독일 아우디, Simcenter Solution으로 EV 배터리 시뮬레이션의 정확도와 속도를 향상

 

1) 더욱 안전하고 안정적인 EV 배터리 개발

 - EV 배터리의 열 성능을 정확하게 예측하는 것은 아마도 자동차 OEM(Original Equipment Manufacturer)이 직면한 가장 중요한 과제일 것입니다. 배터리에는 고장을 방지하기 위해 작동할 수 있는 온도 영역이 있습니다. 배터리가 이 영역을 벗어나면 배터리 수명이 단축되거나 탑승자의 안전이 위태로워질 수도 있습니다.

 따라서 우수한 프리미엄 차량으로 전 세계적으로 알려진 브랜드인 아우디가 고전압 배터리 시스템 컨셉 개발을 전담하는 고도로 전문화된 팀을 구성한 것은 놀라운 일이 아닙니다. 독일에 위치한 이 팀의 기여는 내일의 이동성을 설계하고 디지털, 전기 및 지속 가능한 탁월한 운전 경험을 보장하려는 아우디의 비전에 매우 중요합니다.

2) 열 모델 정확도 향상

 - 컨셉 개발 엔지니어인 Joohwa Sarah Lee는 이 팀의 일원이며 배터리 열 성능을 전문으로 합니다.

 그들은 정확한 열 시뮬레이션 모델을 구축하는 것이 중요한 측면이었습니다. 모델은 배터리의 열 성능을 최적화에 직접적으로 기여하기 때문입니다.

 2021년에 아우디 엔지니어팀은 특정 사례와 조건에서 시뮬레이션 결과가 테스트 측정값과 일치하지 않는다는 사실을 발견했습니다. 결과적으로 이러한 시뮬레이션 모델의 품질을 향상시키기 위해 SIEMENS Software를 선택하여 면밀하게 검토했습니다.

 그들은 Simcenter의 도구를 통해 1D와 3D 모델뿐만 아니라 타사 도구와의 연결도 원활하게 할 수 있었기 때문에 Simcenter를 선택했습니다.

3) 1D 및 3D 시뮬레이션 결합

 - 전통적으로 모듈 및 팩 형상은 3D 전산유체역학(CFD) 열 시뮬레이션을 사용하여 모델링되었습니다. 이 방법은 계산 비용이 많이 들고 완료하는 데 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 또한, 정확한 3D 모델을 제작하기 위해서는 매개변수에 대한 폭넓은 지식과 3D 시뮬레이션 경험이 필요합니다. 1D 시스템 시뮬레이션을 수행하는 것이 훨씬 빠르지만 정확도를 저하시키지 않고 3D 모델에서 1D 모델을 생성하는 것이 어려운 경우가 많습니다.

 그러나 Simcenter Solution으로 초기 전략 개발부터 나머지 차량 하위 시스템 검증에 이르기까지 Audi의 배터리 관리 시스템을 지원하기 위해 더 빠르고 정확한 배터리 스택 열 모델을 생성하기 시작했습니다. 이러한 모델은 전류, 냉각수 온도 변화, 1D 전기 모델과의 연결성, MATLAB/Simulink와의 통합 등 여러 매개변수를 고려해야 했습니다. 그들의 팀은 Simcenter 팀에 다양한 시나리오에 대한 테스트 사례와 경계 조건을 제공했습니다.

4) 맞춤형 워크플로

 - Siemens Xcelerator 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스 비즈니스 플랫폼의 일부인 Simcenter STAR-CCM+™ 와  Simcenter Amesim™  소프트웨어를 결합하여 Simcenter Amesim에서 1D 시스템 수준 모델을 생성하는 반자동 워크플로를 개발했습니다 .  3D Simcenter STAR-CCM+ 모델. 이 워크플로의 목적은 Audi의 1D 시뮬레이션 사용자가 1D 시뮬레이션 속도를 유지하면서 3D 모델이 제공하는 높은 수준의 세부 정보를 활용할 수 있도록 하는 것이었습니다.

 지정된 입력을 사용하여  Simcenter STAR-CCM+  는 입구 냉각수 온도, 유량 및 전류와 같이 선택한 설계 공간을 포괄하는 여러 정상 상태 조건을 계산하는 데 사용되었습니다. 그런 다음 데이터를 사용하여 전체 스택에 대한 과도 시나리오를 조사하기 위한 1D 전열 모델을 도출할 수 있습니다.

5) 시간 단축, 정확도 향상

 - Simcenter Engineering Services 전문가가 개발한 워크플로는 배터리 열 시뮬레이션의 계산 시간을 단 몇 분으로 단축했습니다. 가장 생생한 사례 중 하나는 배터리 용량 10%에서 80%까지 EV 배터리 충전 시나리오를 시뮬레이션하는 것입니다. 결론적으로, 충전시나리오의 시뮬레이션 시간을 기존의 1day가 걸렸던 것을 1분 미만으로 줄일 수 있었습니다. 특히, 열 거동의 연구의 경우 시뮬레이션 결과가 크게 개선이 되었습니다.

  향후 그들은 Battery Design Studio를 포함하여 SimCenter 포트폴리오의 다른측면도 함께 탐색할 것입니다.