Élever les véhicules électriques hautes performances :la puissance de la simulation de batterie

Le McMurtry Spéirling PURE VP1, une version client de la voiture Goodwood record de la startup, qui a été développée à l’aide des outils de simulation de batterie d’About:Energy. (Image :McMurtry)

À l’ère électrique d’aujourd’hui, la définition de « haute performance » est en train d’être réécrite, grâce aux voitures de sport électriques, aux supercars et aux hypercars électriques qui repoussent des limites que l’on pensait autrefois impossibles à atteindre. Même la Formule 1, à la surprise de beaucoup, a adopté l'électrification en intégrant des systèmes électriques hybrides au sommet du sport automobile. Chaque temps époustouflant de 0 à 60 mph ou chaque tour record est soutenu par un système de batterie conçu avec précision. Cette précision dépend de plus en plus de la technologie de simulation.

La simulation dans le développement de batteries est devenue un outil révolutionnaire, donnant aux ingénieurs les moyens de concevoir des véhicules électriques hautes performances plus rapidement, plus efficacement et à moindre coût. En combinant des logiciels avancés avec des données électrochimiques précises, les constructeurs automobiles peuvent désormais développer et optimiser des systèmes de batteries dans un environnement virtuel, ce qui entraîne une réduction des risques, des cycles de développement plus courts et des véhicules qui arrivent plus tôt sur la route et sur la piste.

Le travail réalisé par About:Energy avec McMurtry Automotive est un exemple de l’efficacité de la simulation de batterie. On peut dire sans se tromper que l’équipe chevronnée a quelque peu stupéfié le monde avec son hypercar Spéirling, atteignant 0 à 60 mph en seulement 1,4 seconde lors d’une course record au Goodwood Festival of Speed en 2022. Mais au-delà de la performance qui a fait la une des journaux, l’exploit le plus impressionnant est peut-être ce qui s’est passé dans les coulisses :à l’aide d’outils de simulation de batterie de pointe, McMurtry a compressé un processus de conception de batterie de plusieurs mois en quelques semaines seulement, ce qui a représenté un réduction de plus de 70 pour cent.

Les outils de modélisation avancés du laboratoire About:Energy aident les ingénieurs à analyser les données de performances de la batterie. (Image :À propos de : Énergie)

Les véhicules électriques hautes performances comme le Spéirling doivent faire face à des exigences physiques et à des charges plus élevées que les véhicules électriques routiers plus conventionnels. Ils doivent résister à des accélérations extrêmes, à des cycles de décharge et de recharge rapides et à des charges thermiques élevées et continues, autant de conditions qui exercent une immense pression sur les cellules et les systèmes de la batterie. Répondre à ces exigences nécessite un plus grand degré de confiance et de précision dans la phase de développement, et c'est exactement ce que propose la simulation.

L’équipe d’ingénierie de McMurtry a entrepris de construire un système de batterie capable de fournir une puissance maximale tout en restant dans des limites thermiques et électriques sûres. Leur objectif était de synchroniser la température et l’état de charge (SoC) afin que les deux s’approchent de leurs seuils opérationnels en même temps. Atteindre cet équilibre délicat impliquait de simuler le comportement thermique et électrique dès le début du développement, ce qu’il est important de réaliser avant de s’engager dans des prototypes coûteux. Grâce à la simulation, ils ont pu modéliser et affiner le comportement du système sous contrainte, permettant ainsi des performances optimales sur piste avec un temps d'arrêt minimal.

Le choix des cellules est important

À propos : Energy fonctionne avec des images schématiques dans ses simulations, comme celle d'un modèle de batterie. (Image :À propos de : Énergie)

L’un des fondements de ce succès réside dans le choix des cellules de batterie. McMurtry a utilisé le P50B de Molicel, une cellule haute performance connue pour sa rare combinaison de haute densité énergétique et de faible résistance interne. Dans les applications à haute puissance, la résistance interne est un facteur critique, car elle détermine la quantité de chaleur générée lorsque la batterie est fortement sollicitée. De nombreuses cellules de grande capacité génèrent trop de chaleur pour être viables dans un contexte de course, mais la faible résistance du P50B en fait un candidat idéal dans ce cas.

Les ingénieurs peuvent programmer les modèles de simulation de batterie d’About:Energy pour optimiser les performances. (Image :À propos de : Énergie)

La simulation a permis à McMurtry d’intégrer rapidement le P50B dans l’architecture de la voiture. Les ingénieurs pourraient tester virtuellement les systèmes de refroidissement, la durée de vie des batteries et les stratégies de charge sans construire un seul composant physique. Une telle approche virtuelle a permis d'optimiser à la fois la batterie et l'ensemble du système de gestion de l'énergie du véhicule.

La qualité d’une simulation dépend des données qui la sous-tendent; la précision est donc essentielle à son succès. C’est pourquoi les modèles de batteries haute fidélité, développés à partir de démontages électrochimiques détaillés et de tests approfondis en situation réelle, sont si précieux. Ces modèles permettent de prédire avec précision les performances de la batterie dans un large éventail de conditions de fonctionnement, y compris des scénarios extrêmes d'utilisation et d'abus typiques des courses et d'autres environnements très stressants.

L'équipe de McMurtry a intégré ces modèles avancés dans son flux de travail, exécutant des simulations détaillées de température, de cycle de vie et de performances. La précision était si élevée que les résultats pouvaient être directement comparés aux données de suivi réelles. Cette boucle de rétroaction étroite a permis un affinement rapide et basé sur les données des conceptions de prototypes, réduisant ainsi le temps de développement et augmentant la confiance dans le produit final.

Plus de simulations dans plus d'endroits

À propos :Les ingénieurs en énergie effectuent des tests de cycle de conduite sur les batteries pour simuler les performances réelles des véhicules électriques. (Image :À propos de : Énergie)

Bien que la simulation soit un outil puissant pour générer de la valeur dans le développement de batteries, elle reste sous-utilisée dans une grande partie de l’industrie. Des entreprises comme McMurtry, avec une longue histoire dans le sport automobile, ont pu exploiter ces outils avancés grâce à leur profonde expertise interne. À propos :L’énergie contribue à changer cela. En abaissant les barrières à l'entrée et en simplifiant l'accès aux modèles haute fidélité, les entreprises travaillant dans les secteurs de l'automobile, de l'aviation, des drones et de l'espace peuvent désormais intégrer la simulation dans leur processus de développement beaucoup plus tôt, uniformisant ainsi les règles du jeu et accélérant l'innovation.

Ce changement est important. La possibilité d’explorer un espace de conception plus large dans un environnement virtuel transforme la façon dont les ingénieurs travaillent. Il permet aux équipes de tester de nouveaux concepts, matériaux et compositions chimiques cellulaires sans s'engager dans des prototypes physiques. Cela change la donne pour les petites entreprises agiles comme McMurtry, qui fonctionnent souvent avec des contraintes budgétaires et de temps serrées. Les tests virtuels leur donnent la possibilité d'agir plus rapidement, de réduire les risques et de rivaliser avec des fabricants bien plus importants.

L’impact va bien au-delà du circuit. La simulation de batterie aide les équipes à prendre des décisions plus judicieuses en matière de charge rapide, de gestion thermique et de sécurité des systèmes. Il prend en charge une intégration plus rapide de nouveaux formats de cellules et de nouvelles compositions chimiques, ce qui est essentiel dans un domaine où les cycles d'innovation ne font que s'accélérer.

Ce qui était autrefois une capacité spécialisée est désormais en train de devenir la pierre angulaire du développement moderne des véhicules électriques. La simulation offre rapidité, précision et flexibilité :des qualités essentielles pour rester compétitif dans le domaine de l'électrification avancée.

Pour les entreprises qui mènent la danse, la simulation est plus qu’un outil. Il s’agit d’un outil stratégique qui transforme des idées audacieuses en machines hautes performances qui redéfinissent les possibilités des véhicules électriques. À mesure que l'industrie continue d'évoluer, la simulation restera une force vitale, permettant aux ingénieurs de repousser les limites de la technologie des batteries et de rapprocher l'avenir plus rapidement.

Kieran O'Regan est co-fondateur et directeur de la croissance chez About:Energy (Londres, Royaume-Uni). Pour plus d'informations, visitez ici  .