Producent elektrycznych autobusów szkolnych wykorzystuje oprogramowanie Simcenter Amesim do symulacji systemów, aby zoptymalizować projekt akumulatora i zarządzanie ciepłem

Na drodze do bardziej zrównoważonej urbanizacji

Według danych ONZ odsetek urbanizacji stale się zwiększa. Można spodziewać się, że w 2030 roku na świecie będzie 41 megamiast, które zasiedla po 10 lub więcej milionów mieszkańców. Więcej ludzi oznacza więcej samochodów na drogach oraz większe zanieczyszczenie powietrza, ponieważ transport odpowiada aż za 1/3 emisji zanieczyszczeń. Istniejąca infrastruktura będzie mogła pomieścić tylko określoną liczbę samochodów, dlatego tak ważny jest zrównoważony i długofalowy rozwój transportu publicznego.

To właśnie dlatego liderzy z największych miast na świecie, obejmujących w sumie 650 milionów mieszkańców, zdecydowali stworzyć organizację „C40 Cities Climate Leadership Group”, która ma zmierzyć się ze zmianami klimatu i napędzać miejskie ruchy dążące do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych oraz przeludnienia. Zrzeszone miasta planują od 2025 r. kupować wyłącznie bezemisyjne autobusy, co ma pozwolić im utrzymywać zielone ulice ze zdrowym, wolnym od spalin powietrzem.

Simcenter Amesim vehicle model.

Zwiększenie ogólnej jakości życia

Od momentu założenia w 2011 roku celem firmy Lion Electric Co. była praca nad zrównoważonym transportem publicznym. Przedsiębiorstwo z siedzibą w Saint-Jérôme w kanadyjskim Quebecu opracowuje, konstruuje i wytwarza elektryczne autobusy szkolne, mini- i midibusy na specjalne potrzeby oraz miejskie ciężarówki. Firma wierzy, że przejście na całkowicie elektryczne pojazdy będzie miało bardzo pozytywny wpływ na nasze społeczeństwo, środowisko i ogólną jakość życia.

Simcenter Amesim battery model.

Rozwiązywanie nowych wyzwań inżynieryjnych podczas rozwoju produktu

Stworzenie elektrycznego autobusu wymaga rozważenia nowych i skomplikowanych kwestii inżynieryjnych, na przykład zarządzania ciepłem baterii oraz jej integracji z całym pojazdem.

Raphael Ouellet, który zajmuje się inżynierią układu napędowego w Lion Electric, tłumaczy, że mierzy się z wymaganiami stawianymi mu na dwóch poziomach: — Po pierwsze, w przypadku pojazdu napędzanego z baterii, konieczna jest analiza podsystemów, która pozwala uzyskać szczegółową informację na temat tego, jak cykle jazdy oraz ładowania wpływają na zdolność baterii do stworzenia odpowiednich strategii zarządzania ciepłem, ich optymalizacji oraz określenia przepływu płynu w elementach grzewczych i chłodzących. Po drugie, już od wczesnych etapów rozwoju chcemy mieć możliwość oceny działania całego pojazdu w rzeczywistych cyklach jazdy, aby realistycznie oszacować jego zasięg.

All-electric Urban Class 8 truck.

Szybki rozwój wydajnego, elektrycznego układu napędowego

Wszystkie te kwestie trzeba dogłębnie zrozumieć już na początku procesu rozwoju produktu. Dzięki temu Lion Electric może uniknąć wycofań na początku produkcji spowodowanych błędami projektowymi, które mogą zagrozić bezpieczeństwu pojazdu i prowadzą do dodatkowych kosztów i wydłużenia czasu wprowadzenia go na rynek. Aby stworzyć baterię i ocenić jej działanie po integracji w pojeździe już na wczesnym etapie cyklu rozwoju, zespół inżynieryjny Lion Electric wybrał oprogramowanie do symulacji systemów Simcenter™ Amesim™ firmy Siemens Digital Industries Software, które stanowi część portfolio Simcenter.

Lion Electric zaczął modelowanie projektu baterii i systemu zarządzania ciepłem od zera. Początkowo ich działania wspierała firma świadcząca usługi inżynieryjne — Maya HTT. Zaoferowała wsparcie oraz specjalistyczną wiedzę, aby możliwe było modelowanie baterii i pomogła w przejściu przez iteracyjny proces aż do momentu znalezienia optymalnej architektury. Firma rozpoczęła opracowywanie ogniw i procesów wymiany cieplnej najpierw w ramach aluminiowej obudowy, a następnie w docelowym otoczeniu baterii.

— Wykorzystanie Simcenter Amesim do modelowania wymiany cieplnej wewnątrz baterii oraz wymuszonego chłodzenia pozwoliło nam określić najlepszą architekturę dla wszystkich jej elementów — tłumaczy Ouellet. — Maya HTT zapewniła nam wsparcie, którego potrzebowaliśmy aby znaleźć odpowiednią architekturę.

Napięcie jałowe baterii oraz krzywe oporu wewnętrznego określono w zaledwie kilku kliknięciach na podstawie danych dostawcy z wykorzystaniem aplikacji do importu informacji z trzech arkuszy.

Po zaprojektowaniu baterii zespół Lion Electric przetestował działanie jej fizycznego bliźniaka w kontrolowanym pomieszczeniu, aby dopracować cyfrowy model zgodnie z uzyskanymi rezultatami. Faza testowa pozwoliła zwiększyć dokładność modelu pod kątem charakterystyki elektrycznej i odprowadzania ciepła.

—Oprogramowanie Simcenter Amesim pozwoliło nam podjąć odpowiednie decyzje już na samym początku drogi i zoptymalizować czas wprowadzenia produktu na rynek — uważa Ouellet. — Mogliśmy przeprowadzić symulacje dla naszych klientów i przedstawić im szczegółowe informacje dotyczące oczekiwanego zasięgu lub ładowności dla danego zastosowania.

Battery cycle profile in Simcenter Amesim.

Przyjazne dla użytkownika oprogramowanie, które umożliwia efektywne raportowanie

Zadowolenie firmy Lion Electric z Simcenter Amesim rośnie ze względu na prostotę użytkowania i tworzenia raportów. Ouellet zaznacza, że program pomaga szybko generować wykresy i raporty, a także w mgnieniu oka tworzyć prezentacje. Można również wziąć pod uwagę więcej czynników w porównaniu do obliczeń prowadzonych w arkuszu kalkulacyjnym i osiągnąć dokładniejsze rezultaty. Wprowadzanie poprawek jest proste, więc jeśli kadra zarządzająca decyduje się na modyfikacje, można szybko je wdrożyć.

— Simcenter Amesim ma bardzo wiele zalet: Intuicyjny interfejs, wydajne i zoptymalizowane algorytmy, łatwe zarządzanie danymi (wizualizacja, postprocesing, parametry globalne itd.) oraz wdrożone narzędzia (optymalizacja, wizualizacja 3D) pozwalają nam oszczędzić czas, dzięki czemu możemy przedstawić proste do zrozumienia wyniki naszym klientom oraz kierownictwu wysokiego szczebla.

Electric mini school bus.

Ograniczenie kosztów produkcji

— Mamy tyle samo czasu na opracowanie modelu, ale dzięki zastąpieniu arkuszy kalkulacyjnych oprogramowaniem Simcenter Amesim możemy teraz usprawnić ocenę działania baterii i przeprowadzić bardziej szczegółową analizę — mówi Ouellet. — Spędzamy tyle samo czasu na opracowaniu, optymalizacji i stworzeniu odpowiedniej architektury baterii oraz powiązanych systemów zarządzania ciepłem. Pozwala nam to dostarczyć bardziej niezawodny i dojrzały produkt już na samym początku produkcji.

Sądzimy, że takie podejście przyczyniło się do obniżenia kosztów rozwoju produktu. Jeśli musimy zmodyfikować produkt już po rozpoczęciu produkcji, może okazać się to bardzo kosztowne. Wycofania związane z błędami projektowymi, które wpływają na bezpieczeństwo pojazdu są koszmarem producentów OEM i wszyscy bardzo staramy się uniknąć takiej sytuacji.

Czas i pieniądze zaoszczędzone dzięki wykorzystaniu symulacji pozwalają firmie Lion Electric zająć się rozwojem nowych technologii. Ouellet tłumaczy: — Gdy rusza produkcja pojazdu, już wtedy szukamy sposobów na usprawnienie tego systemu dla kolejnych pokoleń. Wydajność można zawsze zoptymalizować. Kontrolujemy każdy aspekt naszych projektów, co pozwala nam tworzyć o wiele lepsze produkty niż inne przedsiębiorstwa, które elektryfikują podwozia i pojazdy firm trzecich.