Baterai listrik dengan berbagai jenis dan format telah lama menjadi bagian tak terpisahkan dari kehidupan masyarakat modern. Diyakini bahwa baterai pertama dibuat sekitar 2000 tahun yang lalu. Itu terdiri dari kendi tembikar berisi cuka, batang besi, dan silinder tembaga. Banyak yang telah berubah sejak saat itu dalam teknologi pembuatan sumber energi ini. Baterai modern telah berkembang dan sempurna selama lebih dari dua abad. Baterai, yang mirip dengan yang digunakan saat ini, dibuat pada tahun 1798 oleh Alessandro Volta. Selain ilmunya sendiri, Volta memanfaatkan hasil eksperimen Luigi Galvani.
Teknologi ini terus meningkatkan, mengembangkan, dan menekan biaya pelaksanaannya. Saat ini kita dikelilingi oleh peralatan listrik. Selain itu, banyak perangkat dan sistem tidak mungkin tanpa sumber daya otonom - baterai listrik. Dari smartphone dan headphone portabel hingga mobil listrik, drone, perangkat medis, dan sistem pendukung kehidupan otonom untuk tempat tinggal dan rumah sakit. Pada saat yang sama, jumlah perangkat berlistrik, sistem dengan sumber tenaga listrik otonom di dunia modern berkembang pesat. Baterai digunakan di berbagai perangkat: rumah tangga, transportasi, infrastruktur, medis.
Semua perangkat digital, seperti pemain, smartphone, dan gadget yang dapat dikenakan lainnya, serta mobil listrik, semakin meningkat kemampuannya, dan kemampuan ini ditentukan terutama oleh energi yang disimpan dalam baterai.
Teknologi baterai listrik telah dikenal sejak lama, tetapi penggunaan penuhnya dimulai pada abad ke-20, ada proses berkelanjutan untuk meningkatkan teknologi: meningkatkan efisiensi, mengurangi biaya produksi baterai, mengurangi berat, dan banyak lagi.
Dalam beberapa tahun terakhir, meningkatnya permintaan baterai dan aki di pasar global telah meluncurkan banyak perkembangan inovatif. Beberapa dari mereka saat ini sedang diuji secara aktif. Logam litium ultra-ringan, baterai lithium titanate, baterai fleksibel untuk perangkat yang dapat dikenakan, baterai aluminium-udara, baterai karbon dengan tingkat pengisian yang sangat tinggi, baterai organik yang murah, dan banyak lainnya sedang diselidiki. Baterai yang ditingkatkan harus mengisi lebih cepat, menyimpan lebih banyak energi, dan menahan lebih banyak siklus pengisian / pengosongan.
Alat Insinyur
Alat apa yang dapat digunakan insinyur untuk merancang sistem kelistrikan yang sangat efisien dan kompleks? Dalam konteks metodologi rekayasa sistem Dassault Systemes telah dibuat alat khusus untuk pengembangan baterai listrik - PERPUSTAKAAN BATERAI simulasi sistem pemodelan matematis dari perilaku sistem DYMOLA . Ini adalah pustaka untuk pemodelan matematis dari perilaku, pengoperasian baterai listrik dan sistem tambahannya.
Ini didasarkan pada bahasa Modelica dan digunakan untuk mengintegrasikan baterai penyimpanan listrik ke dalam sistem kelistrikan yang kompleks dengan catu daya mandiri dan otonom. Ada model matematis dari sel: kimia, termodinamika, kelistrikan, model penuaan elemen kimia, serta templat siap pakai untuk menerapkan persyaratan standar ISO.
Fitur alat ini adalah ambang batas yang dikurangi untuk memasuki teknologi. Seorang spesialis yang mengembangkan sistem berlistrik tidak memerlukan pendidikan khusus dan pengalaman yang luas di bidang ini. Seluruh pengalaman rekayasa dunia di bidang ini terkandung dalam persamaan matematika perpustakaan ini. Pengembang dapat yakin bahwa dengan bantuannya ia akan menciptakan baterai listrik modern yang efisien yang memenuhi semua standar internasional dan sistem tambahannya. Pada dasarnya, ini adalah harta karun keahlian teknik. Alat seperti itu sangat menyederhanakan pembuatan produk kompetitif.
Elektrifikasi seluruh negeri
Tren elektrifikasi dapat dilihat di banyak industri saat ini. Misalnya, dalam industri kedirgantaraan, dua bidang utama dapat dibedakan: penggantian sistem kontrol mekanis dan hidraulik pesawat dengan sistem listrik dan, dengan demikian, meningkatkan otonomi, kekompakan, dan penyederhanaan operasi. Ini menjadi mungkin karena peningkatan keandalan dan kemampuan manufaktur sistem kelistrikan dan, khususnya, baterai.
Baterai sangat diperlukan jika kriteria otonomi penting. Misalnya, Skolkovo telah mengembangkan kerangka luar yang digunakan dalam rehabilitasi sistem muskuloskeletal pasien. Penerapan lainnya adalah untuk mengurangi aktivitas fisik di perusahaan. Sistem kerangka luar tidak akan mungkin terjadi tanpa sumber daya otonom, tanpa baterai. Hanya jika memenuhi semua persyaratan modern, produk tersebut dapat diminati dan bersaing.
Salah satu tren terbaru dalam penerbangan adalah dorongan untuk mengurangi dampak lingkungan. Pembangkit listrik, yang, seperti yang Anda ketahui, tidak mengeluarkan apa pun ke atmosfer, memerlukan pengembangan dan penggunaan semua jenis baterai listrik - lithium-ion, hidrogen, hibrida.
Jika kita berbicara tentang ruang angkasa, maka semuanya jelas bahkan tanpa faktor eksternal: semua sumber listrik yang digunakan, sebenarnya - baterai: surya, kimia (litium-ion, litium-kadmium, hidrogen, dll.), Serta radioisotop (RTG ). Satu-satunya alternatif bagi mereka adalah reaktor nuklir.
Baterai listrik digunakan dalam sistem tenaga otonom siaga (pusat data, rumah sakit, dan fasilitas penting lainnya), kereta listrik, kendaraan listrik, drone, teknik berat (excavator, loader), pembuatan kapal (jet ski).
Pada akhir September, BASF akan memulai produksi massal baterai bebas litium baru. Sejauh ini, teknologi semacam itu mahal, tetapi larangan mesin diesel klasik dan bahkan mesin pembakaran internal akan memacu perkembangan transportasi listrik. Misalnya, di Swedia, mobil baru dengan mesin diesel atau bensin tidak akan dijual setelah tahun 2030, Norwegia berencana untuk melarang penjualan mobil dengan mesin pembakaran internal mulai tahun 2025, dan Denmark, seperti Swedia, mulai tahun 2030. Di antara negara-negara bagian yang telah mengadopsi norma-norma yang serupa, terdapat juga ekonomi-ekonomi besar seperti Inggris Raya dan Prancis. Yang terakhir cenderung melarang mesin pembakaran internal pada tahun 2040.
Dalam realitas modern, pengembang sistem ini atau itu dengan sumber daya otonom sangat memperhatikannya, karena subsistem ini sangat menentukan seberapa sukses produk yang dikembangkannya nantinya.
Salah satu bidang yang paling menjanjikan adalah sel bahan bakar hidrogen.
Sel bahan bakar hidrogen
Sel bahan bakar hidrogen adalah salah satu tren teknik di bidang pasokan listrik baru untuk pembangkit listrik dari berbagai sistem otonom. Sel bahan bakar hidrogen pertama dirancang oleh ilmuwan Inggris William Grove pada tahun 1830-an. Kelayakan menghasilkan energi dalam sel bahan bakar hidrogen-oksigen menggunakan elektrolit asam telah dibuktikan. NASA menggunakan sel bahan bakar yang diperbarui pada pesawat ruang angkasa Apollo sebagai sumber energi utama.
Sel bahan bakar hidrogen adalah teknologi yang, jika dikembangkan dengan baik di masa depan, dapat menggantikan bahan bakar hidrokarbon. Keuntungan utama sel hidrogen adalah keramahan lingkungan. Sistem sel bahan bakar telah dirancang untuk memberi daya pada sistem komputer, penerangan halaman kecil, dan bahkan mobil dan bus. Bahkan ada rencana untuk meluncurkan pesawat sel bahan bakar hidrogen.
Saat ini, sudah ada banyak proyek yang diselesaikan: mobil, pasokan listrik tak terputus otonom militer, kendaraan udara tak berawak, dan pada pertengahan tahun lalu, Bill Gates memesan kapal pesiar dengan sel bahan bakar hidrogen.
Teknologi ini terkenal di Federasi Rusia, ada perkembangan yang maju. Mereka digunakan dalam drone terbang, kereta hidrogen telah dibuat: kelompok Transmashholding, bersama dengan Rosatom, berencana untuk memproduksi kereta berbahan bakar hidrogen di Rusia, dan Kereta Api Rusia sedang mempertimbangkan Pulau Sakhalin sebagai tempat uji coba peluncuran mereka.
Di luar negeri, BMW dan Toyota telah mengembangkan transmisi hidrogen untuk mobil ramah lingkungan. Sebuah powertrain sel bahan bakar hidrogen akan menjadi dasar dari BMW's Hydrogen Next. Mercedes-Benz telah meluncurkan mobil produksi pertamanya dengan sel bahan bakar hidrogen, GLC F-Cell.
Sel bahan bakar hidrogen memiliki efisiensi tinggi 60%. Dan menurut parameter ini, energi hidrogen merupakan sumber energi yang paling menarik. Teknologi ini, dibandingkan dengan baterai listrik, juga memberikan sejumlah keunggulan lain, seperti masa pakai baterai produk yang lebih lama, efisiensi energi yang lebih tinggi.
Tidak perlu waktu untuk mengisi sel bahan bakar hidrogen, itu hanya perlu diisi dengan hidrogen. Secara khusus, keunggulan dan fitur sel bahan bakar hidrogen sangat diminati dalam penerbangan. Misalnya, drone untuk memantau minyak dan gas jarak jauh atau objek lain harus memiliki cadangan daya yang signifikan - 4-5 jam. Tidak mudah untuk memberikan indikator seperti itu, dan VTE adalah salah satu cara paling sukses. Ada beberapa proyek pesawat penumpang listrik yang menjanjikan di dunia saat ini. Baterai hidrogen mungkin merupakan elemen kunci dari sistem ini.
Aplikasi utama saat ini adalah proyek teknologi tinggi. Ini adalah tren global, dan di masa depan, dengan penurunan biaya pelaksanaan proyek, biaya teknologi ini akan banyak digunakan. Dan Dassault Systemes memiliki sejumlah proyek yang berhasil di bidang ini.
Sementara itu, saat ini, kerumitan dan biaya teknologi hidrogen dalam desain dan proses produksi menghentikan banyak komunitas teknik, sehingga sulit untuk diterapkan. Oleh karena itu, mengumpulkan data teknik itu penting - saat membeli data semacam itu, Anda tidak perlu memulai dengan hal-hal dasar.
Untuk membantu pengembang
Dassault Systemes memiliki alat khusus untuk mengembangkan sistem sel bahan bakar hidrogen - Perpustakaan Hidrogen dalam paket perangkat lunak simulasi DYMOLA . Perpustakaan, yang ditulis dalam Modelica, berisi komponen kunci dari sistem sel bahan bakar hidrogen PEM untuk diintegrasikan ke dalam berbagai sistem energi dan pembangkit listrik.
Model rinci tumpukan sel bahan bakar, model ketergantungan suhu dan tekanan berbagai gas: oksigen, hidrogen, dan uap air, dan banyak lagi telah dibuat. Perancang dapat merancang sistem sel bahan bakar hidrogen kelas dunia yang efisien, modern, dan subsistem tambahannya.
Dassault Systemes terlibat dalam banyak proyek sebagai konsultan metodologi dan penyedia perangkat lunak untuk pemodelan, analisis, perbandingan, dan integrasi data.
Standar FMI
FMI (Functional Mock-up Interface) juga datang untuk membantu para insinyur dan pengembang - antarmuka standar yang digunakan dalam simulasi komputer untuk membuat sistem fisik siber yang kompleks. FMI adalah standar terbuka yang dikembangkan untuk mem-porting model sistem dinamis antara lingkungan pemodelan multi-vendor yang berbeda, serta untuk eksperimen komputasi kolaboratif. Ini memecahkan salah satu masalah paling menyakitkan dalam rekayasa sistem - kemampuan untuk mentransfer model antar alat. Saat ini standar FMI didukung pada banyak sistem pemodelan.
Saat ini, standar FMI, sebuah antarmuka untuk mentransfer dan berbagi model di berbagai lingkungan pemodelan, adalah standar yang menjadi semakin populer.
Mengekspor model dalam format Functional Mock-up Unit (FMU) memiliki aplikasi yang berbeda. Pertama-tama, FMU dapat digunakan di lingkungan dan bahasa pemrograman yang berbeda. FMU juga melindungi kekayaan intelektual dengan menyusun kode model menjadi file biner, yang dapat berguna saat bertukar model dengan klien dan kolega.
FMI didukung oleh banyak alat pengembangan dan digunakan di banyak industri teknik di seluruh Eropa, Asia, dan Amerika Utara. Ini telah menjadi standar industri de facto untuk pertukaran model matematika simulasi.
Jika pada akhir abad ke-20 dalam komunitas teknik standar untuk pengembangan model solid suatu produk adalah STEP, format STL, atau format lainnya, maka format FMI menjadi tonggak sejarah berikutnya dalam pengembangan alat pertukaran data teknik. Ini menjelaskan tidak hanya ketergantungan geometris dari produk masa depan, model solid, tetapi juga perilakunya, yaitu, bagaimana produk berfungsi dalam mode operasi tertentu.
Kembali pada tahun 2008, menurut kerangka acuan Daimler AG, Dassault Systemes membuat konsorsium Eropa yang disebut MODELISAR, yang, setelah serangkaian studi teknologi, menentukan spesifikasi teknologi masa depan dan standar FMI. Tugasnya mendefinisikan karakteristik FMI, melakukan studi teknologi yang membuktikan konsep FMI melalui use case yang dikembangkan.
Konsep utama dalam pembentukan FMI adalah mendukung pendekatan tertentu. Ini didasarkan pada fakta bahwa produk nyata terdiri dari berbagai sistem, subsistem, dan komponen yang berinteraksi satu sama lain dalam cara yang kompleks: mereka dikendalikan, diatur oleh banyak hukum fisika yang menjelaskan operasi dan perilaku subsistem atau komponen tertentu.
Berikut ini diusulkan: untuk memberikan kesempatan untuk membuat produk virtual, di mana Anda dapat mengumpulkan satu set model sistem dan subsistem, yang masing-masing merupakan model hukum fisika. Dan juga termasuk ada model sistem kendali (menggunakan elemen mikroelektronika dan perangkat lunak). Semua ini dikumpulkan menjadi satu model matematika simulasi digital dalam bentuk FMI.
Teknologi ini paling banyak digunakan dalam industri otomotif. Misalnya, perancang kendaraan induk membuat model matematika di tingkat atas, menghasilkan file, dan menyerahkannya kepada kontraktor mereka. Kontraktor menerima file dalam bentuk spesifikasi teknis dan mengembangkan subsistemnya atau semacam komponen.
Kemudian kepala pengembang mengumpulkan model matematika dari semua komponen dan subsistem, melakukan sertifikasi komprehensif, validasi, verifikasi solusi teknik tertentu, yang, pada gilirannya, meningkatkan komunikasi antara perusahaan dan organisasi teknik yang berbeda dengan kontraktor. Untuk perusahaan induk, ini juga mengurangi risiko: Anda dapat berganti kontraktor kapan saja, beralih ke kontraktor lain dengan relatif cepat. Selain itu, waktu dan siklus pengembangan untuk sistem baru berkurang.
Pendekatan ini telah digunakan selama lebih dari 10 tahun di industri lain: penerbangan, instrumentasi, pembuatan kapal, pengembangan peralatan medis, dan banyak bidang lainnya.
Dassault secara aktif mengerjakan implementasi FMI. Pemodelan matematika seperti itu, dan format FMI khususnya, telah menjadi bagian integral dari proses desain modern.
Melanjutkan artikel kami, kami mengundang Anda untuk menonton 3 podcast video oleh Dassault Systemes yang mencakup topik "Baterai Listrik" , "Sel Bahan Bakar Hidrogen" dan "Antarmuka Mock-up Fungsional - FMI"
Berlangganan berita Dassault Systèmes dan dapatkan info terbaru tentang inovasi dan teknologi. Halaman Facebook
resmi Dassault Systèmes Vkontakte Linkedin 3DS Blog WordPress 3DS Blog on Render 3DS Blog on Habr