Thor es un proyecto Horizon Europe que desarrolla gemelos digitales predictivos para acelerar el diseño de la batería, el rendimiento y la verificación de seguridad.
Europa, Asia y los Estados Unidos están atrapados en la competencia estratégica para asegurar el liderazgo en la cadena de valor de transición de energía. Las baterías están en el corazón de esta competencia, apoyando tanto los objetivos de descarbonización para aplicaciones fijas como la competitividad del sector automotriz.
Sin embargo, la industria de la batería europea enfrenta un cuello de botella permanente. Las campañas de pruebas físicas llevan años y requieren miles de muestras, y siguen siendo excesivas. Son intensivos en recursos y caros, y proporcionan solo una visión parcial del mecanismo de degradación de la batería. A medida que los competidores avanzan rápidamente, Europa necesita innovar en la forma en que las baterías están diseñadas, probadas y verificadas y siguen siendo competitivas a nivel mundial.
Mejorar las pruebas de batería con soluciones digitales
Varios proyectos de Horizon Europe están desarrollando un ecosistema completo de soluciones digitales, algoritmos de IA, bases de datos armonizadas, modelos multipropósito, interfaces gráficas y gemelos digitales, reduciendo y optimizando la dependencia a gran escala de la industria en las pruebas físicas. En este extenso esfuerzo, Project Thor (2023–2027) aborda una parte crítica del desafío al transformar las pruebas de batería a través de la digitalización. Su misión es reemplazar la mayoría de las pruebas físicas con simulaciones virtuales, acelerar los diseños y reducir los costos sin comprometer la precisión.
Gemelo digital para baterías
En el corazón de esta conversión se encuentra el desarrollo de gemelos digitales para baterías. La herramienta simula el rendimiento, la vida útil y la seguridad con alta fidelidad, con el objetivo de reducir los requisitos de pruebas físicas en al menos un 50%. También genera conjuntos de datos más ricos, lo que permite una optimización más precisa de las estrategias de diseño de baterías, uso y mantenimiento.
Thor desarrolla tres modelos de predicción que se integran en una sola plataforma a nivel de celda, módulo y paquete. El sistema proporciona visualización en tiempo real del desvanecimiento de la capacidad, el gradiente térmico y los márgenes de seguridad, y está destinado a admitir decisiones de ingeniería más rápidas y confiables en la cadena de valor de la batería.
Para lograr estos objetivos, Thor reúne un consorcio paneuropeo que combina experiencia experimental, computacional e industrial.
CEA (Francia), Ineris (Francia), Vub (Bélgica): pruebas experimentales, generación de datos, calibración del modelo. FEAC (Grecia): Desarrollo de marcos gemelos digitales híbridos e integración de IA. Varta Innovation (Austria), Batería Flash (Italia), Engie-Laborelec (Bélgica): prueba de celdas prototipo, módulos, paquetes de baterías, especificaciones y aplicación de perfiles estacionales y EV para validar modelos en condiciones reales. Icono (Italia), Une (España): difusión, comunicación, explotación e integridad con estrategias de estandarización europeas.
El consorcio aprovecha la infraestructura sofisticada, incluidas las líneas de fabricación a escala piloto, las instalaciones de prueba de abuso, el software CAE y la computación de alto rendimiento. Esta colaboración transversal y transfronteriza asegura que el gemelo digital no solo sea científicamente robusto, sino que también valida industrialmente en toda la cadena de valor de la batería europea.
¿Qué es un gemelo digital?
Los gemelos digitales son réplicas dinámicas y virtuales de los sistemas físicos que se actualizan continuamente con datos reales para reflejar el comportamiento real. Thor proporciona un entorno predictivo que le permite probar efectivamente las baterías en una amplia gama de condiciones.
FEAC está desarrollando un modelo híbrido que integra la simulación electroquímica de la primavera termal con técnicas de aprendizaje profundo. Esto permite que el gemelo digital supere los modelos empíricos tradicionales al capturar dependencias complejas y no lineales y procesos de descomposición.
Los gemelos operan a través de una interfaz gráfica que proporciona predicciones en tiempo real de rendimiento, seguridad y envejecimiento. Al transformar las pruebas de retrospectivas en procesos de pronóstico, los gemelos digitales de Thor permiten ciclos de innovación más rápidos y calificaciones de productos más confiables.
Estrategia híbrida
Para implementar esa visión, Thor combina un modelo de alta fidelidad basado en la física con un enfoque impulsado por la IA. Las simulaciones de objetivos múltiples capturan fenómenos electroquímicos, térmicos y mecánicos, y el aprendizaje automático mejora las capacidades de predicción mediante el análisis de conjuntos de datos experimentales a gran escala.
Esta estrategia híbrida requiere formatos de datos armonizados para garantizar la interoperabilidad y el uso eficiente de las tecnologías de Big Data y AI. Al integrar el modelo con evidencia experimental, Thor tiene como objetivo crear un gemelo digital escalable que se pueda predecir en tiempo real, a múltiples escala, predecible.
Estudios de caso
Este proyecto ya ha hecho grandes pasos. Varta Innovation fabrica celdas y distribuye 757 celdas cilíndricas de 21,700 células (3–4 AH) con NMC/Graphite y LFP/Graphite Chemistry a través de baterías flash de pareja.
CEA, Vub e INEIS realizaron extensas campañas de prueba para adaptar modelos de alta fidelidad y establecer nuevos métodos experimentales. Engie-Laborelec evalúa el rendimiento celular en condiciones de ciclo fotovoltaico y puntos de referencia precisión predictiva para perfiles reales.
En el lado del modelado, CEA y Vub lograron una precisión por encima del 95% de la predicción de la capacidad a nivel de celda, y las baterías flash presentaron el primer prototipo en el nivel de módulo y paquete de baterías desarrollado a través del desarrollo de tecnología dedicada, la caracterización térmica y el análisis FEM.
Actualmente, los datos grandes a nivel celular almacenados en armonía con una plataforma web dedicada ingresarán a Thor en una nueva fase. El enfoque cambia hacia el modelo de escalada, el paquete de embalaje y los niveles de módulos para garantizar la precisión de la predicción a escala del sistema.
El resto del trabajo se centrará en la integración numérica y la simplificación del modelo. Este es un paso importante para permitir que los gemelos digitales entreguen resultados en tiempo real sin sacrificar la fidelidad. Esta transición allana el camino para herramientas desplegables que pueden admitir tanto los flujos de trabajo de I + D como la toma de decisiones operativas en la industria.
Los socios industriales enfatizan la importancia práctica del trabajo de peaje. Las baterías flash enfatizan que los gemelos digitales y el mantenimiento predictivo ofrecen beneficios medibles en la cadena de suministro, incluida la mayor eficiencia de producción, la reducción de los costos operativos, la mejor seguridad y la mayor sostenibilidad. Varta Innovation enfatiza que los gemelos digitales proporcionan una visión más profunda del comportamiento celular y hacen que la optimización del producto sea más rápida al tiempo que reduce la carga de las pruebas físicas. Además, Engie-Laborelec destaca el papel de los gemelos digitales en el sector de almacenamiento estacionario donde la seguridad, la confiabilidad y la longevidad son importantes. Al integrar las ideas operativas, las herramientas continúan aplicándose directamente en los niveles de celda, módulo y paquete.
Thor también tiene como objetivo demostrar que los gemelos digitales pueden lograr resultados comparables a las pruebas físicas, lo que respalda las actualizaciones futuras de los estándares internacionales como IEC y CENELEC sobre seguridad, eficiencia energética y gestión de baterías.
Thor también forma parte de un clúster de gemelos que integra Digibatt, Thor, Acccelbat y los cuatro proyectos de Horizon Europe más rápido a la vanguardia de la investigación de baterías digitales. Cada uno aporta experiencia única, desde herramientas de verificación continua hasta plataformas de prueba híbridas.
Descargo de responsabilidad
Financiación de la Unión Europea. Sin embargo, las opiniones y opiniones expresadas son únicamente por los autores y no reflejan necesariamente las opiniones de la Unión Europea o las agencias climáticas, infraestructuras o de aplicación ambientales europeas. Ni la Unión Europea ni la autoridad de permisos pueden ser responsables de ellos.
Este artículo también se presentará en la 24ª edición de Quarterly Publishing.
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