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Quer estejamos falando do mais recente veículo elétrico, de um híbrido ou de um carro a gasolina tradicional, todos eles compartilham uma necessidade crítica: manter as temperaturas “na medida certa”. O gerenciamento térmico e de energia dos veículos é como reger uma orquestra em que cada instrumento precisa tocar no volume perfeito. Quando funciona, é lindo. Quando não funciona… bem, é aí que o senhor percebe.
A revolução dos veículos elétricos aumentou a pressão sobre esse desafio. Cada watt de energia usado para refrigeração ou aquecimento afeta diretamente a distância que o senhor pode percorrer com uma carga. As lições que estamos aprendendo com os VEs estão ajudando a tornar todos os veículos mais eficientes, independentemente do que está sob o capô.
Otimização do gerenciamento térmico e de energia do veículo
As abordagens tradicionais de engenharia em silos simplesmente não são mais suficientes. Desenvolver o sistema de resfriamento separadamente do trem de força, que é separado do sistema de conforto da cabine? Isso é como tentar construir uma casa com diferentes empreiteiros trabalhando sem conversar entre si. Pode até ficar de pé, mas não será muito eficiente!
É necessária uma abordagem integrada para reunir tudo desde o primeiro dia. É nesse ponto que as ferramentas avançadas de simulação e teste entram em ação, permitindo que os engenheiros tenham uma visão geral antes mesmo de o primeiro protótipo ser construído.
Soluções VEM-VTM integradas da Simcenter abrangem todos os estágios de desenvolvimento, desde requisitos, benchmarking, arquitetura e dimensionamento até a engenharia de componentes VTM e a integração de veículos.
Vamos nos aprofundar em como essa abordagem moderna está revolucionando o desenvolvimento de veículos…
1 – Benchmarking e definição de metas do VEM
Na instalação dedicada do VEM, os veículos existentes são equipados com sensores para identificar todas as energias mecânicas, elétricas e térmicas que fluem por eles. São executados diferentes cenários, como direção normal, partida a frio, partida a quente e carregamento, para capturar o comportamento completo do veículo em várias condições. Os engenheiros usam esses dados para criar um gêmeo digital que pode ser modificado para explorar possíveis melhorias e otimizações. Qualquer aspecto do carro pode ser alterado, como o tamanho ou o tipo de bateria, o sistema HVAC ou o posicionamento de diferentes componentes, e depois executar simulações para ver como isso afeta o desempenho geral.
Deseja saber mais sobre o benchmarking do VEM?
2 – Definição da arquitetura do veículo
A definição da arquitetura do veículo concentra-se no estabelecimento dos requisitos do sistema e no dimensionamento inicial para atender às metas de desempenho. As principais atividades incluem a seleção do tipo de trem de força, a definição da arquitetura do sistema térmico, o dimensionamento dos principais componentes, como o motor e a bateria, e a determinação das necessidades de resfriamento/aquecimento.
Os OEMs utilizam dados e modelos de fornecedores para validar o dimensionamento inicial e desenvolver estratégias térmicas. Isso permite a identificação precoce dos desafios de integração e possibilita a otimização da arquitetura. O processo dá suporte ao desenvolvimento eficiente de sistemas de gerenciamento térmico e, ao mesmo tempo, equilibra os requisitos de desempenho e conforto.
Essa abordagem orientada por dados ajuda os OEMs a integrar considerações térmicas desde o início, permitindo um desenvolvimento mais rápido de veículos com eficiência energética.
Para obter mais informações sobre a arquitetura do veículo, leia o artigo no Charged EV sobre Como usar a engenharia generativa na exploração da arquitetura de EV.
3 – Dimensionamento e desenvolvimento do sistema
O dimensionamento do VEM é como criar um projeto de energia equilibrada para um carro. De quanto armazenamento de energia precisamos para a autonomia desejada? Qual deve ser a potência do motor elétrico para aceleração, subida de colinas e velocidades em rodovias? Como a eletrônica de potência gerenciará o fluxo de energia entre a bateria e o motor? O sistema de resfriamento manterá tudo em temperaturas operacionais seguras?
Todos os blocos de construção precisam se encaixar perfeitamente. Se um componente for muito pequeno ou muito grande, ele afetará o desempenho de todo o sistema. O objetivo é encontrar o ponto ideal em que tudo funcione em conjunto de forma eficiente e atenda a todos os requisitos.
4 – Engenharia detalhada de componentes
Durante sua vida útil, os componentes dos veículos são expostos repetidamente a temperaturas de até várias centenas de graus Celsius. Sem um gerenciamento térmico adequado, isso levará à falha do componente, causando problemas significativos de segurança e custo.
As soluções Simcenter ajudam os projetistas a prever o comportamento térmico de cada componente para entender os níveis de resfriamento necessários. Elas também ajudam a garantir que as baterias dos veículos elétricos permaneçam dentro da temperatura operacional ideal para proporcionar o máximo de desempenho e garantir a segurança.
A simulação integrada também permite que os engenheiros otimizem conforto térmico da cabine juntamente com o desempenho do veículo. O conforto está se tornando um diferencial cada vez mais importante, especialmente em veículos de luxo, portanto, o conforto deve ser otimizado sem afetar o desempenho.
Leia os recursos a seguir para obter mais informações sobre o gerenciamento térmico de componentes:
- Blog sobre modelagem e segurança da bateriadesde o projeto da célula 3D até o conjunto completo de baterias e a propagação térmica durante um evento de fuga.
- Gravações do último Workshop térmico da ICE onde especialistas do setor compartilharam os mais recentes desenvolvimentos de simulação para motores de combustão interna
- Assista ao webinar sobre conforto térmico da cabine para descobrir como a simulação de alta fidelidade ajuda a projetar sistemas de controle HVAC eficientes ou leia como Calsonic Kansei Corporation, agora incorporada à Magneti Marelli e conhecida como Marelli, reduziu pela metade o número de protótipos físicos para projetar sistemas de ar condicionado.
5 – Integração total do veículo
Para os veículos modernos, uma visão holística é essencial desde o início, pois inúmeros fatores interdependentes influenciam o uso de energia e o gerenciamento térmico. Deixar de integrar esses elementos logo no início leva a mudanças de projeto caras e demoradas mais tarde.
A integração virtual por meio da simulação em nível de sistema é um facilitador fundamental, permitindo que as equipes multifuncionais rompam os silos tradicionais e colaborem de forma eficaz. Um fio digital conecta os subsistemas em evolução, garantindo que os modelos mais recentes sejam integrados ao longo do desenvolvimento. Isso permite que cada disciplina entenda como seu trabalho afeta – e é afetado por – o sistema mais amplo do veículo.
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