Hoogwaardige elektrische voertuigen naar een hoger niveau tillen:de kracht van batterijsimulatie

De McMurtry Spéirling PURE VP1, een klantenversie van de recordbrekende Goodwood-auto van de startup, die werd ontwikkeld met behulp van de batterijsimulatietools van About:Energy. (Afbeelding:McMurtry)

In het huidige elektrische tijdperk wordt de definitie van ‘high-performance’ herschreven, met dank aan elektrische sportwagens, supercars en hypercars die grenzen verleggen waarvan men ooit dacht dat ze onmogelijk te bereiken waren. Zelfs de Formule 1 heeft, voor velen verrassend genoeg, de elektrificatie omarmd door hybride elektrische systemen te integreren in de top van de autosport. Elke adembenemende tijd van 0 tot 100 km/u of elke recordbrekende ronde wordt ondersteund door een accusysteem dat met precisie is ontworpen. Die precisie wordt steeds meer bepaald door simulatietechnologie.

Simulatie bij de ontwikkeling van batterijen is uitgegroeid tot een revolutionair hulpmiddel dat ingenieurs de middelen biedt om sneller, efficiënter en tegen lagere kosten krachtige elektrische voertuigen te ontwerpen. Door geavanceerde software te combineren met nauwkeurige elektrochemische gegevens kunnen autofabrikanten nu accusystemen ontwikkelen en optimaliseren in een virtuele omgeving, wat leidt tot minder risico, kortere ontwikkelingscycli en voertuigen die sneller de weg en het circuit bereiken.

Het werk dat About:Energy deed met McMurtry Automotive is een voorbeeld van hoe effectief batterijsimulatie kan zijn. Het is veilig om te zeggen dat het doorgewinterde team de wereld enigszins heeft verbluft met zijn Spéirling-hypercar, waarmee hij in slechts 1,4 seconden van 0 naar 100 km/uur reed tijdens een recordloop op het Goodwood Festival of Speed in 2022. Maar afgezien van de opvallende prestatie, is de meest indrukwekkende prestatie misschien wel wat er achter de schermen gebeurde:met behulp van de allernieuwste batterijsimulatietools comprimeerde McMurtry een maandenlang ontwerpproces voor batterijpakketten in slechts een paar weken, wat een reductie betekende. van meer dan 70 procent.

Geavanceerde modelleringstools in het About:Energy-lab helpen ingenieurs bij het analyseren van batterijprestatiegegevens. (Afbeelding:Over:Energie)

Krachtige elektrische voertuigen zoals de Spéirling moeten kampen met hogere fysieke eisen en belastingen dan meer conventionele elektrische voertuigen voor op de weg. Ze moeten bestand zijn tegen extreme acceleratie, snelle ontlaad- en oplaadcycli en voortdurende hoge thermische belastingen, allemaal omstandigheden die enorme druk uitoefenen op de cellen en systemen van de batterij. Het voldoen aan deze eisen vereist een grotere mate van vertrouwen en precisie in de ontwikkelingsfase, en simulatie biedt precies dat.

Het technische team van McMurtry wilde een batterijsysteem bouwen dat maximaal vermogen kon leveren en tegelijkertijd binnen veilige thermische en elektrische limieten bleef. Hun doel was om de temperatuur en de laadtoestand (SoC) te synchroniseren, zodat beide tegelijkertijd hun operationele drempels benaderden. Om dat delicate evenwicht te bereiken, moest het thermische en elektrische gedrag vroeg in de ontwikkeling worden gesimuleerd, wat belangrijk is om te bereiken voordat er dure prototypes worden gemaakt. Met simulatie konden ze het systeemgedrag onder stress modelleren en verfijnen, waardoor topprestaties op het goede spoor mogelijk werden met minimale downtime.

Celkeuze is belangrijk

Over:Energy werkt in zijn simulaties met schematische afbeeldingen, zoals deze van een batterijpakketmodel. (Afbeelding:Over:Energie)

Eén van de fundamenten van dit succes was hun keuze voor batterijcellen. McMurtry gebruikte de P50B van Molicel, een krachtige cel die bekend staat om zijn zeldzame combinatie van hoge energiedichtheid en lage interne weerstand. Bij toepassingen met hoog vermogen is de interne weerstand een kritische factor, omdat deze bepaalt hoeveel warmte er wordt gegenereerd als er hard tegen de batterij wordt geduwd. Veel cellen met hoge capaciteit genereren te veel warmte om levensvatbaar te zijn in een racecontext, maar de lage weerstand van de P50B maakte hem in dit geval tot een ideale kandidaat.

Ingenieurs kunnen de batterijsimulatiemodellen van About:Energy programmeren om de prestaties te optimaliseren. (Afbeelding:Over:Energie)

Dankzij simulatie kon McMurtry de P50B snel in de architectuur van de auto integreren. Ingenieurs konden koelsystemen, de levensduur van de batterij en oplaadstrategieën virtueel testen zonder ook maar één fysiek onderdeel te bouwen. Een dergelijke virtual-first-aanpak hielp zowel het accupakket als het volledige energiebeheersysteem van het voertuig te optimaliseren.

Een simulatie is slechts zo goed als de gegevens die eraan ten grondslag liggen, dus nauwkeurigheid is een integraal onderdeel van het succes ervan. Dat is de reden waarom hifi-batterijmodellen, ontwikkeld op basis van gedetailleerde elektrochemische demontages en uitgebreide tests in de praktijk, zo waardevol zijn. Deze modellen maken nauwkeurige voorspellingen mogelijk van de batterijprestaties onder een breed scala aan bedrijfsomstandigheden, inclusief extreme 'gebruiks- en misbruik'-scenario's die typisch zijn voor racen en andere omgevingen met hoge stress.

Het team van McMurtry integreerde deze geavanceerde modellen in hun workflow, waarbij gedetailleerde thermische, levenscyclus- en prestatiesimulaties werden uitgevoerd. De nauwkeurigheid was zo hoog dat de resultaten direct konden worden vergeleken met baangegevens uit de echte wereld. Deze nauwe feedbackloop maakte een snelle, datagestuurde verfijning van prototypeontwerpen mogelijk, waardoor de ontwikkelingstijd werd verkort en het vertrouwen in het eindproduct werd vergroot.

Meer simulaties op meer plaatsen

Over:Energie-ingenieurs voeren rijcyclustests uit op batterijen om de prestaties van elektrische voertuigen in de echte wereld te simuleren. (Afbeelding:Over:Energie)

Hoewel simulatie een krachtig hulpmiddel is om waarde te ontsluiten bij de ontwikkeling van batterijen, wordt het in een groot deel van de industrie nog steeds onderbenut. Bedrijven als McMurtry, met een lange geschiedenis in de autosport, hebben deze geavanceerde tools kunnen benutten dankzij hun diepgaande interne expertise. Over:Energie helpt daar verandering in te brengen. Door de toetredingsdrempels te verlagen en de toegang tot hifi-modellen te vereenvoudigen, kunnen bedrijven die werkzaam zijn in de automobiel-, luchtvaart-, drone- en ruimtevaartsector nu simulatie veel eerder in hun ontwikkelingsproces inbrengen, waardoor het speelveld gelijker wordt en de innovatie wordt versneld.

Deze verschuiving is van belang. De mogelijkheid om een ​​bredere ontwerpruimte in een virtuele omgeving te verkennen transformeert de manier waarop ingenieurs werken. Het stelt teams in staat nieuwe concepten, materialen en celchemie te testen zonder zich te binden aan fysieke prototypes. Dat is een gamechanger voor kleinere, flexibele bedrijven als McMurtry, die vaak met krappe budget- en tijdsbeperkingen opereren. Virtueel testen geeft hen de mogelijkheid om sneller te handelen, risico's te verminderen en te concurreren met veel grotere fabrikanten.

De impact reikt veel verder dan het circuit. Batterijsimulatie helpt teams slimmere beslissingen te nemen over snel opladen, thermisch beheer en systeemveiligheid. Het ondersteunt een snellere integratie van nieuwe celformaten en chemie, wat van cruciaal belang is in een veld waar innovatiecycli alleen maar versnellen.

Wat ooit een gespecialiseerd vermogen was, wordt nu een hoeksteen van de moderne EV-ontwikkeling. Simulatie levert snelheid, nauwkeurigheid en flexibiliteit op; kwaliteiten die essentieel zijn om concurrerend te blijven in geavanceerde elektrificatie.

Voor bedrijven die voorop lopen, is simulatie meer dan een hulpmiddel. Het is een strategische enabler die gedurfde ideeën omzet in krachtige machines die een nieuwe definitie geven van wat elektrische voertuigen kunnen bereiken. Terwijl de industrie zich blijft ontwikkelen, zal simulatie een cruciale kracht blijven, waardoor ingenieurs de grenzen van de batterijtechnologie kunnen verleggen en de toekomst sneller dichterbij kunnen brengen.

Kieran O'Regan is medeoprichter en Chief Growth Officer bij About:Energy (Londen, Verenigd Koninkrijk). Bezoek hier  . voor meer informatie