Повышение производительности высокопроизводительных EV: сила симуляции батарей

McMurtry Spéirling PURE VP1, клиентская версия рекордного автомобиля Goodwood стартапа, разработанная с использованием инструментов симуляции батарей About:Energy. (Изображение: McMurtry)

Новое определение высокой производительности в электрическую эпоху

В сегодняшнюю электрическую эпоху определение «высокой производительности» переписывается благодаря электрическим спортивным машинам, суперкарам и гиперкарам, преодолевающим пределы, когда-то считавшиеся невозможными для достижения. Даже Формула-1, довольно неожиданно для многих, приняла электрификацию, интегрировав гибридные электрические системы на вершине моторспорта. Каждое поражающее воображение время 0–100 км/ч или рекордный круг подкреплен системой батарей, спроектированной с точностью. Все чаще эта точность движется технологией симуляции.

Симуляция как революционный инструмент разработки батарей

Симуляция в разработке батарей стала революционным инструментом, оснащающим инженеров средствами для проектирования высокопроизводительных электромобилей быстрее, эффективнее и с меньшей стоимостью. Комбинируя передовое ПО с точными электрохимическими данными, автопроизводители теперь могут разрабатывать и оптимизировать системы батарей в виртуальной среде, ведущей к снижению рисков, сокращению циклов разработки и автомобилям, быстрее достигающим дороги и трасс.

Работа, которую About:Energy сделала с McMurtry Automotive — пример того, насколько эффективной может быть симуляция батарей. Можно с уверенностью сказать, что опытная команда несколько поразила мир своим гиперкаром Spéirling, достигнув 0–100 км/ч за всего 1,4 секунды во время рекордного забега на Goodwood Festival of Speed в 2022 году. Но за пределами заголовков, самым впечатляющим достижением может быть то, что произошло за кулисами: используя передовые инструменты симуляции батарей, McMurtry сжал месячный процесс проектирования батарейного пакета в всего несколько недель, что составило сокращение более чем на 70 процентов.

Высокие требования к высокопроизводительным EV

Высокопроизводительные EV вроде Spéirling должны сталкиваться с более высокими физическими требованиями и нагрузками, чем более обычные дорожные электромобили. Они должны выдерживать экстремальное ускорение, быстрые циклы разряда и заряда и непрерывные высокие тепловые нагрузки, все это условия, создающие огромное напряжение на ячейках и системах батареи. Выполнение этих требований требует более высокой степени уверенности и точности в фазе разработки, и симуляция предлагает именно это.

Инженерная команда McMurtry поставила целью построить систему батарей, способную доставлять максимальную мощность, оставаясь в безопасных тепловых и электрических пределах. Их целью было синхронизировать температуру и состояние заряда (SoC), чтобы оба приближались к своим операционным порогам одновременно. Достижение этого тонкого баланса означало моделирование теплового и электрического поведения рано в разработке, что важно для достижения перед обязательством к дорогим прототипам. С симуляцией они могли моделировать и уточнять поведение системы под нагрузкой, обеспечивая пиковую производительность на трассе с минимальным временем простоя.

Выбор ячейки имеет значение

About:Energy работает схематическими изображениями в своих симуляциях, как эта модель батарейного пакета. (Изображение: About:Energy)

Одной из основ этого успеха был их выбор батарейных ячеек. McMurtry использовал Molicel P50B — высокопроизводительную ячейку, известную своим редким сочетанием высокой плотности энергии и низкого внутреннего сопротивления. В высокомощных приложениях внутреннее сопротивление — критически важный фактор, так как оно определяет, сколько тепла генерируется, когда батарея толкается к пределу. Многие высокоемкостные ячейки генерируют слишком много тепла для жизнеспособности в гонках, но низкое сопротивление P50B сделало его идеальным кандидатом в данном случае.

Симуляция позволила McMurtry интегрировать P50B в архитектуру автомобиля быстро. Инженеры могли виртуально тестировать системы охлаждения, срок службы батареи и стратегии зарядки без постройки единого физического компонента. Виртуально-первый подход как тот помог оптимизировать как батарейный пакет, так и всю систему управления энергией автомобиля.

Симуляция настолько хороша, насколько хороши данные, которые её информируют, поэтому точность интегральна к её успеху. Именно поэтому высокоточные модели батарей, разработанные из детальных электрохимических разборок и обширных реальных тестов, настолько ценны. Эти модели обеспечивают точные предсказания производительности батареи под широким спектром операционных условий, включая экстремальные сценарии «использования и злоупотребления», типичные для гонок и других высоконагруженных сред.

Команда McMurtry интегрировала эти передовые модели в свой рабочий процесс, запуская детальные тепловые, жизненного цикла и производительности симуляции. Точность была настолько высокой, что результаты могли напрямую сравниваться с реальными данными трассы. Этот тесный цикл обратной связи позволил быструю, основанную на данных уточнение прототипных дизайнов, сокращая время разработки и повышая уверенность в конечном продукте.

Больше симуляций в больше местах

Хотя симуляция — мощный инструмент для раскрытия ценности в разработке батарей, она остается недоиспользованной во многом в отрасли. Компании вроде McMurtry, с длинной историей в моторспорте, смогли использовать эти передовые инструменты благодаря своей глубокой внутренней экспертизе. About:Energy помогает изменить это. Снижая барьеры входа и упрощая доступ к высокоточным моделям, компании, работающие в автомобильной, авиационной, дрон- и космических секторах, теперь могут внедрять симуляцию в свой процесс разработки гораздо раньше, выравнивая поле и ускоряя инновации.

Этот сдвиг имеет значение. Способность исследовать более широкое дизайн-пространство в виртуальной среде трансформирует способ работы инженеров. Это позволяет командам тестировать новые концепции, материалы и химии ячеек без обязательства к физическим прототипам. Это геймчейнджер для меньших, гибких компаний вроде McMurtry, которые часто работают под жесткими бюджетными и временными ограничениями. Виртуальное тестирование дает им способность двигаться быстрее, снижать риск и конкурировать с гораздо более крупными производителями.

Влияние идет далеко за пределы трассы. Симуляция батарей помогает командам принимать более умные решения о быстрой зарядке, тепловом управлении и системной безопасности. Она поддерживает более быструю интеграцию новых форматов ячеек и химий, что критично в области, где циклы инноваций только ускоряются.

То, что когда-то было специализированной способностью, теперь становится краеугольным камнем современной EV-разработки. Симуляция доставляет скорость, точность и гибкость — качества, необходимые для сохранения конкурентоспособности в передовиой электрификации.

Для компаний, ведущих заряд, симуляция — больше чем инструмент. Это стратегический энейблер, превращающий смелые идеи в высокопроизводительные машины, переопределяющие то, что электромобили могут достичь. По мере того как отрасль продолжает эволюционировать, симуляция останется жизненно важной силой, уполномачивающей инженеров толкать пределы батарейных технологий и приближать будущее быстрее.

Киран О'Реган — сооснователь и Chief Growth Officer в About:Energy (Лондон, Великобритания). Для получения дополнительной информации посетите здесь.