通過合作研究實現(xiàn)電池單體的設(shè)計和優(yōu)化—MS,COSMOtherm和機器學(xué)習(xí)PP
合作研究公司的多學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜沂褂没?D化學(xué)的軟件工具(主要是Materials Studio, COSMOtherm和PipelinePilot)開發(fā)了先進技術(shù)能力(ATC)。
我們的目標(biāo)是到2050年降低二氧化碳水平，實現(xiàn)凈零碳排放，電池占據(jù)了中心舞臺。電池制造商、小眾電池設(shè)計師、汽車原始設(shè)備制造商、eVTOL飛機制造商和材料公司都在投資于電池技術(shù)的突破性創(chuàng)新。電池是復(fù)雜的材料系統(tǒng)，其開發(fā)需要熟練的專業(yè)知識和先進的數(shù)字解決方案。
達索Dassault Systèmes合作研究團隊已經(jīng)在多個研發(fā)領(lǐng)域支持了超過25年的行業(yè)，如汽車、航空航天、高科技、采礦、能源、先進材料、消費包裝商品、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療保健和醫(yī)療設(shè)備。合作研究公司的多學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜沂褂没?D化學(xué)的軟件工具(主要是Materials Studio, COSMOtherm和PipelinePilot)開發(fā)了先進技術(shù)能力(ATC)。專有的atc包括經(jīng)過驗證的算法、內(nèi)容、模型、方法和工作流。
合作研究公司為電池單元設(shè)計、子單元組件優(yōu)化、制造過程改進以及AI/機器學(xué)習(xí)驅(qū)動的電池性能預(yù)測提供靈活和協(xié)作的合作。與工業(yè)客戶密切合作，團隊為工藝、性能和產(chǎn)品提供了重要的新見解。合作研究團隊幫助客戶提高他們的研發(fā)效率，加速他們的創(chuàng)新，實現(xiàn)主動的故障補救，增強他們的知情決策能力，并快速跟蹤他們的創(chuàng)新產(chǎn)品進入市場。合作研究公司(Contract Research)的嚴(yán)格保密和互利的知識產(chǎn)權(quán)條款，以及及時交付目標(biāo)明確的里程碑，是雙方成功合作創(chuàng)造更輕、更快、更好、更便宜、更安全、更容易回收的下一代電池的完美配方。
合作研究團隊幫助為不同行業(yè)提供電池解決方案。由于審計業(yè)務(wù)的性質(zhì)，案例研究中只共享高級信息。
案例研究 1：面向成功客戶的集中實驗：一家全球汽車制造商
“Modeling & Simulation results provided by CONTRACT RESEARCH experts enabled us to define and focus our experiments towards the most productive path cutting our time down by 30%”
—Director R&D, Automotive Manufacturer
挑戰(zhàn)：
為了尋找下一代電池可能的電解液替代品，實驗時間太長，成本太高。
解決方案：
合作研究團隊運用他們的專業(yè)知識建立了不同電解質(zhì)的驗證模型。模擬使用了專有的工作流程。隨后，該團隊進行了生產(chǎn)作業(yè)，并分析了運輸、熱和電化學(xué)行為。模擬的性質(zhì)被用來快速篩選不同的化學(xué)體系使用模型第一的方法。此外，驗證過的工作流被交付給客戶以供進一步使用。
結(jié)果：
(1)基于3D化學(xué)的模型驗證了可用的實驗數(shù)據(jù)
(2)電解質(zhì)多種可能性的虛擬孿生模型
(3)使用第一性原理三維化學(xué)方法模擬關(guān)鍵性質(zhì)
(4)通過熱物性的虛擬篩選，考慮了安全性
(5)確定替代電解質(zhì)候選者在實驗室測試
案例研究 2：以工作流程加速創(chuàng)新客戶：汽車制造商
“Strong partnership through CONTRACT RESEARCH makes all the difference. Our engineers now use workflows created by validated first-principles 3D Chemistry based modeling & simulations to innovate 40% faster.”
—Manager, Cell Design Lab, Automotive Manufacturer
挑戰(zhàn)：
工程模型需要實驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有時需要花費時間來獲取或難以測量。關(guān)于局部現(xiàn)象如溶脹、枝晶生長、降解和老化的實驗數(shù)據(jù)通常是不可能獲得的。
解決方案：
合作研究團隊?wèi)?yīng)用第一性原理三維化學(xué)建模和仿真，在缺乏實驗數(shù)據(jù)的情況下獲得關(guān)鍵特性。微尺度模擬的輸出作為工程尺度模擬的輸入。所得到的電池性能模型與測量數(shù)據(jù)進行了比較，結(jié)果顯示性能良好。Contract Research交付了經(jīng)過驗證的模型和工作流程，供單元設(shè)計工程師使用。
結(jié)果：
(1)開發(fā)預(yù)測性能的工作流程；與實測實驗數(shù)據(jù)進行驗證
(2)驗證傳輸屬性的工作流
(3)驗證了電化學(xué)性能的工作流程
(4)驗證局部結(jié)構(gòu)和機械性能的工作流程
(5)驗證熱性能的工作流程
案例研究 3：通過虛擬實驗主動降低風(fēng)險客戶：航空航天承包商
“The Battery Technology Center used battery materials modeling and simulations expertise of CONTRACT RESEARCH scientific team to save our company both time and money”
—Battery Risk Manager, Aerospace Contractor
挑戰(zhàn)：
由特定供應(yīng)商提供的電池材料批次間的變化會導(dǎo)致電池性能的巨大變化。
解決方案：
合作研究團隊對材料微觀結(jié)構(gòu)進行了建模，并模擬了關(guān)鍵的電化學(xué)過程。電極前體的虛擬雙胞胎揭示了結(jié)構(gòu)和形態(tài)不均勻的來源，導(dǎo)致細胞性能的變化。進行了一系列的what/if虛擬實驗來模擬批處理變化，并使用基于三維化學(xué)的第一性原理模擬來測試它們。從這個練習(xí)，團隊能夠規(guī)定一個積極的實驗室測試材料之前，建立細胞。供應(yīng)商被告知對每批進行測試。
結(jié)果：
(1)3D化學(xué)基于驗證模型
(2)3D化學(xué)虛擬孿生的深入見解
(3)模擬變化的一系列what/ if虛擬實驗的輸出
(4)確認(rèn)由供應(yīng)商提供的電極前驅(qū)體變化引起的故障根源
(5)規(guī)定供應(yīng)商采取補救措施，以避免日后出現(xiàn)違規(guī)行為
案例研究 4：故障修復(fù)由虛擬雙胞胎啟用客戶：個人設(shè)備制造商
“Our company has manufacturing process ‘know-how’ for decades. CONTRACT RESEARCH team delivered critical process ‘know-why’ and enabled us to decrease failure rate from 9% to 1%.”
—VP R&D, Device Manufacturer
挑戰(zhàn)：
某一特定設(shè)備的制造過程導(dǎo)致了很高的故障率，盡管對不同的工藝旋鈕進行了調(diào)整和調(diào)整，但故障仍然存在。
解決方案：
合作研究團隊利用他們在材料和工藝化學(xué)方面的專業(yè)知識，對可能的失敗原因提出了三個假設(shè)。使用先進技術(shù)能力(ATC)建模資產(chǎn)，每個假設(shè)都進行了虛擬測試。建立了原子模型和中尺度模型，模擬了制造過程的適當(dāng)步驟。虛擬測試的結(jié)果與觀察到的行為進行了比較，揭示了持久失敗的原因。一旦確定了原因，就會使用適當(dāng)?shù)腶tc來制定解決問題的方案。
結(jié)果：
(1)基于3D化學(xué)的三個假設(shè)模型
(2)化學(xué)虛擬孿生揭示了失敗的原因從一個意想不到的來源
(3)對生產(chǎn)工藝進行適當(dāng)?shù)母淖円匝a救失敗
案例研究 5：使用機器學(xué)習(xí)的周期壽命預(yù)測客戶：設(shè)備制造商
“The CONTRACT RESEARCH team used their battery cell domain expertise combined with machine learning expertise to deliver predictive models for battery life”
—Manager, R&D, Device Manufacturer
挑戰(zhàn)：
質(zhì)保要求，以滿足消費者的滿意需求，更好和更準(zhǔn)確的預(yù)測日歷壽命，周期壽命，和操作溫度范圍，這是極其昂貴和耗時的獲得。
解決方案：
客戶為嚴(yán)格遵守保密協(xié)議的合作研究提供了有關(guān)其電池的相關(guān)數(shù)據(jù)。合作研究團隊的專家使用了提供的數(shù)據(jù)，并生成了客戶專有的機器學(xué)習(xí)模型，使用Pipeline Pilot作為主要工具，其他技術(shù)只有通過合作研究參與才能獲得。由團隊開發(fā)的生成預(yù)測模型被交付給了我們的客戶。
結(jié)果：
(1)機器學(xué)習(xí)模型，從最初的幾個數(shù)據(jù)周期預(yù)測周期壽命模型，旨在納入未來可獲得的新數(shù)據(jù)
(2)替代長期實驗的成本和時間高效的方法
(3)供非專家使用的決策工具
北京泰科博思科技有限公司是Materials Studio、COSMOlogic、Pipeline Pilot官方指定代理商，有關(guān)軟件詳情或者技術(shù)支持請咨詢北京泰科。
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