デジタルツイン技術で次世代のEVバッテリー設計の可能性を解き放つ

よりクリーンで効率的な輸送の必要性が高まるなか、EV革命が本格化しています。この革命の中心にあるのが、EVの航続距離、安全性、性能に直接影響を与える重要なコンポーネント、バッテリーセルです。

ところが、従来のバッテリーセル設計は、複雑な課題に直面しています。航続距離を伸ばすためにエネルギー密度を最大化すると、多くの場合、安全性と寿命が犠牲になります。

そこで、デジタルツイン技術の出番です。現実のバッテリーセルの仮想レプリカを作成することでエンジニアは、設計の最適化、材料の探索、性能特性の予測をすべて単一のシミュレーション環境内で行うことができます。

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統合型のバッテリーセル設計アプローチ

EVのバッテリーセル設計を最適化するには、エネルギー密度と急速充電、熱管理、安全性、環境への影響を考慮した包括的なアプローチが必要です。

エンジニアは、デジタルツインを使用して、設計の選択肢が性能、安全性、コストなどの要素に及ぼす影響をすべて単一の仮想環境内で評価できます。デジタルツインは、物理プロトタイプの必要性を減らすことで開発を加速しながら、バッテリー・システムのすべての側面が最適化されるようにします。

バッテリーセル設計で1Dシミュレーションから3Dシミュレーションへ移行

EVに最適なバッテリーセル設計を実現するには、内部プロセスを詳細に理解する必要があります。

シーメンスのSimcenterソフトウェアは、1Dシミュレーションから3Dシミュレーションへ移行する、強力な2ステップのアプローチを使用して、この重要な知見を提供します。

初期フェーズでは、迅速かつ包括的な1Dシミュレーションのための専用ツール、Simcenter Battery Design Studioを活用します。このステージでは、電気化学モデリング、熱管理解析、設計探索など、コア機能に焦点を当てます。

次に、Simcenter STAR-CCM+で、高度な3Dシミュレーションと物理ベースの4Dモデルを使用します。この3Dアプローチにより、セルの内部構造を詳細に調査し、性能や耐久性に影響を及ぼす可能性のある不均一性を明らかにすることができます。

P4Dモデルで4次元を組み込む

従来の3Dシミュレーションでもバッテリーセル構造に関する貴重な知見は得られますが、シーメンスのSimcenter STAR-CCM+は、P4Dモデルを導入することでデジタルツイン技術をさらに一歩進めています。

この高度な手法には、時間やその他の時間依存要因を表現する4次元が組み込まれています。これにより、温度、化学組成、機械的ストレスなど、バッテリーセルの特性が時間と共にどのように変化するのかをシミュレーションできます。

この深い理解によりエンジニアは、情報に基づいた設計の意思決定を下して課題に対処し、最終的には、優れた急速充電機能と効率的な熱管理を備えた、より堅牢で最適化されたEV向けバッテリー設計を実現することができます。

Siemens Simcenterによる高忠実度3Dセル設計を活用し、比類のない精度と効率で次世代バッテリーの性能を引き出します。詳しくは無料のホワイトペーパーをダウンロードしてご覧ください。