När nu batterier är på väg att ersätta bränsletankar i världens fordon, kommer det inte som någon överraskning att tuffa, konkurrenskraftiga strider äger rum på både bil- och batteriarenan. Inte minst europeiska fordonstillverkare är på väg att helt elektrifiera sina bilar och transportfordon och det finns många aktörer på marknaden som vill ha en del av kakan. Detta inkluderar utvecklare av automationslösningar som är av avgörande betydelse för rationell produktframtagning relaterat till PLM-installationer och celltillverkning i gigafabriker – så kallade för att deras kapacitet mäts i gigawattimmar.
Miljöaspekter och asiatisk marknadsdominans bakom boomen
Detta får återverkningar för fordons- och batteritillverkare när det gäller att lägga om sina tillverkningsprocesser och anpassa PLM-stödet i produktutvecklingsarbetet. För närvarande finns det, som angavs i ingressen, ungefär 40 stora batteriprojekt av betydelse i Europas gigafabriksboom. Detta inkluderar företag som Tesla, Volkswagen, batteritillverkaren Northvolt, Volvo Cars, Volvo Group och många andra som är i full gång med att bygga upp sina batteriutvecklings- och tillverkningsresurser.
Generellt sett är det beroendet av asiatiska batteritillverkare som CATL – med en 32-procentig global marknadsandel ifjol – Samsung SDI och andra som har varit en drivande kraft. Men det finns också sånt som teknisk innovation, ekonomiska och miljömässiga faktorer som är av stor betydelse. I det senare fallet, till exempel, har EU-kommissionen föreslagit en 100-procentig minskning av koldioxidutsläppen från nya bilar till 2035, vilket i praktiken innebär att inga fler förbränningsmotor-fordon ska tillverkas och en motsvarande potentiell ökning av batteridrivna elfordon (s k BEVs, Battery Electric Vehicle).
För PLM- och automationsleverantörerna har den växande efterfrågan varit intensiv kring digital support för att snabbt kunna bygga upp och driva sånt som behövs. Detta dels för att utveckla batterilösningar, dels för att ta fram det som behövs för rationell tillverkningsautomatisering av de utvecklade lösningarna i gigafabriker.
Detta är nu inte några billiga industriella äventyr. I en 60 GWh gigafabriks-version talar vi om investeringar i spannet 4 till 6 miljarder dollar (motsvarande ca 42 till 63 miljarder kronor), varav PLM-program står för cirka 2 till 3 miljoner dollar eller mer (motsvarande ca 21 till knappt 32 miljoner). Och som sagt automationssidan får beräknas ligga på tio gånger dessa belopp.
I detta har Siemens Digital Industries varit framgångsrika på den europeiska batterimarknaden och har tagit en ledande ställning inom PLM kombinerat med automation. Dess främsta konkurrent, Dassault Systèmes, har också varit framgångsrik på detta område, framför allt vad avser PLM- och sub-PLM-bitarna och har investerat mycket i att utveckla PLM-lösningar för fordonsbatterier.
I dagens artikel har vi också tittat på Dassault Systèmes batterirelaterade PLM-lösningar och det nyligen tillkännagivna avtalet med det franska företaget Verkor, en europeisk pionjär inom elfordon och stationära batterier, med Stéphane Sireau.
Verkor ska använda digitala tvillinglösningar
Verkor har nya idéer kring att påskynda utvecklingen av nästa generations litiumjon-batterier och bygga gigafabriken som kommer att producera dem, allt baserat på Dassaults 3DEXPERIENCE-plattform och specifika batterilösningar.
– På Dassault Systèmes har vi under de senaste åren investerat kraftigt i att stödja batteriinnovation, utnyttja 3DEXPERIENCE-plattformen och vår djupa förståelse inom fordons- och högteknologisk industri, säger Sireau.
Han tillägger att Dassaults kunder är, ”förstärkta av våra lösningar, som gör det möjligt att utveckla digitala tvillingupplevelser för att påskynda innovation inom utveckling och produktion av hållbara och högpresterande battericeller. Mer specifikt, möjliggör våra batterilösningar innovation, från lösningarnas kemiska definition till deras design och konstruktion inom ramen för den mest avancerade gigafabriken. Ett bra exempel på detta är det senaste tillkännagivandet av partnerskap med Verkor.
Noteras här kan att Dassault Systèmes redan har andra stora fordonsaktörer på sin kundlista, inklusive Tesla, vars nya gigafabrik för både batteri- och elbilstillverkning i Berlin, Tyskland, är en av de största planerade och byggda europeiska anläggningarna hittills, med en produktionskapacitet inriktad vid 200 GWh.
Renault Group är involverad i Verkors nya Gigafactory-projekt
Som nämnts ovan var det bara för några veckor sedan som Dassault meddelade att de har undertecknat ett samförståndsavtal (MoU) med Verkor. Idéerna i detta dokument är avsedda att hjälpa till att påskynda utvecklingen av nästa generations litiumjon batterier och bygga gigafabriken som ska producera dem.
Verkor co-leds av Renault Group och EQT Ventures, och har sedan starten till mitten av 2021 lyckats skaffa 100 miljoner euro (103 miljoner dollar) i finansiering, pengar som kommer att användas för att finansiera en toppmodern forskning och utvecklingsanläggning och pilotlinje för utveckling av högpresterande, hållbara battericeller och intelligent tillverkning.
Verkor siktar på att genomföra detta genom att uppnå en tillverkningskapacitet på 16 GWh i sina hållbara battericeller till 2024, som de försöker skala upp till mer än 50 GWh till 2030.
När det gäller gigafabriks-skala för produktionsnivåer på 50-60 GWh, landar investeringarna i PLM-relaterad programvara, enligt min forskning, i allmänhet runt 2 till 3 miljoner dollar (21 till 32 miljoner kronor) eller mer, som nämnts ovan. Multiplicera detta med storleken på de 40 pågående projekten, så torde denna europeiska PLM-mjukvarumarknad vara värd cirka 150-200 miljoner dollar (motsvarande 1,5 till 2,1 miljarder kronor). Och som sagt, automationsbitarna till produktionssidan runt tio gånger så mycket.
Bara på sina egna meriter är detta en stor marknad i finansiella termer – vilket innebär att det finns goda skäl för Dassault Systèmes att investera som man har gjort i att utveckla relaterade PLM- och sub-PLM-lösningar för batteri- och gigafabriksdesign.
Två övergripande PLM-vinklar i Dassaults batteriarsenal
Så vad kan Dassault erbjuda när det kommer till mjukvara för batteridesign? Ganska mycket, inte minst för att Dassault har investerat allt mer i mjukvarustöd för batteriutveckling under de senaste åren.
Detta är ingen dålig idé med tanke på Dassaults starka position inom fordonssektorn, särskilt på CAD-sidan med CATIA. Denna klassiska designlösning tillhandahåller batteribibliotek för att effektivt använda 1D-simulering för celler, moduler och paket.
I dess representation på systemnivå kan varje cells åldrande, termiska och elektriska beteenden kombineras för att förstå hur en hel modul av celler beter sig. Lägg till detta kopplade simuleringslösningar på CAE-plattformen SIMULIA, tillsammans med Dassaults BIOVIA-mjukvara för kemimodelleringsmöjligheter för att optimera batterimaterialdesign för säkerhet, prestanda, åldrande och kostnadshantering, och en bild av ett komplett stödsystem för batteridesign är till hands.
Ur ett övergripande perspektiv säger Stéphane Sireau:
– Från en tillverkningssynpunkt behandlar vår ”High-Tech Smart Factory-lösning” processdefinition från tillverkningsteknik till utförande, inklusive konstruktion av fabriksinfrastruktur och driftsättning. Sålunda underlättar Dassault Systèmes-lösningar att koppla produkt till process och process till gigafabriken.
Ett projekt som kan landa säkert
Tillsammans siktar Verkor och Dassault på att bidra till det europeiska batteriekosystemet som stödjer den europeiska kontinentens ansträngningar att uppnå klimatneutralitet till 2050.
Denna marknad är ett extremt het just nu, med mer än 40 gigafabriker planerade eller klara till 2026, som tillsammans kan producera cirka 800 GWh, enligt Europeiska unionens viktiga projekt av gemensamt europeiskt intresse (IPCEI).
Produktionsvolymen av Li-ion-celler i Europa stod för cirka 35 GWh 2020, eller cirka 15 procent av den globala produktionskapaciteten. Som ett resultat av ambitiösa utvecklings- och expansionsplaner för batteriindustrin förväntas andelen celler som produceras i Europa av den globala produktionsvolymen öka till ”28 upp till 43 procent år 2030, då den kommer att vara cirka 600 till 870 GWh per år,” enligt IPCEI.
I detta ekosystem – som det ser ut idag – är Tesla den ledande aktören med sin tyska Brandenburg gigafabrik, följt av Northvolt, med fem planerade, klara eller snart klara gigafabriker i Europa. Och, som nämnts ovan, knappt 40 andra planerade eller färdiga anläggningar som kan producera cirka 800 GWh till 2026.
Northvolt har dessutom investerat i PLM och automationsmjukvara från Dassaults konkurrent Siemens Digital Industries. Den senare har för närvarande en ledande position inom det europeiska området med andra kunder, inklusive Inobat, Italvolt och Morrow.
Men behovet av europeisk batteriutveckling och tillverkningskapacitet är stort. Det gör att projektet kan landa säkert för både Dassault, som mjukvaruleverantör, och Verkor som lösningsutvecklare, trots hård konkurrens.
Nya typer av batteriteknik
Enligt det undertecknade avtalet mellan Dassault och Verkor är målet att etablera bästa praxis för att ”förbättra innovation och effektivitet, och mildra tekniska risker under produktens livscykel.”
I detta förväntas det att Dassault Systèmes 3DEXPERIENCE-plattform och deras transformativa kunskap inom högteknologi, transport och mobilitet samt energi- och materialindustrin kommer att vara avgörande. Hur?
Enligt pressmaterialet ska 3DEXPERIENCE och Dassaults kompetensnivå inom avancerad teknik vara katalysatorer för att etablera nya metoder och sätt att förnya hållbarhet inom områden som produkt-, process- och flödessimulering, samt leverantörssamarbete och total kvalitetsstyrning.
– Vi tillhandahåller en lösning för att stödja utvecklingen av batterier samt de nya typerna och teknikerna för batterier. Denna lösning tillåter oss att optimera ingenjörskonsten från molekyler till hela systemet för att designa säkrare, långvariga och snabbladdande batterier, säger Sireau och pekar på ”High Performance Battery”-paketet. Han fortsätter: ”Det stöder och påskyndar varje steg i batterikonstruktionsprocessen för företag som är villiga att gå utanför sina traditionella gränser och designa batterier som är anpassade för de bästa kundupplevelserna.”
Breda möjligheter med kombinationer av 3DX-appar
Sireau tillade att med 3DEXPERIENCE-plattformen, som kombinerar funktionerna SIMULIA, BIOVIA, CATIA och DELMIA, kan batteriingenjörer utföra:
• Materialutveckling med virtuell screening.
• Cellformulering och receptutveckling med överensstämmelsekrav.
• Beteendeanalys (termisk, elektrisk, åldrande).
• Struktur- och prestandavalidering genom cell-, modul- och packsimuleringar (mekanisk missbrukstestning).
• Teamdriven validering och analys genom plattformen 3DEXPERIENCE.
• Definiera en demonteringsprocess för batteripaket och utvärdera dess miljöavtryck, samtidigt som du driver en strategi för batterislutet för företag som är villiga att arbeta med second life, omtillverkning eller återanvändning.
Mot Europas netto-noll-mål
Verkors första gigafabrik kommer att producera battericeller med låga koldioxidutsläpp som är designade för att stödja Europas netto-nollmål. Samtidigt kommer syftet också att vara att ”skapa en europeisk batterivärdekedja av aktörer och lösningar.”
Som en del av sin färdplan kommer Verkor att arbeta med Dassaults branschspecifika paketlösningar ”High Performance Battery” och ”High-Tech Smart Factory” som båda är baserade på plattformen 3DEXPERIENCE för sömlöst samarbete, inlärning och simulering i en virtuell miljö.
– Batterier är en hörnsten i ett mer hållbart Europa. Vår 3DEXPERIENCE-plattform och våra batterisektorlösningar möjliggör batteriinnovation, från deras kemidefinition till design och konstruktion av den mest avancerade gigafabriken, kommenterar Sireau, och tillägger: ”När Verkor leder vägen inom denna sektor med sitt ambitiösa gigafactory-projekt, kan vi hjälpa dem att utnyttja virtuella tvillingupplevelser för att påskynda innovation inom utveckling och produktion av hållbara och högpresterande battericeller.”
Verkors första Giga-fabrik som byggdes i Dunkirk, Frankrike
Verkors Christober Raj, chef för digitalt, tillade i en kommentar att de kommer att dra nytta av det långsiktiga stöd som utlovats av Dassault Systèmes. I slutändan är dessa planer baserade på 3DEXPERIENCE och syftar till att nå ”oöverträffade nivåer av digitalisering” när den första gigafabriken byggs i Dunkerque, Frankrike.
I detta kommer Verkor att använda Dassault 3DEXPERIENCE-plattformen och apparna för att producera de digitala tvillingarna i sina batterier och tillverkningsprocesser, inklusive gigafactory-driften.
– Vårt samarbete med Dassault Systèmes kommer att göra det möjligt för oss att ta itu med hela produktens livscykelprocess med 3DEXPERIENCE-plattformen, kommenterade Raj i ett pressmeddelande.
