Ansys lleva los vehículos eléctricos aún más lejos con nuevos materiales

No es ningún secreto que los fabricantes de equipos originales (OEM) de vehículos están buscando agresivamente el desarrollo de vehículos eléctricos (EV). Entre los obstáculos a los que se enfrentan al vender su tecnología a los consumidores se encuentran el precio y la gama de vehículos. No es sorprendente que exista una correlación directa entre los dos: en 2021, para cualquier EV de menos de $40,000, la autonomía promedio del vehículo fue de 187 millas, mientras que la autonomía más baja para cualquier vehículo con motor de combustión interna (ICE) fue de 240 millas.1

Sujetas a una carga y descarga ideales, las baterías de los vehículos eléctricos también se degradan entre un dos y un tres por ciento por año, lo que afecta aún más la autonomía durante la vida útil del vehículo.1 Para superar estos obstáculos, los fabricantes buscan integrar nuevos materiales en sus diseños para ayudar a que los vehículos eléctricos lleguen más lejos. Kuraray, líder mundial en productos químicos especiales y materiales funcionales, se asocia con Ansys para respaldar estos objetivos.

Un área de enfoque clave es el aligeramiento: hacer que un vehículo sea más liviano a través de opciones de materiales y diseños. Las baterías de los vehículos eléctricos y sus sistemas asociados son pesados, por lo que los fabricantes están tratando de reducir el peso de los vehículos en todo lo que pueden. Los vehículos con ICE también son pesados, pero a diferencia de los EV, el alcance de un vehículo impulsado por ICE es menos sensible a la reducción de su masa.

“Lo que vende vehículos en este momento es la autonomía”, dice Andrew Miller, director de I+D de Ansys. “Si puede obtener 50 millas o más de alcance de su EV que sus competidores, entonces tiene un ganador. Por supuesto, podría mejorar la batería o el motor más eficiente. Pero la forma más sencilla de aumentar la autonomía es hacer que todo el vehículo sea más ligero”.

Llevando las propiedades de los polímeros automotrices al diseño

GENESTAR™ es una marca de poliamidas resistentes al calor desarrolladas por Kuraray. Estos materiales de la serie PA9T son poliftalamidas de cadena larga (PPA) bien equilibradas que combinan una baja absorción de agua y altas propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas, lo que da como resultado estabilidad dimensional y resistencia a las ampollas durante los procesos de montaje en superficie. Los materiales permiten diseños livianos y miniaturización de piezas para baterías EV para una mejor eficiencia al tiempo que garantizan la seguridad en aplicaciones de alto voltaje. Sus propiedades de baja permeabilidad prolongan significativamente la vida útil y la durabilidad de los tubos de refrigeración de las baterías de vehículos eléctricos y las piezas de las baterías sujetas a una amplia gama de cambios de temperatura y humedad.

Todo esto suena como propiedades atractivas para que un ingeniero las considere en su próxima simulación de un componente de vehículo que pueda estar desarrollando, pero con miles de polímeros disponibles, ¿cómo encuentra la información que necesita?

Kuraray y Ansys se unieron para proporcionar información detallada sobre los materiales de la serie GENESTAR™ PA9T para usar directamente en los solucionadores de Ansys. Los datos incluyen propiedades mecánicas no lineales, como curvas de tensión-deformación y fluencia, junto con propiedades térmicas y eléctricas en un rango de temperaturas. Ansys aplicó su experiencia en modelos de materiales para garantizar que todos los datos estén «listos para la simulación» y disponibles en su biblioteca de materiales de Global Polymers para los usuarios de Ansys Granta MI y Ansys Granta Selector. Desde allí, se puede exportar a una amplia gama de herramientas de simulación de Ansys, incluidas Ansys Mechanical y Ansys Workbench.

De esta manera, Ansys está construyendo alianzas con empresas como Kuraray, donde Ansys adquiere datos sobre sus productos materiales y los publica en el ecosistema de Ansys. La idea es agregar valor a esos datos preparándolos para la simulación, de ahí el término «listo para la simulación». Básicamente, Ansys brinda a los clientes datos sobre materiales que pueden usar directamente en sus simulaciones a través de herramientas de Ansys, como Mechanical y Ansys Discovery. Lo que ganan Kuraray y otros productores de materiales es una exposición adicional en el mercado, ya que una relación con Ansys ayuda a que sus materiales obtengan acceso a algunas de las principales empresas de ingeniería al tiempo que refuerza la alta calidad del producto.

Elección de los materiales automotrices adecuados para el trabajo

Para los clientes interesados ​​en un material específico, las bases de datos de materiales de Ansys proporcionan todos los datos que necesitan. Pero aún depende de cada cliente decidir si ha encontrado la elección de material adecuada para su aplicación EV. Ansys ofrece una enorme base de datos de diferentes polímeros de numerosas empresas; sin embargo, dentro de Granta MI, la búsqueda de materiales listos para simulación reduce la lista a 2000 polímeros basados ​​en propiedades significativas. Es un subconjunto exclusivo de datos de materiales disponible para los usuarios de simulación de Ansys, incluidos los OEM que buscan soluciones de materiales para sus desafíos de aligeramiento.

Los datos dependientes de la temperatura son un elemento importante de este subconjunto directamente relacionado con el diseño de vehículos eléctricos. A menudo, los fabricantes de equipos originales utilizan polímeros de muy alto rendimiento para hacer frente a las temperaturas elevadas cerca de la batería y el cableado HV, o en el interior o exterior del vehículo, donde la exposición a la luz solar directa puede elevar fácilmente las temperaturas por encima de los 50 grados Celsius (120 grados Fahrenheit). Tener datos con las propiedades térmicas correctas permite una simulación precisa de un rango de temperaturas que conduce a una mejor gestión térmica.

Los polímeros exhiben un comportamiento altamente no lineal y para simular con precisión ese comportamiento, necesita usar modelos de materiales no lineales. Estos modelos no lineales generalmente requieren datos de tensión-deformación, por lo que si no tiene esos datos, no puede usar estos modelos y la precisión de su simulación se verá afectada. Aprovechando los datos de materiales no lineales y dependientes de la temperatura proporcionados por Granta MI, los OEM pueden ejecutar múltiples simulaciones utilizando toda la extensión de la tecnología Ansys y esperar buenos resultados.

“Sin herramientas como Granta MI, se desperdicia mucho tiempo buscando los datos necesarios para la simulación”, dice Miller. “Los clientes lo buscarán en Google, revisarán documentos antiguos para encontrarlo o recrearlo para respaldar sus simulaciones, lo que finalmente los dejará abiertos a errores. Les estamos dando esos datos, listos para importarlos directamente a sus simulaciones, validados por Ansys, lo que representa un gran ahorro de tiempo. Y debido a que les proporcionamos datos no lineales que dependen de la temperatura, los usuarios pueden esperar resultados de simulación precisos”.