Mechanische Modelle können zur virtuellen Vorhersage eines mechanisch induzierten Kurzschlusses verwendet werden. Alle Arten von Batteriezellen – zylindrische oder prismatische Hartschalen und Pouches – können modelliert werden.

Grundsätzlich können zwei verschiedene Arten der Modellierung unterschieden werden:

• Beim mesomechanischen Modellierungsansatz wird jede Zellschicht separat, aber homogenisiert modelliert. Das bedeutet, dass z.B. eine Elektrode aus drei Schichten (aktives Material, metallischer Stromabnehmer und aktives Material) aufgebaut ist. Aufgrund der kleinen Elementgröße ist der Zeitraum sehr klein und die Rechenzeit sehr hoch, so dass dieses Modell nicht für die Simulation eines kompletten Fahrzeugaufpralls geeignet ist. Es ermöglicht eine detaillierte Analyse auf Schichtebene.
• Beim makromechanischen Ansatz werden alle Schichten gemeinsam durch ein homogenisiertes Material mit Summeneigenschaften modelliert. Dieser Ansatz bietet eine schnelle Berechnungsmöglichkeit mit akzeptablen Zeitschritten, die auch in Fahrzeug- und Packmodellen verwendet werden kann.

In Kombination mit einer koordinierten virtuellen Detektion liefern beide Modelle präzise Kurzschlussvorhersagen und ermöglichen die crashsichere Fahrzeugintegration von Batterien. In zukünftigen Fahrzeugkonzepten wird erwartet, dass die sogenannte Strukturbatterie Teil des Lastpfades und ein tragendes Bauteil im Normalbetrieb und im Crashfall sein wird. Aus diesem Grund wird die exakte Abbildung des mechanischen Verhaltens in einer virtuellen Umgebung unter quasistatischen und dynamischen Belastungen noch wichtiger werden.

Neben der Modellentwicklung – einschließlich Testdesign und -management – beschäftigen sich aktuelle Forschungsthemen mit der Multiphysik-Kopplung und der Substitution mechanischer Modelle durch KI/ROM.

Der von VIRTUAL VEHICLE entwickelte Multiphysik-Modellbaukasten SIMBAT (Simulation Battery Toolkit) unterstützt die mechanische und thermische Entwicklung von Batterien von der Zellebene bis zur Batterieintegration im Fahrzeug und ermöglicht eine ganzheitliche Bewertung in einem frühen Entwicklungsstadium.

Aus den Lastfällen des mesomechanischen Modells können AI/ROM-Modelle erstellt werden, die Informationen über das mechanische Verhalten und das Kurzschlussrisiko liefern. Diese können in Zukunft das makromechanische Modell ersetzen und auch in höhere Ebenen integriert werden. Damit ist der Detaillierungsgrad des mesomechanischen Modells auf allen Fertigungsebenen verfügbar.