Sähköautojen akkujärjestelmien suunnittelu EDAG-ajoneuvon palveluna (VaaS) -konseptille
EDAG on kansainvälinen konserni, joka toimii suunnittelupalvelujen alalla.
Etäisyys ja paino – sähköautojen kaksi suurinta ongelmaa. Kumpaakaan näistä näkökohdista on mahdotonta tarkastella erikseen. Kevytautohankkeensa kehittämisessä EDAG luotti TECHNIAan ja sen CATIA V6 -asiantuntemukseen.
”TECHNIAn henkilökunta on järjestelmäsuunnittelun ehdottomia ammattilaisia. He pystyivät soveltamaan tätä asiantuntemusta akkumoduulin kehitykseen erittäin tehokkaasti.”
Michael Hog, Director of Vehicle Integration EDAG.
Visio
Koko auton keskeinen näkymä mahdollistaa tarvittavien parametrien välisen vuorovaikutuksen simuloinnin monialaisella ja ymmärrettävällä tavalla, mikä tehostaa akkumoduulin kehitysprosessia huomattavasti.
Kehittäjät ovat nimenneet konseptinsa EDAG Light Car Sharing – sähkökäyttöinen auto, jonka kuka tahansa voi vuokrata, mutta jota kenenkään ei tarvitse ostaa. Auton ovat suunnitelleet Fuldan kehityspalvelujen tarjoajat erityisesti autojen yhteiskäyttömarkkinoille.
Pisimmän mahdollisen ulottuvuuden saavuttamiseksi EDAG optimoi sekä auton rakenteen että akkumoduulin.
TECHNIAn asiantuntijat tukivat autonvalmistajaa kahdella tavalla: Toimittamalla ja varmistamalla tehokkaan CATIA V6 -ohjelmiston käytön sekä jakamalla suunnitteluosaamistaan pitkäkestoisten akkujen kehittämiseksi.
Ratkaisut
Yli 40 ohjelmistoratkaisua
Tuotekehityksen aikana EDAG pyrki vaihtamaan asiantuntemusta, koska tämä oli kehittäjän ensimmäinen projekti, jossa monitieteistä CATIA V6 -alustaa käytettiin koko järjestelmän läpinäkyvän simuloinnin suorittamiseen. CATIA:n hallintamoduuli mahdollistaa kaikkien osapuolten työskentelyn samanaikaisesti projektissa, joka on saatavilla kaikille kehitykseen osallistuville.
”Sähköinen liikkuvuus asettaa myös uusia haasteita kehittäjille. Halusimme testata V6:n mahdollisuuksia käytännössä kaikilla kehitysaloilla ja tehdä siitä johtopäätöksiä tulevaisuuden optimoituja kehitysprosesseja varten.”
Michael Hog, EDAG:n Director of Vehicle Integration.
Rajapintojen määrän vähentäminen vaikutti tässä tapauksessa erittäin lupaavalta lähestymistavalta – onhan EDAG:lla tällä hetkellä käytössä noin 40 eri ohjelmistoratkaisua.
Suunnittelu on yksityiskohdissa
Hankkeen nimessä olevalla sanalla ”Light” on kaksoismerkitys: Yhtäältä se viittaa auton erityiseen ulkovalaistussuunnitteluun, jota käytetään viestimään auton senhetkisestä tilasta.
Jos auto on parhaillaan latautumassa, se palaa punaisena ja maahan heijastuu sana ”Charging”. Vihreällä valolla ja sanoilla ”Rent Me” auto osoittaa, että se on vapaasti vuokrattavissa. Valkoinen valo ja ”Varattu” ilmoittavat, että se on parhaillaan käytössä.
Toisaalta ”Light” viittaa myös auton rakenteeseen. Kun auton korissa on käytetty kuitukomposiittielementtejä, sen paino on pienentynyt merkittävästi. Muotoilu on harkittu niin, että se soveltuu tilapäiseen käyttöön.
Epäedullinen ilmanvastuskerroin on tuskin merkittävä kaupunkiajoneuvolle. Ohjaamo on supistettu tässä autossa minimiin. Kaasupoljin, jarrut, ohjauspyörä, mittarit ja näyttö, joka näyttää vain nopeuden, akun kunnon, toimintasäteen ja navigointiavun. Lämmitys, tuulilasinpyyhkimet ja valot toimivat automaattisesti antureiden avulla.
Akun suunnittelu
Pisimmän mahdollisen toimintasäteen saavuttamisen ainoaksi haasteeksi jäi suorituskyvyn ja painon kannalta täysin optimoidun akkumoduulin kehittäminen, joka on sähköauton erittäin tärkeä komponentti. EDAG otti TECHNIAn ja sen yhteistyökumppanin Modelonin mukaan järjestelmäsuunnitteluun.
TECHNIAn asiantuntijat laativat ensin tuotespesifikaatiot, esimerkiksi ajosuorituskyvyn, mahdollisen kilometrimäärän, energiankulutuksen, latausajan ja akunkeston osalta. Tämä vaatimustenhallintamenetelmä sisällytettiin sitten ENOVIA V6:n. Tämä läpinäkyvyyden aste säästi huomattavasti aikaa ja auttoi selvästi vähentämään virheitä.
Seuraavassa vaiheessa, joka tunnetaan nimellä ”packing” (pakkaaminen), analysoitiin kaikki mahdolliset ajoneuvon komponenttien tilakonfiguraatiot CAD-ohjelmistolla. Tätä varten kyseisten akkukennojen tekniset datalehdet ja niiden jäähdytysyksiköt tallennettiin tietokantaan. Koko ajoneuvon vaatimusten kohdentaminen oli näin kaikkien projektin osallistujien nähtävissä.
V6 3DLiven ja aina ymmärrettävän versionhallintajärjestelmän ansiosta projektin etenemistä ja tuotetietoja oli erittäin helppo havainnollistaa, jopa käyttäjille, joilla ei ollut minkäänlaista CAD-tietämystä.
Kun akkujen esivalintaa ja simulointia sovellettiin, työ siirtyi yhä enemmän kohti käytännön toteutusvaihetta. Käytössä olevan akkumoduulin dynaamista käyttäytymistä voitiin testata
Tämä tarkoittaa, että eri akkutyyppejä voidaan käyttää mallin muunnelmina realististen simulointien luomiseksi. Näin voitiin määrittää, mikä versio oli paras suorituskyvyn, tilamittojen ja vaatimusten kannalta. Lopuksi FEM:ää (elementtimenetelmä) käytettiin moduulin lämmönhallinnan analysointiin, sillä akkukennojen pitäminen optimaalisessa käyttölämpötilassa vaatii huomattavan määrän energiaa.
Voitot
EDAG:n CATIA V6:n käyttö ajoneuvon kokonaiskonseptin koordinoidun renderöinnin toteuttamiseksi e-komponenttien avulla ja akkumoduulin kehitysprosessin jatkuvan kuvauksen toteuttamiseksi voidaan pitää hyvin tulevaisuuteen suuntautuvana.
”V6-ratkaisulla ja integroidulla monialaisella yhteistyöllä on selvästi useita etuja verrattuna työskentelyyn useilla eri työkaluilla, erityisesti ajan, avoimuuden ja jäljitettävyyden suhteen, ja se tarjoaa meille myös erinomaista tietojen yhdenmukaisuutta.”
Michael Hog, Director of Vehicle Integration, EDAG.
Kuvien tekijänoikeus: EDAG Group
