Повышение производительности электромобилей:возможности моделирования аккумуляторов

McMurtry Spéirling PURE VP1, клиентская версия рекордного автомобиля стартапа Goodwood, который был разработан с использованием инструментов моделирования аккумуляторов About:Energy. (Изображение:Макмертри)

В сегодняшнюю эпоху электричества определение понятия «высокая производительность» переписывается благодаря электрическим спортивным автомобилям, суперкарам и гиперкарам, расширяющим границы, которые когда-то считались недостижимыми. Даже Формула 1, к удивлению многих, перешла на электрификацию путем интеграции гибридных электрических систем на вершине автоспорта. Каждое потрясающее время от 0 до 60 миль в час или рекордный круг обеспечивается тщательно спроектированной аккумуляторной системой. Эта точность все чаще обеспечивается технологиями моделирования.

Моделирование при разработке аккумуляторов стало революционным инструментом, предоставляющим инженерам средства для проектирования высокопроизводительных электромобилей быстрее, эффективнее и с меньшими затратами. Объединив современное программное обеспечение с точными электрохимическими данными, автопроизводители теперь могут разрабатывать и оптимизировать аккумуляторные системы в виртуальной среде, что приводит к снижению рисков, сокращению циклов разработки и транспортным средствам, которые быстрее выходят на дороги и трассы.

Работа, которую About:Energy проделала с McMurtry Automotive, является примером того, насколько эффективным может быть моделирование аккумуляторов. Можно с уверенностью сказать, что опытная команда несколько ошеломила мир своим гиперкаром Spéirling, разогнавшись от 0 до 60 миль в час всего за 1,4 секунды во время рекордного забега на Фестивале скорости в Гудвуде в 2022 году. что представляет собой сокращение более чем на 70 процентов.

Расширенные инструменты моделирования в лаборатории About:Energy помогают инженерам анализировать данные о производительности аккумуляторов. (Изображение:О проекте:Энергия)

Высокопроизводительным электромобилям, таким как Spéirling, приходится справляться с более высокими физическими требованиями и нагрузками, чем более традиционным дорожным электромобилям. Они должны выдерживать экстремальное ускорение, быстрые циклы разрядки и перезарядки, а также постоянные высокие тепловые нагрузки — все это условия, которые оказывают огромную нагрузку на элементы и системы батареи. Удовлетворение этих требований требует большей степени уверенности и точности на этапе разработки, и моделирование предлагает именно это.

Команда инженеров Макмертри намеревалась создать аккумуляторную систему, которая могла бы обеспечивать максимальную мощность, оставаясь при этом в безопасных тепловых и электрических пределах. Их целью было синхронизировать температуру и состояние заряда (SoC), чтобы оба одновременно достигли своих рабочих порогов. Достижение этого тонкого баланса означало моделирование теплового и электрического поведения на ранних этапах разработки, чего важно достичь, прежде чем приступать к созданию дорогостоящих прототипов. С помощью моделирования они смогли смоделировать и уточнить поведение системы в условиях стресса, обеспечивая максимальную производительность при минимальном времени простоя.

Выбор ячейки имеет значение

О проекте:Energy работает со схематическими изображениями в своих симуляциях, например, с моделью аккумуляторной батареи. (Изображение:О проекте:Энергия)

Одной из основ этого успеха стал выбор аккумуляторных элементов. Макмертри использовал P50B компании Molicel, высокопроизводительный элемент, известный своим редким сочетанием высокой плотности энергии и низкого внутреннего сопротивления. В приложениях с высокой мощностью внутреннее сопротивление является критическим фактором, поскольку оно определяет, сколько тепла выделяется при сильном нажатии на батарею. Многие аккумуляторы высокой емкости выделяют слишком много тепла, чтобы их можно было использовать в гонках, но низкое сопротивление P50B сделало его идеальным кандидатом в этом случае.

Инженеры могут программировать модели аккумуляторов About:Energy для оптимизации производительности. (Изображение:О проекте:Энергетика)

Моделирование позволило Макмертри быстро интегрировать P50B в архитектуру автомобиля. Инженеры могли виртуально тестировать системы охлаждения, срок службы аккумуляторов и стратегии зарядки, не создавая ни одного физического компонента. Подобный виртуальный подход помог оптимизировать как аккумуляторную батарею, так и всю систему управления энергопотреблением автомобиля.

Моделирование настолько хорошо, насколько хороши данные, на которых оно основано, поэтому точность является неотъемлемой частью его успеха. Вот почему высокоточные модели аккумуляторов, разработанные на основе подробного электрохимического разбора и обширных испытаний в реальных условиях, так ценны. Эти модели позволяют точно прогнозировать производительность аккумулятора в широком диапазоне условий эксплуатации, включая экстремальные сценарии «использования и злоупотребления», типичные для гонок и других напряженных условий.

Команда Макмертри интегрировала эти усовершенствованные модели в свой рабочий процесс, выполнив детальное моделирование температур, жизненного цикла и производительности. Точность была настолько высокой, что результаты можно было напрямую сравнивать с реальными данными треков. Такая тесная обратная связь позволила быстро и на основе данных усовершенствовать конструкции прототипов, сократить время разработки и повысить уверенность в конечном продукте.

Больше симуляций в большем количестве мест

О проекте:Инженеры-энергетики проводят испытания аккумуляторов на ездовом цикле, чтобы имитировать реальную производительность электромобиля. (Изображение:О проекте:Энергия)

Хотя моделирование является мощным инструментом для раскрытия преимуществ разработки аккумуляторов, в большей части отрасли оно по-прежнему используется недостаточно. Такие компании, как McMurtry, имеющие долгую историю в автоспорте, смогли использовать эти передовые инструменты благодаря своему глубокому внутреннему опыту. О:Энергетика помогает изменить это. Снижая входные барьеры и упрощая доступ к высококачественным моделям, компании, работающие в автомобильной, авиационной, беспилотной и космической отраслях, теперь могут гораздо раньше включать моделирование в процесс разработки, выравнивая правила игры и ускоряя инновации.

Этот сдвиг имеет значение. Возможность исследовать более широкое пространство проектирования в виртуальной среде меняет методы работы инженеров. Это позволяет командам тестировать новые концепции, материалы и химический состав клеток, не прибегая к созданию физических прототипов. Это меняет правила игры для небольших, гибких компаний, таких как McMurtry, которые часто работают в условиях ограниченного бюджета и времени. Виртуальное тестирование дает им возможность действовать быстрее, снижать риски и конкурировать с гораздо более крупными производителями.

Эффект выходит далеко за пределы гоночной трассы. Моделирование аккумуляторов помогает командам принимать более разумные решения в отношении быстрой зарядки, управления температурным режимом и безопасности системы. Он поддерживает более быструю интеграцию новых форматов клеток и химических процессов, что имеет решающее значение в области, где инновационные циклы только ускоряются.

То, что когда-то было специализированной возможностью, теперь становится краеугольным камнем современного развития электромобилей. Моделирование обеспечивает скорость, точность и гибкость — качества, которые необходимы для сохранения конкурентоспособности в сфере передовой электрификации.

Для компаний, занимающих лидирующие позиции, моделирование — это больше, чем инструмент. Это стратегический инструмент, превращающий смелые идеи в высокопроизводительные машины, которые переопределяют возможности электромобилей. Поскольку отрасль продолжает развиваться, моделирование будет оставаться жизненно важной силой, позволяя инженерам расширять границы аккумуляторных технологий и приближать будущее быстрее.

Киран О’Риган — соучредитель и директор по развитию компании About:Energy (Лондон, Великобритания). Для получения дополнительной информации посетите здесь  .