, damit sie die hohen Erwartungen erfüllt. Auch hier braucht es also in kurzer Zeit einen Innovationssprung in allen Dimensionen.“

Battery-News.de: Welche Simulationswerkzeuge sind für Batteriehersteller besonders interessant – und welche Vorteile haben Unternehmen, die jetzt mit dem Einsatz von Simulationen beginnen?
Ferreira: Die Wahl des Simulations-Tools ist von der Fragestellung abhängig, die der Anwender lösen möchte. In der frühen Phase der Batteriefertigung stehen primär Materialbehandlungsprozesse im Vordergrund. Hier eignet sich die Partikelsimulation auf Basis der Diskrete-Elemente-Methode (DEM), mit der etwa die Arbeitsschritte Zerkleinern, Mischen und Kalandrieren optimiert werden können. Bei Trocknungs- und Wärmebehandlungsprozessen ist oft zusätzlich die Strömungssimulation (CFD) das Mittel der Wahl. Im Betrieb werden auch elektromagnetische Simulationen notwendig sein. Außerdem sind immer wieder mechanische Strukturanalysen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) vonnöten. In allen Fällen können Unternehmen durch den Einsatz des richtigen Simulations-Tools die Entwicklungszeit beschleunigen und die Produktqualität verbessern. Dafür gibt es mittlerweile zahlreiche Belege.

Battery-News.de: Welchen konketen Beitrag kann CADFEM im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien leisten?
Ferreira: CADFEM ist kein Unternehmen, das sich auf die Batterieentwicklung spezialisiert hat. Wir sind Expertinnen und Experten im Bereich „Simulation“ und können unsere Kunden hinsichtlich der Einführung und Anwendung des passenden Tools beraten und auch mit Consulting-Projekten unterstützen, um die Simulation effektiv zu implementieren und einzusetzen. Unsere Stärke ist unser fundiertes Verständnis der Physik und wie die Simulation genutzt werden kann, um diese abzubilden. Damit können wir die Grundoperationen auch bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien besser verstehen, Varianten durchspielen und Prozesse optimieren. Zusammen mit unseren Kunden entwickeln wir auf Basis ihrer Anforderungen eine simulationsbasierte Vorgehensweise, um die notwendigen Entwicklungs- und Fertigungsprozesse zu verbessern. Kurzum: Unsere Kunden sind die Batterieexperten und wissen, wo sie hin wollen. Wir sind die Simulationsexperten, die dabei unterstützen, innovative Ideen schneller zu realisieren.

Battery-News.de: Wohin entwickelt sich die Zukunft der Simulation und welche Herausforderungen im Zusammenhang mit der Batterieentwicklung müssen angegangen werden?
Ferreira: Wir beobachten verschiedene Trends bei der Nutzung der Simulation. Zum einen können immer komplexere Multi-Physics-Probleme simuliert werden, so dass die Simulation für immer mehr Anwendungen genutzt werden kann. Zum anderen findet eine Demokratisierung der Simulation statt – das heißt: Immer mehr Ingenieurinnen und Ingenieure setzen Simulation als Teil ihrer Arbeit ein, weil die Nutzung der Software und das Datenmanagement immer benutzerfreundlicher werden. Hinzu kommt, dass wir heute auch Live-Simulation anbieten können, die schnelle Entscheidungen auf Konstruktionseben ermöglicht. In allen Fällen liegt eine Herausforderung darin, dass die Ergebnisse der Simulation mit experimentellen Daten validiert werden, damit das Vertrauen der Anwender gewährleistet ist. Daher unterstützen wir Hochschulinstitute bei deren Forschungsprojekten, um neue Modelle zu entwickeln und diese auch zu validieren.

„Die Einführung der Simulation ist nicht nur eine technische, sondern auch eine Management-Aufgabe.“

Battery-News.de: Was müssen Entscheiderinnen und Entscheider in Unternehmen beim Einsatz der Simulation im Batteriebereich berücksichtigen?
Ferreira: Zuerst einmal muss der Geschäftsführung der Nutzen der Simulation bewusst sein, weil die Simulation in den Entwicklungsprozess integriert werden muss. Ihre Einführung ist also nicht nur eine technische, sondern auch eine Management-Aufgabe. Darüber hinaus muss den Entscheidenden klar sein, dass wir im Bereich der Batteriesimulation im Vergleich mit anderen Anwendungen noch am Anfang stehen. Das bedeutet, dass die bestehenden Simulations-Tools immer weiter verbessert und validiert werden müssen, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. Aufgrund der stetig wachsenden Industrienachfrage und der zunehmenden Forschungsaktivitäten sehen wir dabei schnelle Forstschritte. Es ist ein mutiger Schritt, jetzt in die Simulation zu investieren, weil sie einen Innovationsvorsprung ermöglicht, den andere nicht haben.