電気自動車のデジタルな未来を切り開く

電気自動車(EV)は、効率的かつ経済的で環境に優しい輸送手段を実現しつつあります。移動手段に革命をもたらし、スマート・シティのモビリティ環境の要になりつつあります。

この新世代の自動車を導入するために、イノベーター、OEM、サプライヤーは自動車エンジニアリングを見直す必要があります。開発サイクルを短期化するために、すべての関係者間でこれまでにないコラボレーションが必要になります。自動車内の複数のシステムに影響が及び、新しいテクノロジーの導入がエンジニアリング上の複雑な課題をもたらしています。電動化には、複数の分野を統合し、自動車の性能を明確に把握できる革新的なソリューションが必要です。

電気自動車エンジニアリングのシミュレーションの主なメリット

性能の向上

電動化によってトルクと加速を向上させ、EV の普及を促進できます。

バッテリー効率の向上

研究開発とシミュレーションによって幅広い運転状況への対応を可能にし、充電時間を短縮できます。

コストの削減

経済的な EV によってコストを削減し、アクセス性を向上できます。

自動車の電気系統のシミュレーションに対応するバーチャル・ツイン・エクスペリエンス

電気自動車の開発は、コンセプトから最終設計に至るまでの複数の反復作業、広範なプロトタイプ作成、テストを含む長いプロセスです。シミュレーションによって、関連するすべての設計データをキャプチャし、実際の動作を正確に再現するバーチャル・ツイン・エクスペリエンスを創出します。物理試験の代わりに、このようなバーチャル・テストを行うことで、プロトタイプの数を削減し、開発時間とコストを大幅に削減できます。

MODSIM が電気自動車のモデリングを促進

モデリングとシミュレーションの統合(MODSIM)により、コンピュータ支援設計(CAD)とコンピュータ支援エンジニアリング(CAE)を 1 つの環境に統合し、設計と解析のサイロを解消できます。このように統合することで、エンジニアは設計変更の影響についてフィードバックを即座に受け取り、最適な性能を確保できます。EV 設計のすべての関係者がシミュレーションに積極的に参加してシミュレーションを民主化できます。また、情報を一元化して、チーム・メンバーが最新の同じデータを使用できます。

MODSIM - モデリングとシミュレーションの統合

電気自動車エンジニアリング・プロセスの基礎

コンポーネント・レベル
システム・レベル
車両全体レベル

トラクション用途向け電気モーター

電気モーターは、電気自動車、ハイブリッド車、鉄道車両、産業機械に不可欠なコンポーネントです。電気エネルギーを機械エネルギーに変換して、動力を得ることができます。トラクション・モーターは、高いトルクと効率が得られるように設計されており、強力な加速とさまざまな速度でのスムーズな操作を可能にします。こうしたモーターは通常、堅牢かつ軽量で、過酷な動作条件に耐えられるように設計されています。主な特長として、正確な速度制御、保守作業の低減、エネルギー効率の高さがあり、持続可能な輸送ソリューションに最適です。モーター・テクノロジーの継続的な進歩により、性能、信頼性、最新のパワー・エレクトロニクス・システムとの統合性が向上し続けています。

パワー・エレクトロニクス・エンジニアリング

トラクション用途向けパワー・エレクトロニクスは、自動車および鉄道車両の電気モーターを駆動するうえで電気エネルギーの制御、変換という重要な役割を果たします。こうしたシステムは、エネルギー源(バッテリーや電力網など)とトラクション・モーター間の動力フローを管理し、最適な性能を確保します。主なコンポーネントとしては、インバーター、コンバーター、コントローラーがあり、これらによって、モーターの動作が効率的、正確になるよう電圧、電流、周波数が調整されます。パワー・エレクトロニクスは、回生ブレーキによる減速時のエネルギー回収を可能にするため、全体的な効率が向上します。そのコンパクトな設計、信頼性、効率性は、電気およびハイブリッド・トラクション・システムの進歩に不可欠であり、環境に優しい輸送手段へのシフトをサポートします。

EV 用インバーター電源モジュールを設計、シミュレートする方法

機械式ギア・ドライブ・シミュレーション

電気自動車(EV)のギア・ドライブは、電気モーターからホイールに電気を送り、性能と効率を最適化する重要なコンポーネントです。従来の内燃エンジン車とは異なり、EV は電気モーターのトルク範囲が幅広いため、シングルスピード・トランスミッションが主流になっています。このようにシンプルな作りになっているため、機械の複雑さ、重量、保守ニーズを軽減できます。ギア・ドライブによってトルク伝達がスムーズになるため、加速とエネルギー効率が向上します。一部の先進的な EV には、高速走行時の性能を向上させるマルチスピード・ギアボックスが組み込まれています。設計の重点が騒音、振動、ハーシュネス(NVH)を最小限に抑制することに置かれており、そのことが、広く知られている電気自動車の静かでスムーズなドライブ・エクスペリエンス全般に反映されています。

電気駆動エンジニアリング

電気駆動エンジニアリングはさまざまな分野が関与する領域であり、その中心は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するシステムの設計、開発、適用になります。こうしたシステムは、電気駆動と呼ばれる、電気自動車に不可欠なシステムです。電気機器はこの分野で長年使用されてきましたが、トラクション・システムに電気推進システムを使用するようになったことで、エンジニアリング上の新たな課題が広範囲にわたって生じています。

電気駆動システムの中核である電気モーターは、速度、トルク、位置を調整する電子コントローラーによって制御されています。こうしたシステムに関連するエンジニアリングには、電気工学、制御理論、パワー・エレクトロニクス、機械工学など、いくつかの重要な分野が含まれています。

自動車バッテリー・パック設計

バッテリー・パックは、電気モーターに必要な電力を供給する、電気自動車(EV)の中心部です。バッテリーには、走っている途中でガス欠にならないように、できるだけたくさんのエネルギーをつぎ込めると同時に、不測の事態が発生しても安定性を維持できる必要があります。

バッテリー・パックは、モジュール内に配置された多数のリチウムイオン・セルから成り、エネルギー密度、寿命、安全性を確保できるように最適化されています。設計に関しては、走行距離の最大化、充電時間の最小化、熱管理による過熱防止に重点が置かれています。高度なバッテリー管理システム(BMS)は、各セルの健全性と性能をモニターし、充電と放電のサイクルのバランスを取ります。ソリッドステート・バッテリーや高速充電機能などのバッテリー・テクノロジーのイノベーションによって EV の進化が促進され、効率性、信頼性、アクセス性がさらに向上し、普及につながっています。バッテリーは高度に複雑なシステムです。化学、セル・エンジニアリング、モジュールとパックのエンジニアリングというように、あらゆるレベルで高度なエンジニアリング手法が要求されます。そして、最終的には車両全体に搭載することになります。

熱挙動解析

電気自動車の熱力学は、自動車内の熱を管理して、最適な性能と効率を確保することに焦点を当てています。内燃エンジンとは異なり、EV は発熱量が少ないものの、バッテリー、パワー・エレクトロニクス、電気モーターに関しては特に、効率的な熱管理が依然として重要です。最適な温度を維持し、過熱や低温に伴う効率低下を防止するために、液体冷却、ヒート・ポンプ、相変化材料などのシステムが使用されます。適切な熱力学的管理によって、バッテリー寿命、充電速度、自動車全体の性能が向上します。EV の進化に伴い、さまざまな気候や走行条件で走行距離と信頼性を最大限向上させるために、高度な熱システムがますます重要になっています。

電磁両立性

電気自動車の電磁気は、EV の作動と効率、特に電気モーターと充電システムの設計において重要な役割を果たします。モーターの場合、電磁界によって電気エネルギーが機械的な動きに変換されますが、トルク、効率、電力密度が最大になるよう精密に設計されています。電磁気の原理は、コイル間の誘導結合を介して電気が流れるワイヤレス充電システムにも適用されています。効果的な電磁設計によってエネルギー損失を最小限に抑え、発熱を低減させ、自動車の電子機器の働きを阻害する可能性のある電磁干渉(EMI)を制限します。EV テクノロジーが進歩する中で、電磁気を最適化することが、性能の向上、走行距離の向上、信頼性の高い安全な動作を確保する鍵となります。