高性能 EV の向上:バッテリー シミュレーションの力

McMurtry Spéirling PURE VP1 は、About:Energy のバッテリー シミュレーション ツールを使用して開発された、スタートアップの記録破りのグッドウッド車の顧客バージョンです。 (画像:マクマートリー)

今日の電気時代では、電気スポーツカー、スーパーカー、ハイパーカーがかつては到達不可能と考えられていた限界を押し広げ、「高性能」の定義が書き換えられています。多くの人にとって非常に驚くべきことに、F1 でさえ、モータースポーツの頂点にハイブリッド電気システムを統合することによって電動化を受け入れています。時速 0 マイルから 60 マイルまでの驚異的なタイムや記録破りのラップは、正確に設計されたバッテリー システムによって支えられています。その精度はますますシミュレーション テクノロジーによって推進されています。

バッテリー開発におけるシミュレーションは革新的なツールとして登場し、エンジニアは高性能電気自動車をより速く、より効率的に、より低コストで設計する手段を得ることができます。高度なソフトウェアと正確な電気化学データを組み合わせることで、自動車メーカーは仮想環境でバッテリー システムを開発および最適化できるようになり、リスクが軽減され、開発サイクルが短縮され、車両がより早く道路やサーキットに到達できるようになります。

About:Energy が McMurtry Automotive と行った取り組みは、バッテリー シミュレーションがいかに効果的であるかを示す一例です。経験豊富なチームは、2022 年のグッドウッド フェスティバル オブ スピードでの記録樹立走行で、わずか 1.4 秒で時速 0 マイルから 100 マイルに達し、スピリング ハイパーカーで世界を驚かせたと言っても過言ではありません。しかし、見出しを飾ったパフォーマンスを超えて、最も印象的な偉業は、舞台裏で何が起こったかかもしれません。最先端のバッテリー シミュレーション ツールを使用して、マクマートリーは数カ月に及ぶバッテリー パックの設計プロセスをわずか数週間に圧縮し、コストの削減を実現しました。 70% 以上。

About:Energy ラボの高度なモデリング ツールは、エンジニアがバッテリーのパフォーマンス データを分析するのに役立ちます。 (画像:About:Energy)

シュペールリングのような高性能 EV は、従来の公道走行用電気自動車よりも高い物理的要求と負荷に対処する必要があります。極度の加速、急速な放電と再充電のサイクル、継続的な高い熱負荷に耐える必要がありますが、これらはすべてバッテリーのセルとシステムに多大なストレスを与える条件です。これらの要求を満たすには、開発段階でより高い信頼性と精度が必要ですが、シミュレーションはまさにそれを提供します。

マクマートリーのエンジニアリング チームは、安全な熱的および電気的制限内に保ちながら最大電力を供給できるバッテリー システムの構築に着手しました。彼らの目標は、温度と充電状態 (SoC) を同期させ、両方が同時に動作しきい値に近づくようにすることでした。この微妙なバランスを達成するには、開発の初期段階で熱的および電気的動作をシミュレーションする必要があります。これは、高価なプロトタイプに着手する前に達成することが重要です。シミュレーションを使用すると、ストレス下でのシステムの動作をモデル化して改良することができ、最小限のダウンタイムで軌道上の最高のパフォーマンスを実現できます。

セルの選択は重要

About:Energy は、このバッテリー パック モデルのような模式図イメージをシミュレーションで使用します。 (画像:About:Energy)

この成功の基盤の 1 つは、バッテリー セルの選択でした。マクマートリーはモリセルの P50B を使用しました。これは、高エネルギー密度と低い内部抵抗の珍しい組み合わせで知られる高性能セルです。高出力アプリケーションでは、バッテリーが強く押されたときに生成される熱の量を決定するため、内部抵抗は重要な要素です。多くの大容量セルは発熱が多すぎてレース環境では使用できませんが、P50B の抵抗が低いため、この例では理想的な候補となりました。

エンジニアは、About:Energy のバッテリー シミュレーション モデルをプログラムして、パフォーマンスを最適化できます。 (画像:About:Energy)

シミュレーションにより、マクマートリー氏は P50B を車のアーキテクチャに迅速に統合することができました。エンジニアは、単一の物理コンポーネントを構築することなく、冷却システム、バッテリー寿命、充電戦略を仮想的にテストできます。このような仮想ファーストのアプローチは、バッテリー パックと車両のエネルギー管理システム全体の両方を最適化するのに役立ちました。

シミュレーションは、それを伝えるデータによって決まるため、成功には精度が不可欠です。だからこそ、詳細な電気化学分解と広範な実世界でのテストから開発された忠実度の高いバッテリー モデルが非常に価値があるのです。これらのモデルにより、レースやその他の高ストレス環境で典型的な極端な「使用と乱用」シナリオを含む、幅広い動作条件下でのバッテリー性能の正確な予測が可能になります。

マクマートリー氏のチームは、これらの高度なモデルをワークフローに統合し、詳細な熱、ライフサイクル、パフォーマンスのシミュレーションを実行しました。精度が非常に高かったため、結果を現実世界のトラックデータと直接比較できました。この緊密なフィードバック ループにより、プロトタイプ設計をデータに基づいて迅速に改良することができ、開発時間が短縮され、最終製品の信頼性が高まりました。

より多くの場所でより多くのシミュレーション

概要:エネルギー エンジニアは、実際の EV のパフォーマンスをシミュレートするためにバッテリーの駆動サイクル テストを実施します。 (画像:About:Energy)

シミュレーションはバッテリー開発の価値を引き出す強力なツールですが、業界の多くでは依然として十分に活用されていません。モータースポーツで長い歴史を持つマクマートリーのような企業は、社内の深い専門知識のおかげで、これらの高度なツールを活用することができました。概要:エネルギーはそれを変えるのに役立っています。参入障壁を下げ、忠実度の高いモデルへのアクセスを簡素化することで、自動車、航空、ドローン、宇宙分野に取り組む企業は、はるかに早い段階でシミュレーションを開発プロセスに組み込むことができ、競争条件を平等にし、イノベーションを加速させることができます。

この変化が重要です。仮想環境でより広範な設計空間を探索できる機能により、エンジニアの働き方が変わりつつあります。これにより、チームは物理的なプロトタイプに頼ることなく、新しい概念、材料、細胞の化学反応をテストできます。これは、厳しい予算と時間の制約の下で事業を行うことが多いマクマートリーのような小規模で機敏な企業にとって、状況を一変させるものです。仮想テストにより、より迅速に行動し、リスクを軽減し、はるかに大きなメーカーと競争できるようになります。

その影響は競馬場をはるかに超えています。バッテリー シミュレーションは、チームが急速充電、熱管理、システムの安全性に関してより賢明な意思決定を行うのに役立ちます。新しい細胞形式と化学的性質のより迅速な統合をサポートします。これは、イノベーション サイクルが加速するばかりの分野では非常に重要です。

かつては特殊な機能であったものが、現在では現代の EV 開発の基礎となりつつあります。シミュレーションは、スピード、正確さ、柔軟性を実現します。これらの品質は、高度な電動化において競争力を維持するために不可欠です。

最先端の企業にとって、シミュレーションは単なるツール以上のものです。これは戦略的イネーブラーであり、大胆なアイデアを高性能マシンに変え、電気自動車が達成できることを再定義します。業界が進化し続ける中、シミュレーションは今後も重要な力であり、エンジニアがバッテリー技術の限界を押し広げ、より早く未来を近づけることができるようになります。

キーラン・オレガン氏は、About:Energy (英国ロンドン) の共同創設者兼最高成長責任者です。詳細については、 ここをご覧ください。