Hochleistungs-Elektrofahrzeuge auf ein höheres Niveau bringen:Die Kraft der Batteriesimulation

Der McMurtry Spéirling PURE VP1, eine Kundenversion des rekordverdächtigen Goodwood-Autos des Startups, das mit den Batteriesimulationstools von About:Energy entwickelt wurde. (Bild:McMurtry)

Im heutigen Elektrozeitalter wird die Definition von „Hochleistung“ neu geschrieben, dank elektrischer Sportwagen, Supersportwagen und Hypercars, die Grenzen überschreiten, die früher als unerreichbar galten. Sogar die Formel 1 hat, was für viele völlig überraschend war, die Elektrifizierung durch die Integration von Hybrid-Elektrosystemen in die Spitzenklasse des Motorsports übernommen. Jede atemberaubende Zeit von 0 bis 60 Meilen pro Stunde oder jede Rekordrunde wird von einem Batteriesystem unterstützt, das mit Präzision entwickelt wurde. Diese Präzision wird zunehmend durch Simulationstechnologie vorangetrieben.

Die Simulation in der Batterieentwicklung hat sich zu einem revolutionären Werkzeug entwickelt, das Ingenieuren die Möglichkeit gibt, leistungsstarke Elektrofahrzeuge schneller, effizienter und zu geringeren Kosten zu entwickeln. Durch die Kombination fortschrittlicher Software mit genauen elektrochemischen Daten können Automobilhersteller jetzt Batteriesysteme in einer virtuellen Umgebung entwickeln und optimieren, was zu geringeren Risiken, kürzeren Entwicklungszyklen und Fahrzeugen führt, die schneller auf die Straße und die Rennstrecke kommen.

Die Arbeit von About:Energy mit McMurtry Automotive ist ein Beispiel dafür, wie effektiv Batteriesimulation sein kann. Man kann mit Sicherheit sagen, dass das erfahrene Team die Welt mit seinem Spéirling-Hyperauto einigermaßen verblüfft hat und bei einem Rekordlauf beim Goodwood Festival of Speed im Jahr 2022 in nur 1,4 Sekunden von 0 auf 60 Meilen pro Stunde beschleunigte. Aber über die schlagzeilenträchtige Leistung hinaus ist die beeindruckendste Leistung vielleicht das, was sich hinter den Kulissen abspielte:Mithilfe modernster Batteriesimulationstools komprimierte McMurtry einen monatelangen Designprozess für Batteriepakete auf nur wenige Wochen, was bedeutete eine Reduzierung um mehr als 70 Prozent.

Fortschrittliche Modellierungstools im About:Energy-Labor helfen Ingenieuren bei der Analyse von Batterieleistungsdaten. (Bild:About:Energy)

Hochleistungs-Elektrofahrzeuge wie der Spéirling müssen mit höheren physischen Anforderungen und Belastungen zurechtkommen als herkömmliche Elektrofahrzeuge für den Straßenverkehr. Sie müssen extremen Beschleunigungen, schnellen Entlade- und Wiederaufladezyklen sowie kontinuierlich hohen thermischen Belastungen standhalten – Bedingungen, die eine enorme Belastung für die Zellen und Systeme der Batterie darstellen. Die Erfüllung dieser Anforderungen erfordert ein höheres Maß an Vertrauen und Präzision in der Entwicklungsphase, und die Simulation bietet genau das.

Das Ingenieursteam von McMurtry machte sich daran, ein Batteriesystem zu bauen, das maximale Leistung liefern und gleichzeitig sichere thermische und elektrische Grenzen einhalten kann. Ihr Ziel bestand darin, Temperatur und Ladezustand (SoC) zu synchronisieren, sodass beide gleichzeitig ihre Betriebsschwellen erreichten. Um dieses empfindliche Gleichgewicht zu erreichen, musste das thermische und elektrische Verhalten schon früh in der Entwicklung simuliert werden, was wichtig ist, bevor man sich auf kostspielige Prototypen einlässt. Mithilfe der Simulation konnten sie das Systemverhalten unter Belastung modellieren und verfeinern und so Spitzenleistungen auf Kurs und minimale Ausfallzeiten ermöglichen.

Cell Choice Matters

About:Energy arbeitet in seinen Simulationen mit schematischen Bildern, wie diesem eines Batteriepackmodells. (Bild:About:Energy)

Eine der Grundlagen dieses Erfolgs war die Wahl der Batteriezellen. McMurtry verwendete Molicels P50B, eine Hochleistungszelle, die für ihre seltene Kombination aus hoher Energiedichte und niedrigem Innenwiderstand bekannt ist. Bei Hochleistungsanwendungen ist der Innenwiderstand ein entscheidender Faktor, da er bestimmt, wie viel Wärme erzeugt wird, wenn der Akku stark beansprucht wird. Viele Zellen mit hoher Kapazität erzeugen zu viel Wärme, um im Rennsport einsetzbar zu sein, aber der geringe Widerstand des P50B machte ihn in diesem Fall zu einem idealen Kandidaten.

Ingenieure können die Batteriesimulationsmodelle von About:Energy programmieren, um die Leistung zu optimieren. (Bild:About:Energy)

Die Simulation ermöglichte es McMurtry, den P50B schnell in die Architektur des Autos zu integrieren. Ingenieure könnten Kühlsysteme, Batterielebensdauer und Ladestrategien virtuell testen, ohne eine einzige physische Komponente zu bauen. Ein solcher Virtual-First-Ansatz trug dazu bei, sowohl das Batteriepaket als auch das gesamte Energiemanagementsystem des Fahrzeugs zu optimieren.

Eine Simulation ist nur so gut wie die Daten, die ihr zugrunde liegen. Daher ist Genauigkeit ein entscheidender Faktor für ihren Erfolg. Aus diesem Grund sind hochpräzise Batteriemodelle, die aus detaillierten elektrochemischen Analysen und umfangreichen Tests unter realen Bedingungen entwickelt wurden, so wertvoll. Diese Modelle ermöglichen präzise Vorhersagen der Batterieleistung unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen, einschließlich extremer „Nutzungs- und Missbrauchsszenarien“, wie sie im Rennsport und anderen Umgebungen mit hoher Belastung typisch sind.

Das Team von McMurtry integrierte diese fortschrittlichen Modelle in seinen Arbeitsablauf und führte detaillierte Wärme-, Lebenszyklus- und Leistungssimulationen durch. Die Genauigkeit war so hoch, dass die Ergebnisse direkt mit realen Streckendaten verglichen werden konnten. Diese enge Feedbackschleife ermöglichte eine schnelle, datengesteuerte Verfeinerung von Prototypendesigns, verkürzte die Entwicklungszeit und erhöhte das Vertrauen in das Endprodukt.

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Über:Energieingenieure führen Fahrzyklustests an Batterien durch, um die Leistung von Elektrofahrzeugen unter realen Bedingungen zu simulieren. (Bild:About:Energy)

Während die Simulation ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erschließung von Werten in der Batterieentwicklung ist, wird sie in weiten Teilen der Branche noch immer zu wenig genutzt. Unternehmen wie McMurtry, die auf eine lange Geschichte im Motorsport zurückblicken, konnten diese fortschrittlichen Tools dank ihres umfassenden internen Fachwissens nutzen. About:Energy trägt dazu bei, das zu ändern. Durch die Senkung der Eintrittsbarrieren und die Vereinfachung des Zugangs zu High-Fidelity-Modellen können Unternehmen, die in den Bereichen Automobil, Luftfahrt, Drohnen und Raumfahrt tätig sind, Simulationen jetzt viel früher in ihren Entwicklungsprozess integrieren, wodurch gleiche Wettbewerbsbedingungen geschaffen und Innovationen beschleunigt werden.

Dieser Wandel ist wichtig. Die Möglichkeit, einen größeren Designraum in einer virtuellen Umgebung zu erkunden, verändert die Arbeitsweise von Ingenieuren. Es ermöglicht Teams, neue Konzepte, Materialien und Zellchemien zu testen, ohne sich auf physische Prototypen festlegen zu müssen. Das ist ein Wendepunkt für kleinere, agile Unternehmen wie McMurtry, die oft unter knappen Budget- und Zeitbeschränkungen arbeiten. Virtuelle Tests geben ihnen die Möglichkeit, schneller voranzukommen, Risiken zu reduzieren und mit weitaus größeren Herstellern zu konkurrieren.

Die Wirkung geht weit über die Rennstrecke hinaus. Die Batteriesimulation hilft Teams, intelligentere Entscheidungen zu Schnellladung, Wärmemanagement und Systemsicherheit zu treffen. Es unterstützt eine schnellere Integration neuer Zellformate und Chemikalien, was in einem Bereich, in dem sich Innovationszyklen immer beschleunigen, von entscheidender Bedeutung ist.

Was einst eine Spezialfähigkeit war, wird heute zu einem Eckpfeiler der modernen Entwicklung von Elektrofahrzeugen. Simulation liefert Geschwindigkeit, Genauigkeit und Flexibilität – Eigenschaften, die für die Wettbewerbsfähigkeit bei der fortgeschrittenen Elektrifizierung unerlässlich sind.

Für führende Unternehmen ist Simulation mehr als ein Werkzeug. Es ist ein strategischer Wegbereiter, der mutige Ideen in Hochleistungsmaschinen verwandelt, die die Leistungsfähigkeit von Elektrofahrzeugen neu definieren. Während sich die Branche weiterentwickelt, wird die Simulation eine entscheidende Kraft bleiben und es Ingenieuren ermöglichen, die Grenzen der Batterietechnologie zu erweitern und die Zukunft schneller näher zu bringen.

Kieran O’Regan ist Mitbegründer und Chief Growth Officer bei About:Energy (London, Vereinigtes Königreich). Weitere Informationen finden Sie hier  .