Audi utiliza Simcenter para mejorar la precisión y velocidad de las simulaciones de baterías de vehículos eléctricos

Producto: Simcenter
Industria: Automotriz

Desarrollar baterías de vehículos eléctricos más seguras y fiables
Predecir con precisión el rendimiento térmico de las baterías de los vehículos eléctricos es quizá el reto más importante al que se enfrentan los fabricantes de equipos originales (OEM) de automoción. Las baterías tienen una zona de temperatura en la que pueden funcionar para evitar fallos. Si la batería se sale de esta zona, puede reducir su vida útil o incluso poner en peligro la seguridad de los ocupantes.

Por eso no es de extrañar que Audi, una marca conocida en todo el mundo por sus vehículos premium de calidad superior, haya formado un equipo altamente especializado dedicado al desarrollo conceptual de sistemas de baterías de alto voltaje. Situado en Alemania, las contribuciones de este equipo son cruciales para la visión de Audi de diseñar la movilidad del mañana y garantizar una experiencia de conducción excepcional que sea digital, eléctrica y sostenible.

Aumento de la precisión del modelo térmico
Joohwa Sarah Lee, ingeniera de desarrollo de conceptos, forma parte de este equipo y está especializada en el rendimiento térmico de las baterías.

“Construir modelos de simulación térmica precisos es un aspecto crítico del trabajo de mi equipo”, afirma Lee. “Los modelos en sí son muy importantes, ya que contribuyen directamente a nuestro objetivo de optimizar el rendimiento térmico de las baterías”.

En 2021, Lee y su equipo descubrieron que, para determinados casos y condiciones, los resultados de la simulación no coincidían con las mediciones de las pruebas. Como resultado, Lee se propuso mejorar la calidad de estos modelos de simulación. Lee y su equipo seleccionaron los servicios de ingeniería y consultoría Simcenter™ de Siemens Digital Industries Software como socio de desarrollo.

“Seleccionamos Simcenter porque sus herramientas permitían una conexión perfecta no solo entre los modelos 1D y 3D, sino también la conectividad con herramientas de terceros”, afirma Lee. “Los servicios de ingeniería de Simcenter nos proporcionaron los conocimientos técnicos y el soporte necesarios para ayudarnos a configurar estas integraciones y garantizar la mayor precisión posible.”

Combinación de simulaciones 1D y 3D
Tradicionalmente, la geometría de los módulos y paquetes se ha modelado mediante simulaciones térmicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) en 3D. Este método tiene unos costes computacionales significativos y puede tardar días o semanas en completarse. Además, se requiere un amplio conocimiento de los parámetros y experiencia en simulación 3D para producir un modelo 3D preciso. La simulación de sistemas en 1D es mucho más rápida, pero a menudo resulta complicado generar modelos en 1D a partir de un modelo en 3D sin comprometer la precisión.

Simcenter Engineering Services se propuso crear un modelo térmico de la pila de baterías más rápido y preciso para apoyar los sistemas de gestión de baterías de Audi, desde el desarrollo de la estrategia inicial hasta la validación con el resto de subsistemas del vehículo. Estos modelos debían tener en cuenta varios parámetros, como la corriente, las variaciones de temperatura del refrigerante, la conectividad con modelos eléctricos 1D y la integración con MATLAB/Simulink. Lee y su equipo proporcionaron al equipo de Simcenter casos de prueba y condiciones límite para diversos escenarios.

Un flujo de trabajo a medida
Combinando el software Simcenter STAR-CCM+™ y el software Simcenter Amesim™, que forman parte de la plataforma empresarial de software, hardware y servicios Siemens Xcelerator, los expertos de Simcenter Engineering Services desarrollaron un flujo de trabajo semiautomatizado para generar un modelo a nivel de sistema 1D en Simcenter Amesim a partir de un modelo 3D Simcenter STAR-CCM+. El objetivo de este flujo de trabajo era garantizar que los usuarios de simulación 1D de Audi pudieran beneficiarse del alto nivel de detalle que proporcionan los modelos 3D, manteniendo al mismo tiempo la velocidad de la simulación 1D.

Utilizando entradas especificadas, Simcenter STAR-CCM+ se utilizó para calcular varias condiciones de estado estacionario que cubrían el espacio de diseño elegido, como la temperatura de entrada del refrigerante, el caudal y la corriente. A continuación, los datos pueden utilizarse para derivar un modelo electrotérmico 1D con el que investigar escenarios transitorios para la pila completa.

Reducir el tiempo, aumentar la precisión
El flujo de trabajo desarrollado por los expertos de Simcenter Engineering Services ha reducido el tiempo de cálculo de las simulaciones térmicas de baterías a tan sólo unos minutos. Uno de los ejemplos más vívidos es la simulación de un escenario de carga de baterías de vehículos eléctricos desde el 10 por ciento de la capacidad de la batería hasta el 80 por ciento.

“Como resultado de nuestro proyecto con Simcenter Engineering Services, pudimos reducir el tiempo de simulación del escenario de carga de casi un día entero a menos de un minuto”, afirma Lee. “Se trata de una diferencia enorme en el tiempo de cálculo. También hemos observado una mejora significativa en los resultados de la simulación, especialmente en los estudios de comportamiento térmico”.

“Exploramos otras soluciones para este problema, pero ninguna otra empresa ofrecía el nivel de conectividad entre herramientas que ofrecía Siemens. La combinación de un modelo 3D detallado en Simcenter STAR-CCM+ con la velocidad y eficacia de Simcenter Amesim y las herramientas de terceros respaldadas por el equipo de Simcenter Engineering Services supuso una ventaja crucial. También nos entusiasma explorar otros aspectos de la cartera de Simcenter, incluido Simcenter Battery Design Studio”.

Lee y su equipo son optimistas sobre el futuro de su colaboración con Simcenter Engineering Services.

“Seguiremos aplicando nuestras nuevas herramientas y metodologías a futuros retos”, afirma Lee. “Estamos agradecidos por el apoyo prestado por el equipo de Simcenter Engineering Services y por su disposición y capacidad para ayudarnos a resolver problemas difíciles.”

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