전기차 시장은 환경적 요인과 경제적 요인과 더불어 빠르게 성장했습니다. 정부 보조금과 탄소세는 고객이 친환경 교통 수단을 선택하도록 유도하고 있으며, 물류 및 운송 회사들은 배터리 전기차가 다방면에서 유리하다는 것을 알아나가고 있습니다. Deloitte 보고서에 따르면, 2025년 무렵이면 내연 기관 자동차의 판매량이 정체 상태가 되다가 줄기 시작할 것이고, 2030년이면 전기차가 자동차 시장의 20%를 차지하게 될 것이라고 합니다.[1]
현재 시장에 나와 있는 대부분의 전기차들은 주로 스포츠카와 고급 세단 등 하이 엔드 시장을 겨냥하고 있지만, 배터리 비용과 모터 비용이 낮아지면서 다른 시장 부문에서도 전동화 기술이 도입될 수 있습니다. 이는 자동차 산업의 중요한 전환점이 될 것으로 보이며, 전기차 시장에서 입지를 구축하는 기업들이 향후 시장에서 지배적 위치를 차지하게 될 것입니다.
- 시뮬레이션의 이점
시뮬레이션을 사용하면 가상 프로토타입을 빠르고 적은 비용으로 구축할 수 있습니다. 프로토타입과 컨셉트 차량을 실제로 구성 및 테스트하는 대신, 컴퓨터를 사용해 디자인을 생성, 분석 및 테스트할 수 있습니다. CAD 데이터를 손쉽게 시뮬레이션 모델로 직접 변환할 수 있기 때문에 가상 환경에서 실제 작동 시나리오를 복제해 테스트할 수 있습니다. 따라서 필요한 물리적 프로토타입의 수를 줄이고, 테스트 시설에서의 물리적 테스트와 관련된 비용을 절감해 비용과 개발 시간을 전체적으로 줄일 수 있습니다. 또한, 혁신적이고 급진적인 디자인 컨셉트를 설계 프로세스 초기에 테스트할 수 있습니다.
그리고 시뮬레이션을 통해 실험실에서 모델링할 수 없는 실제 환경을 재현할 수도 있습니다. 예를 들어, 주행 중 차량의 공기 저항은 실제 풍동(wind tunnel)과 크게 다를 수 있습니다. 도로 표면과 주변 환경이 공기 흐름에 영향을 미치기 때문입니다. 또한 시뮬레이션을 통해 핫스팟을 찾기 위한 배터리 내부의 온도 분산이나 간섭 문제의 원인을 식별하기 위한 모터 주변의 전자파 분산과 같이 눈에 보이지 않는 효과도 확인할 수 있습니다. 시뮬레이션은 측정만으로는 얻을 수 없는 통찰력을 엔지니어에게 제공합니다.
배터리 전기차가 광범위하게 도입되기 위해서는 주행 거리 및 성능 같은 측정 지표에서 내연 기관 자동차와 경쟁해야 합니다. 시뮬레이션 결과를 토대로 자동 최적화 기능을 수행하면 서로 상충되는 이러한 요소들 간에 최상의 균형을 달성하는 디자인을 찾을수 있습니다.
- 배터리 엔지니어링
SIMULIA 소프트웨어는 배터리 엔지니어링 및 설치 문제를 해결하는 데 필요한 시뮬레이션 도구를 제공합니다. 유체 역학 시뮬레이션을 사용하면 수냉식 시스템과 공냉식 시스템을 모두 분석할 수 있습니다. 다양한 날씨와 주행 조건에서 시간 경과에 따른 온도 변화를 시뮬레이션할 수 있습니다. 배터리 모듈과 팩에서의 공기 흐름을 시각화하여 잠재적인 핫스팟을 식별하고, 다양한 냉각 전략을 평가하며, 냉각 요구 사항을 충족하면서도 소음을 최소화하도록 냉각 팬 설계를 최적화할 수 있습니다.
충격 시뮬레이션을 이용하면 수많은 충돌 테스트 프로토타입을 만드는 데 비용을 낭비할 필요 없이, 배터리 모듈 및 팩의 충돌 내구성을 가상으로 테스트할 수 있습니다. 무게를 최소화하면서 구조적 무결성을 보장하도록 배터리 유닛을 최적화할 수 있습니다.
전기 배터리 제어 시스템은 EV 시스템에서 중요한 부분을 차지하고 있습니다. 전자기 시뮬레이션은 배터리 내부와 배터리 주변의 전기 및 전자 부품의 전류와 전기장을 모델링합니다. 따라서 전력 전자 장치의 간섭 위험을 식별 및 완화할 수 있으며, 고전력 전기장에 대한 승객 노출의 특성을 분석할 수도 있습니다. 전자기 시뮬레이션과 열 시뮬레이션을 서로 연결하면 전자 장치 및 케이블의 가열 상태를 정확하게 예측할 수 있습니다.
시스템 수준의 시뮬레이션은 배터리 모델을 다른 부품에 연결해서 이들의 상호 작용 방식을 분석합니다. 엔지니어는 배터리가 차량의 다른 요소와 원활하게 작동하는지 확인하고, 다양한 사용 시나리오에서 배터리가 어떻게 작동하는지 검사할 수 있습니다.
- 전기 드라이브 엔지니어링
전기 드라이브 엔지니어링
전기차가 주류가 되려면 모터의 토크 및 효율이 높으면서도 가격이 저렴하고 안정적이며 무게가 가벼워야 합니다. 전기 모터는 다양한 분야 간 상호 작용이 이루어지는 고도의 다중 물리적 시스템입니다. 즉, 전자기, 열, 강도, 내구성, 소음/진동, 유체 및 다물체 시뮬레이션이 모두 각자의 역할을 수행합니다.
전자기 시뮬레이션은 모터 성능을 이해하고 최대화하는 데 매우 중요합니다. 모터 내부의 전기장과 전류를 시각화할 수 있을 뿐만 아니라, 자석, 코일 및 기타 부품의 크기와 배치, 형상을 자동으로 최적화할 수 있습니다. 또한 전자기 시뮬레이션을 사용해 서로 다른 속도와 토크에서 모터 효율성을 보여주는 효율성 맵을 작성할 수 있으며, 이 맵은 모터 효율성과 차량 주행 거리를 개선하는 데 사용할 수 있습니다. 전류와 마찰은 모두 전기 모터에서 상당한 열을 발생시킵니다. 전기 구동은 보통 수냉식이기 때문에 냉각 시스템이 까다로운 기후 조건에서도 고속으로 작동할 수 있어야 합니다. 시뮬레이션을 통해 모터 내부의 가열을 계산하면 엔지니어가 무게와 크기를 균형 있게 고려해 최적의 냉각 시스템을 찾을 수 있습니다. 고급 유체 역학 시뮬레이션은 스플래시 같은 효과를 포함해 모터 내부의 오일 흐름을 모델링합니다. 엔지니어는 이러한 데이터를 사용해 필요한 오일량을 최적화함으로써 전력 손실을 최소화하는 것은 물론이고, 드라이브 하우징의 크기와 무게를 줄일 수 있습니다. 또한 소음 및 진동 시뮬레이션을 통해 모터 소음의 특성을 분석하고 특정 유형의 소음이 발생하는 출처를 식별할 수 있습니다