Výrobce elektrických školních autobusů používá aplikaci Simcenter Amesim k systémovým simulacím a optimalizaci návrhu baterií i řízení teploty

Snaha o udržitelnější urbanizaci

Podle Organizace spojených národů urbanizace rychle roste. Do roku 2030 se předpokládá, že na světě bude existovat 41 megaměst s 10 a více miliony obyvatel. Více lidí znamená více aut na silnici a větší znečištění ovzduší, protože doprava je zdrojem jedné třetiny škodlivých emisí. Znamená to také, že je omezen počet automobilů, které bude infrastruktura schopna pojmout, a proto je důležité vyvíjet udržitelná řešení hromadné dopravy.

To je jeden z důvodů, proč se vedoucí představitelé největších světových měst, tj. 650 milionů obyvatel, rozhodli vytvořit skupinu C40 Cities Climate Leadership Group, která se bude zabývat změnami klimatu a zavede ve městech opatření s cílem snížit emise skleníkových plynů a dopravní zácpy. Zavazují se, že do roku 2025 zavedou pouze autobusy s nulovými emisemi, které, jak doufají, povedou k zeleným a zdravým ulicím bez všudypřítomných pevných částic v ovzduší.

Simcenter Amesim vehicle model.

Zvyšování celkové kvality života

Cílem společnosti Lion Electric od jejího založení v roce 2011 bylo zajistit udržitelnou veřejnou dopravu. Společnost má sídlo v Saint-Jérôme v Québecu v Kanadě a provádí návrh, vývoj a výrobu plně elektrických autobusů, minibusů pro školy a městských nákladních vozidel. Společnost věří, že přechod na elektrická vozidla povede k zásadnímu zlepšení životního prostředí a celkové kvality života.

Simcenter Amesim battery model.

Řešení nových technických problémů ve vývoji výrobků

Vývoj autobusu s elektrickým pohonem přináší nové a náročné technické problémy, například tepelnou správu v baterii a také její integraci do celkového vozidla.

Raphael Ouellet, specialista na problematiku pohonných jednotek v týmu Lion Electric, dělí tyto problémy do dvou skupin: „Zaprvé, v případě vozidla poháněného bateriemi je nutné analyzovat podsystémy a získat informace o tom, jaký vliv by měly nabíjecí cykly na kapacitu baterie, dále vyvinout příslušné řešení pro tepelnou správu a stanovit ideální rovnováhu toku chladicí kapaliny v chladicích a topných smyčkách pro celkovou optimalizaci tepelných vlastností. Za druhé, od raného vývoje na úrovni vozidla je nutné posuzovat celkovou výkonnost vozidla v jízdních cyklech, aby bylo možné odhadnout chování ve skutečném provozu.“

All-electric Urban Class 8 truck.

Rychlý vývoj robustního elektrického pohonu

Tyto problémy je třeba brát v potaz již na začátku procesu vývoje výrobku. Díky tomu Lion Electric již od zahájení výroby minimalizuje konstrukční chyby, které by mohly ovlivnit bezpečnost vozidla a způsobit navýšení nákladů a zpoždění uvedení vozidla na trh. K vývoji baterie a vyhodnocení její výkonnosti před jejím integrováním do kompletního vozidla na začátku vývojového cyklu si tým Lion Electric Engineering vybral simulační software Simcenter ™ Amesim ™ společnosti Siemens Digital Industries Software, který je součástí portfolia Simcenter.

Společnost Lion Electric namodelovala návrh své baterie a tepelné správy od nuly. Zpočátku je svými inženýrskými službami podporovala společnost Maya HTT, která jim nabízela podporu a odborné znalosti pro modelování baterie a podílela se na iterativním vývoji optimalizované architektury. Začali navrhovat články a všechny tepelné výměny v izolovaném hliníkovém obalu a poté v celkovém prostředí baterie.

„Aplikace Simcenter Amesim dokáže reprodukovat tepelnou výměnu uvnitř baterie a nucené chlazení vzduchem, díky kterým můžeme vytvořit tu nejlepší architekturu pro všechny komponenty baterie,“ vysvětluje Ouellet. „Společnost Maya HTT nám pomohla najít tu správnou architekturu.“

Křivky napětí naprázdno a vnitřního odporu baterie byly vytvořeny několika kliknutími ze tří datových listů dodavatele.

Po vytvoření návrhu baterie společnost Lion Electric otestovala výkonnost svého fyzického prototypu v klimatizovaném prostředí a upravila digitální model podle výsledků. Testovací fáze zvýšila přesnost modelu z hlediska elektrického výkonu a odvádění tepla.

„Aplikace Simcenter Amesim nám pomohla v důležitém rozhodování již od začátku životního cyklu a v optimalizaci rychlosti uvádění našich výrobků na trh,“ říká Ouellet. „Můžeme také spouštět simulace pro klienty a nabízet jim podrobnosti o očekávaném chování nebo předpokládané výdrži pro konkrétní případ použití.“

Battery cycle profile in Simcenter Amesim.

Uživatelsky přívětivý software, který umožňuje efektivní tvorbu zpráv

Společnost Lion Electric je s aplikací Simcenter Amesim spokojena také díky velmi snadné tvorbě a používání zpráv. Ouellet vysvětluje: „Simcenter Amesim nám umožňuje vytvářet rychlé grafy a zprávy, které používáme v prezentacích.“ V porovnání s tabulkovými výpočty můžeme také zahrnout mnohem více proměnných, což nám umožňuje získat přesnější výsledky. Vše je možné snadno opakovaně spouštět, pokud vedení požaduje úpravy, mohu je rychle implementovat.

„Aplikace Simcenter Amesim nabízí mnoho výhod: Intuitivní rozhraní, výkonné a optimalizované algoritmy, snadno použitelná správa dat (vizualizace, postprocesing, globální parametry atd.) a implementované nástroje (optimalizace, 3D vizualizace atd.) – to vše šetří čas nám i zákazníkům.“

Electric mini school bus.

Snižování nákladů na výrobu

„Nahrazením tabulkového procesoru aplikací Simcenter Amesim můžeme lépe vyhodnocovat výkonnost baterie a provádět detailnější analýzu za stejný čas,“ říká Ouellet. „Stejné množství času věnujeme vývoji, optimalizaci a tvorbě nejvhodnější architektury baterie a související tepelné správy. Díky tomu vyrábíme spolehlivější a vyspělejší výrobky již na začátku výroby.

„Věříme, že tento přístup snižuje naše celkové náklady na vývoj výrobků. Pokud bychom museli výrobek upravovat po zahájení výroby, bylo by to velice nákladné. Opravy chyb návrhu ovlivňujících bezpečnost vozidla jsou noční můrou všech výrobců, proto se jim snažíme vyhnout za každou cenu.“

Ušetřený čas a finance díky simulacím umožňují společnosti Lion Electric zaměřit se na nové inovativní technologie. Ouellet vysvětluje: „Již při zahajování výroby vozidel hledáme způsoby, jak vylepšit systémy pro budoucí generace. Obecně je vždy prostor pro zvyšování efektivity. Máme pod kontrolou veškeré aspekty našich návrhů, díky čemuž vyrábíme mnohem lepší výrobky než společnosti, které elektrizují podvozek a vozidla dodávaná jinými společnostmi.“