E-모빌리티란 무엇이고 엔지니어는 전기차를 어떻게 설계하는가?

전용 주차 공간, 세금 감면 및 차량 옵션과 같은 인센티브가 증가함에 따라 개인, 정부, 자동차 회사 및 일반 커뮤니티가 유행에 동참하고 있습니다.

그렇다면 전기차가 운송 시스템을 추월하는 데 걸림돌이 되는 엔지니어링 과제는 무엇입니까?

E-모빌리티의 가장 큰 장벽은 무엇입니까?

현재 전기차 배터리 기술은 성능에 영향을 미치는 추운 기후에서 특히 이러한 기대를 충족할 수 없습니다.

또한 대부분의 전기차는 사치품입니다. 비용과 주행 거리 제한을 고려할 때, 시장을 장악하지 못한 것은 당연합니다.

그러나 완전한 패배는 아닙니다. 전기차가 주류가 되기 위해서는 엔지니어가 이러한 과제에 대한 해결책을 찾아야 합니다.

Sovani는 다음과 같이 말합니다. "대다수의 소비자는 자동차에 어떤 연료가 들어가는지 신경 쓰지 않을 것입니다." "주행 거리와 충전에 대한 기대치를 충족하는 데 필요한 연료를 제공하세요. 엔지니어가 이러한 기대에 부응하는 전기 솔루션을 개발한다면 가솔린과 디젤은 점차 사라질 것입니다.”

E-모빌리티가 대중화될까요?

역사적으로 전기차가 대중의 관심을 받은 적이 몇 번 있었습니다. 그러나 1990년대에 도입된 현대적인 컨셉과 2006년 Tesla의 전기 스포츠카 발표에도 불구하고 아직 시장을 장악하지는 못했습니다. 현재는 틈새 옵션이며, U.S. News & World Report 같은 주요 간행물이 모델의 인기 순위를 매길 정도로 충분히 인기가 있습니다.

Volkswagen I.D. Volkswagen I.D.R 전기차가 전 세계에서 속도 기록을 깨고
있습니다.

그러나 전기차는 대대적으로 경주 세계에 발을 들였습니다. Volkswagen ID. R 전기차는 최근 파이크스 피크 및 뉘르부르크링 노르트슐라이페에서 기록을 갱신했습니다. Sovani는 이러한 트랙에서는 배터리 구동 차량이 전통적인 내연기관 엔진보다 몇 가지 이점이 있다고 말합니다.

첫째, 전기 파워트레인이 작동하는 데 산소가 필요하지는 않습니다. 따라서 파이크스 피크의 높은 고도에서 최고의 효율을 유지할 수 있습니다. 둘째, 이 코스를 완주하려면 배터리가 8분 동안만 작동하면 됩니다. 따라서 엔지니어는 더 가벼운 배터리를 열 한계와 및 에너지 용량 한계까지 최대한으로 사용할 수 있습니다.

Sovani는 "파이크스 피크는 E-모빌리티에 큰 승리를 안겨 주었습니다. 이전 기록이 거의 1분 차이로 깨졌는데, 일반적으로 몇 초 차이로 신기록을 수립하는 것도 어려운 일인 걸 감안하면 매우 놀라운 업적이죠. 매우 흥미롭습니다."라고 말합니다. "이것으로 전기차에 대한 대중의 인지도가 높아질 것입니다. 사람들이 전기차를 구매할 이유가 없더라도 자동차 구매 시 한 번쯤 고려할 옵션이 될 것이라고 생각합니다. "

Ansys의 유럽 기술 고객 관리자 Marco Oswald는 다음과 같이 말합니다. "모터 스포츠는 전기 파워트레인의 극단적인 예입니다. OEM(Original Equipment Manufacturer)과 Tier 1 공급업체는 내연기관 엔진과 전기차를 연결하는 대규모 유통 시장의 기술을 연구하고 있습니다. 시스템 시뮬레이션은 비용, 성능 및 효율성을 위해 이러한 차량을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다.”

전기 파워트레인 설계 방법

예를 들어, Volkswagen Motorsports는 경주용 자동차의 시스템을 모델링하고 트랙에 반응하는 방식을 모델링함으로써 배터리 무게를 과도하게 늘리지 않고 파이크스 피크에 맞게 전기차를 최적화할 수 있었습니다.

그러나 트랙 위의 경주용 전기차 설계 기준은 일반 도로를 달리는 전기차 설계 기준과 동일하지 않습니다. 예를 들어, 소비자용 배터리는 수명이 10~15년이고, 1회 충전당 주행 거리는 수백 킬로미터이며, 수명 주기당 주행 거리는 수십만 킬로미터여야 합니다. 파이크스 피크의 8분과는 상당한 격차를 보입니다.

목표는 다르지만 상용차 설계에도 시스템 시뮬레이션을 적용할 수 있습니다. 엔지니어는 시스템을 8분 길이의 경주 트랙으로 최적화하는 대신 수명 기간 동안 경험하게 될 듀티 싸이클에 맞춰 최적화할 수 있습니다.

자동차의 듀티 싸이클에 대한 인사이트를 얻으려면 디지털 트윈을 사용해야 합니다. Ansys의 유럽 기업 고객 관리자 Wolfram Schloter는 다음과 같이 설명합니다. “시스템 시뮬레이션은 트윈 빌딩과 한 발짝 떨어져 있습니다. 이를 통해 시스템의 동작 방식을 관찰하고 실제 환경에서 사용되는 방식과 비교할 수 있습니다.”

디지털 트윈을 통해 엔지니어는 자동차의 성능과 하중에 대한 정보를 수집할 수 있습니다. 이를 통해 시스템 시뮬레이션에 데이터를 연결하여 유지 관리 주기부터 추가 설계 개선에 이르기까지 모든 것에 대한 인사이트를 얻을 수 있습니다.

E-모빌리티의 다음 단계

시스템 시뮬레이션의 잠재력에도 불구하고 일부 기업은 이러한 새로운 설계 철학에 뒤처지지 않으려고 애쓰고 있습니다.

그는 다음과 같이 말합니다. “대다수는 평소처럼 사업을 운영하고 있습니다. 이런 방식을 계속 유지한다면 경쟁력이 떨어질 것입니다. 시장 출시 시기는 늦어지고 경쟁은 빨라질 것입니다. 또한 이러한 경쟁으로 인해 제품의 모든 시스템을 여러 조건에서 최적화하게 될 수도 있습니다. 하지만 부품별로 최적화할 수는 없습니다. 설계 주기에 시스템 시뮬레이션을 통합하면 반복 루프를 줄여 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.”

Schloter는 다음과 같이 말합니다. "엔지니어가 시스템 시뮬레이션 사용 효과를 처음 느끼게 되면 확신을 갖게 됩니다. 기업들이 이를 채택하는 주된 이유는 경쟁에서 앞서 나가기 위해서입니다.”

E-모빌리티 배터리 시스템을 시뮬레이션하는 방법을 알아보려면 다음 웨비나를 시청하십시오. VW Motorsport 제공: 배터리 시뮬레이션 - ID를 위한 필수 기술. 뉘르부르크링과 파이크스 피크에서 신기록 수립