[Amesim] 전시장을 넘어선 차량 개선 - 스마트 관리를 통한 전기차 배터리 수명 연장

 

전기차가 있습니까?  

최소 200마일(320km)의 주행 거리를 가질 가능성이 높습니다. 

배터리를 교체해야 할 때까지 얼마나 오래 지속될지 생각해 보셨나요? 

전기 자동차는 지속 가능성을 향한 노력의 중요한 부분이며 운전자에게 연료를 크게 절약할 수 있습니다. 하지만 배터리를 교체하는 것은 비용이 많이 들고 합리적인 수명을 달성하지 못하면 배기가스 절감 효과는 무효화됩니다. 

그렇기 때문에 제조업체들은 소비자가 전기차로부터 최대한의 가치를 얻을 수 있도록 전기차 배터리 기술에 많은 투자를 하고 있습니다. 하지만 배터리 설계가 확정되고 차량에 설치되면 이야기는 끝나지 않습니다. 수명은 설계뿐만 아니라 배터리 사용 방식에 따라 결정됩니다.  

그렇다면 배터리 수명을 연장하기 위해 설계 및 제조 공정 외에 무엇을 할 수 있을까요?

소프트웨어 정의 차량

전기 자동차는 배터리 수명을 보호하는 특정 제어 논리로 설계되었지만, 이는 차량이 어떻게 구동될지에 대한 가정에 기반합니다. 그러나 배터리는 환경 조건, 충전 습관 및 주행 스타일에 의해 상당한 영향을 받습니다. 예를 들어, 대부분의 더운 기후에서 고속도로를 운전하는 것은 추운 지역의 도시 주변을 주로 운전하는 것과는 매우 다른 방식으로 배터리를 노화시킵니다. 환경 온도와 습도뿐만 아니라 충전 및 방전의 빈도와 유형 등 모든 종류의 요인이 영향을 미칩니다.

소프트웨어 정의 차량(SDV)은 소프트웨어와 하드웨어가 유연하고 병렬로 정제되는 개발 방법론인 소프트웨어 정의 시스템(SDS)의 하위 집합입니다. 5G 연결을 통해 차량 시스템에 실시간 업데이트를 통해 기능을 추가하고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이는 일반적으로 고급 운전자 보조 시스템(ADAS) 업데이트에 사용되어 왔지만, 차량이 디지털화됨에 따라 소프트웨어 기반 대시보드 및 구성 요소 성능과 같은 더 많은 시스템으로 확장하려는 추세입니다.

이러한 추세가 계속됨에 따라 제조업체는 판매 후에도 차량을 지속적으로 최적화하여 성능을 향상시키고 수명을 연장할 수 있는 기회를 얻게 됩니다. 배터리는 이에 적합한 후보입니다. 일부 휴대폰에 일반적인 사용 용도를 이해하고 배터리 수명을 유지하기 위해 충전을 변경하는 어댑티브 충전이라는 기능이 있는 것과 마찬가지로 차량에도 동일한 기능을 사용할 수 있습니다. 이 기능은 운전자가 차량이 어떻게 사용되고 있는지에 대해 더 많이 알게 되면 구성을 분석하고 조정하기 위해 구매할 수 있는 애드온 구독으로 판매될 수 있습니다.

무선 전기차 배터리 관리

심센터 엔지니어링 서비스는 무선 연결을 통해 운전자의 습관을 분석하고 이에 따라 전기차 배터리 관리 시스템(BMS)을 무선 연결을 통해 무선으로 조정하는 솔루션을 설계했습니다. 여기에는 안전하고 효율적인 작동을 보장하고 배터리 수명을 연장하는 충전, 방전, 셀 밸런싱 및 열 관리가 포함됩니다.

좋은 점은 해결책의 핵심 구성 요소 중 하나가 이미 존재한다는 것입니다.

디지털 트윈은 프로토타입 제작 전에 디자인을 최적화하는 데 일반적으로 사용됩니다. 이제 이러한 가상 모델은 차량의 수명 동안에도 가치를 계속 제공할 수 있습니다.

차량에는 데이터를 처리하고 충전 빈도, 일반적으로 충전되는 수준, 사용되는 충전소 유형 등 배터리의 주요 정보를 추출하는 엣지 장치가 장착되어 있습니다. 그런 다음 이 정보는 클라우드 기반 애플리케이션인 심센터 스튜디오로 전송되며, 심센터 스튜디오는 데이터를 사용하여 고객 프로필을 도출하고 향후 차량 사용 상황을 예측하는 강화 학습(RL) 에이전트를 제공합니다.

모델을 학습 환경으로 사용하고 제어 수정이 배터리에 미치는 영향에 따라 보상이나 페널티를 받아 학습합니다. 마지막으로 배터리 수명을 얼마나 연장할 수 있는지 추정한 다음 이를 드라이버에게 전송하여 BMS에 새로운 설정을 적용할 수 있는 옵션을 제공합니다.

이 제안된 솔루션을 실제 차량에 적용하기 전에 효과를 입증하기 위해 심센터 엔지니어링 서비스의 엔지니어들은 전체 프로세스를 시뮬레이션했습니다. 이들은 심센터 아메심에서 개발한 기존 디지털 트윈을 사용하여 수년에 걸쳐 다양한 운전자 프로필을 시뮬레이션하고 AI 에이전트의 성능을 테스트하는 데 필요한 모든 데이터를 생성했습니다.

그들은 Simcenter Testlab RT로 가져오기 위해 기능성 목업 유닛(FMU)을 만들었습니다. 이 장치는 실제 차량이 온도, 전류 전압, 속도, 토크 등을 측정하는 데 필요한 모든 가상 센서를 갖추고 있습니다. 이를 통해 다양한 운전자 프로필에 대해 BMS가 어떻게 업데이트되는지 시연하고 각 경우에 따라 배터리 수명이 얼마나 연장될지 추정할 수 있습니다.

배터리를 넘어서

프로젝트의 첫 번째 단계는 모든 것을 가상으로 시연하는 것이며, 그 결과는 곧 공개될 예정입니다. 다음으로 가상 모델에 물리적 배터리를 추가하여 BMS 변경 사항이 실제 하드웨어의 배터리 수명을 개선하고 있는지 확인합니다.

이러한 기술의 사용은 차량의 수명 전반에 걸쳐 성능을 최적화하고 개선할 수 있는 많은 가능성을 열어줍니다. 예를 들어, 유사한 프로세스는 배터리 수명뿐만 아니라 주행 거리를 연장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 크루즈 컨트롤과 같은 가장 간단한 ADAS 기능도 에너지를 소비하므로 이 모든 데이터를 기록하고 분석하면 BMS를 전력 제한 설정과 주행 거리 보호에 맞게 조정할 수 있습니다. 또는 디지털 트윈은 다양한 운전자 프로필에 따라 쇼크 업소버와 같은 구성 요소의 마모를 시뮬레이션할 수 있습니다. 그런 다음 배터리 관리 시스템과 마찬가지로 성능 저하를 최소화하고 이러한 구성 요소의 수명을 연장할 수 있도록 조정할 수 있습니다.

가장 좋은 부분은? 필요한 모든 기술은 이미 SimCenter 내에 존재합니다. 특정 차량이나 제품 라인에 적합한 방식으로 도구를 결합할 수 있는 전문 지식을 갖추는 것입니다. 바로 여기서 SimCenter 엔지니어링 서비스 전문가들이 도움을 줄 수 있습니다. 생산 후 성능을 최적화하고 고객 만족도를 개선하며 새로운 수익 모델을 만드는 데 이를 활용하고 싶지 않은 제조업체는 어디일까요?