고성능 EV 향상:배터리 시뮬레이션의 힘

McMurtry Spéirling PURE VP1은 About:Energy의 배터리 시뮬레이션 도구를 사용하여 개발된 스타트업의 기록적인 Goodwood 자동차의 고객 버전입니다. (이미지 :McMurtry)

오늘날의 전기 시대에는 전기 스포츠카, 슈퍼카, 하이퍼카가 등장하면서 한때 불가능하다고 생각했던 한계를 뛰어넘는 '고성능'의 정의가 다시 쓰여지고 있습니다. 많은 사람들이 매우 놀랍게도 포뮬러 1조차도 모터스포츠의 정점에 하이브리드 전기 시스템을 통합하여 전기화를 수용했습니다. 모든 입이 떡 벌어지는 0~60mph의 속도나 기록적인 랩 속도는 정밀하게 설계된 배터리 시스템으로 뒷받침됩니다. 이러한 정확성은 시뮬레이션 기술에 의해 점점 더 좌우되고 있습니다.

배터리 개발 시뮬레이션은 엔지니어에게 고성능 전기 자동차를 더 빠르고 효율적이며 저렴한 비용으로 설계할 수 있는 수단을 제공하는 혁신적인 도구로 등장했습니다. 고급 소프트웨어와 정확한 전기화학 데이터를 결합함으로써 자동차 제조업체는 이제 가상 환경에서 배터리 시스템을 개발 및 최적화할 수 있어 위험이 줄어들고 개발 주기가 단축되며 차량이 도로와 트랙에 더 빨리 도달할 수 있습니다.

About:Energy가 McMurtry Automotive와 함께 수행한 작업은 배터리 시뮬레이션이 얼마나 효과적인지 보여주는 예입니다. 노련한 팀이 Spéirling 하이퍼카로 세상을 다소 놀라게 했다고 해도 과언이 아닙니다. 2022년 Goodwood Festival of Speed에서 기록적인 주행 중 단 1.4초 만에 0~60mph를 달성했습니다. 하지만 헤드라인을 장식한 성능 외에도 가장 인상적인 업적은 무대 뒤에서 일어난 일일 수 있습니다. McMurtry는 최첨단 배터리 시뮬레이션 도구를 사용하여 몇 달에 걸친 배터리 팩 설계 프로세스를 단 몇 주로 단축했습니다. 70%가 넘습니다.

About:Energy 연구소의 고급 모델링 도구는 엔지니어가 배터리 성능 데이터를 분석하는 데 도움이 됩니다. (이미지:About:에너지)

Spéirling과 같은 고성능 EV는 기존의 도로 주행 전기 자동차보다 더 높은 물리적 요구 사항과 부하를 견뎌야 합니다. 배터리는 배터리 셀과 시스템에 막대한 스트레스를 가하는 극단적인 가속, 빠른 방전 및 재충전 주기, 지속적으로 높은 열 부하를 견뎌야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족하려면 개발 단계에서 더 높은 수준의 자신감과 정확성이 필요하며 시뮬레이션은 바로 이를 제공합니다.

McMurtry의 엔지니어링 팀은 안전한 열 및 전기 제한 내에서 최대 전력을 제공할 수 있는 배터리 시스템을 구축하기 시작했습니다. 그들의 목표는 온도와 충전 상태(SoC)를 동기화하여 둘 다 동시에 작동 임계값에 도달하도록 하는 것이었습니다. 이러한 섬세한 균형을 달성한다는 것은 개발 초기에 열 및 전기적 동작을 시뮬레이션하는 것을 의미하며, 이는 비용이 많이 드는 프로토타입을 제작하기 전에 달성하는 것이 중요합니다. 시뮬레이션을 통해 스트레스 상황에서 시스템 동작을 모델링하고 개선하여 다운타임을 최소화하면서 트랙에서 최고의 성능을 발휘할 수 있었습니다.

셀 선택의 중요성

About:Energy는 배터리 팩 모델과 같은 시뮬레이션에서 도식 이미지를 사용하여 작동합니다. (이미지:About:에너지)

이러한 성공의 기초 중 하나는 배터리 셀의 선택이었습니다. McMurtry는 높은 에너지 밀도와 낮은 내부 저항이 결합된 희귀한 고성능 셀인 Molicel의 P50B를 사용했습니다. 고전력 애플리케이션에서는 내부 저항이 배터리를 세게 눌렀을 때 발생하는 열의 양을 결정하는 중요한 요소입니다. 많은 대용량 셀은 경주 환경에서 실행하기에는 너무 많은 열을 발생시키지만 P50B의 낮은 저항으로 인해 이 경우 이상적인 후보가 되었습니다.

엔지니어는 About:Energy의 배터리 시뮬레이션 모델을 프로그래밍하여 성능을 최적화할 수 있습니다. (이미지:About:에너지)

시뮬레이션을 통해 McMurtry는 P50B를 자동차 아키텍처에 신속하게 통합할 수 있었습니다. 엔지니어는 단일 물리적 구성 요소를 구축하지 않고도 냉각 시스템, 배터리 수명 및 충전 전략을 가상으로 테스트할 수 있습니다. 이와 같은 가상 우선 접근 방식은 배터리 팩과 차량의 전체 에너지 관리 시스템을 모두 최적화하는 데 도움이 되었습니다.

시뮬레이션은 정보를 제공하는 데이터만큼만 우수하므로 정확성은 성공의 필수 요소입니다. 그렇기 때문에 상세한 전기화학적 분해와 광범위한 실제 테스트를 통해 개발된 충실도가 높은 배터리 모델이 매우 중요합니다. 이러한 모델을 사용하면 경주 및 기타 스트레스가 심한 환경에서 흔히 볼 수 있는 극단적인 '사용 및 남용' 시나리오를 포함하여 광범위한 작동 조건에서 배터리 성능을 정확하게 예측할 수 있습니다.

McMurtry 팀은 이러한 고급 모델을 워크플로에 통합하여 상세한 열, 수명 주기 및 성능 시뮬레이션을 실행했습니다. 정확도가 너무 높아 결과를 실제 트랙 데이터와 직접 비교할 수 있었습니다. 이러한 긴밀한 피드백 루프를 통해 프로토타입 디자인을 신속하게 데이터 기반으로 개선하여 개발 시간을 단축하고 최종 제품에 대한 신뢰도를 높일 수 있었습니다.

더 많은 장소에서 더 많은 시뮬레이션

정보:에너지 엔지니어는 실제 EV 성능을 시뮬레이션하기 위해 배터리에 대한 주행 사이클 테스트를 수행합니다. (이미지:About:에너지)

시뮬레이션은 배터리 개발의 가치를 실현하기 위한 강력한 도구이지만 업계 전반에서 아직 활용도가 낮습니다. 모터스포츠 분야에서 오랜 역사를 갖고 있는 McMurtry와 같은 회사는 심층적인 내부 전문 지식 덕분에 이러한 고급 도구를 활용할 수 있었습니다. 소개:에너지는 이러한 변화를 돕고 있습니다. 진입 장벽을 낮추고 고품질 모델에 대한 액세스를 단순화함으로써 자동차, 항공, 드론 및 우주 부문에 종사하는 기업은 이제 훨씬 더 일찍 개발 프로세스에 시뮬레이션을 도입하여 공평한 경쟁의 장을 마련하고 혁신을 가속화할 수 있습니다.

이 변화가 중요합니다. 가상 환경에서 더 넓은 설계 공간을 탐색할 수 있는 능력은 엔지니어의 작업 방식을 변화시키고 있습니다. 이를 통해 팀은 실제 프로토타입을 제작하지 않고도 새로운 개념, 재료 및 셀 화학을 테스트할 수 있습니다. 이는 종종 빠듯한 예산과 시간 제약 하에 운영되는 McMurtry와 같은 소규모의 민첩한 회사에게는 판도를 바꾸는 것입니다. 가상 테스트를 통해 더 빠르게 움직이고 위험을 줄이며 훨씬 더 큰 제조업체와 경쟁할 수 있는 능력을 얻을 수 있습니다.

그 영향은 경마장을 훨씬 뛰어넘습니다. 배터리 시뮬레이션은 팀이 빠른 충전, 열 관리 및 시스템 안전에 대해 보다 현명한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다. 이는 혁신 주기가 가속화되는 분야에서 매우 중요한 새로운 셀 형식과 화학 물질의 보다 빠른 통합을 지원합니다.

한때 전문적인 기능이었던 것이 이제는 현대 EV 개발의 초석이 되고 있습니다. 시뮬레이션은 첨단 전기화 분야에서 경쟁력을 유지하는 데 필수적인 특성인 속도, 정확성 및 유연성을 제공합니다.

이러한 변화를 선도하는 기업에게 시뮬레이션은 도구 이상의 의미를 갖습니다. 이는 대담한 아이디어를 전기 자동차가 달성할 수 있는 것을 재정의하는 고성능 기계로 바꾸는 전략적 조력자입니다. 업계가 계속해서 발전함에 따라 시뮬레이션은 엔지니어가 배터리 기술의 한계를 뛰어넘고 미래를 더 가까이, 더 빠르게 가져올 수 있도록 지원하는 중요한 힘으로 남을 것입니다.

Kieran O'Regan은 About:Energy(영국 런던)의 공동 창립자이자 최고 성장 책임자입니다. 자세한 내용을 보려면 여기를 방문하세요.  .