Secondo un nuovo rapporto di Transport and Environment, a partire da aprile 2019, le case automobilistiche dell’UE hanno pianificato di spendere circa 145 miliardi di euro per lo sviluppo di batterie e veicoli elettrici, ma la progettazione di questi prodotti presenta importanti sfide di produzione. Le case automobilistiche devono reinventare i loro tradizionali approcci alla progettazione dei prodotti e adottare nuovi processi produttivi.
Solo sfruttando le potenzialità della simulazione le case automobilistiche possono progettare veicoli elettrici di nuova generazione in modo rapido ed economico e creare batterie compatte ad alta densità, propulsori elettrici ottimizzati e telai di veicoli leggeri.
Cosa sta spingendo la produzione di veicoli elettrici in Europa?
Passare con successo alla mobilità elettrica rimane una delle massime priorità industriali per le case automobilistiche dell’UE. La produzione di veicoli elettrici nell’UE dovrebbe aumentare da 750.000 nel 2019 a oltre 4 milioni nel 2025, ovvero oltre un quinto del volume totale di auto prodotte nell’UE. Il gruppo Volkswagen (Volkswagen, Audi, Seat, Porsche e Skoda) sarà al primo posto nella produzione di veicoli elettrici nell’UE entro il 2025, generando 50 diversi modelli di veicoli elettrici e 1 milione di veicoli.
La futura produzione e vendita di veicoli elettrici nell’UE sarà guidata in gran parte da normative e obiettivi climatici. Le case automobilistiche dell’UE devono rispettare gli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2 del -15% nel 2025 e del -37,5% nel 2030.
Oltre a soddisfare gli standard normativi, le case automobilistiche dell’UE devono soddisfare la domanda dei consumatori di veicoli elettrici che dovranno offrire prestazioni comparabili a quelle delle auto a combustibile. Gli ingegneri devono espandere la capacità della batteria EV di circa il 20%, dai 50 kWh di oggi a 60 kWh nel 2025 ed estendere l’autonomia del veicolo di oltre 50 km. Inoltre, le case automobilistiche devono ridurre i costi della batteria per rendere i veicoli elettrici competitivi in termini di costi con i veicoli a combustibile e ridurre i tempi di ricarica della batteria.
Garantire la piena conformità alle normative e alle attese dei consumatori non è un compito facile. Le catene di approvvigionamento delle case automobilistiche dell’UE devono riprogettare i componenti e i sistemi dei veicoli perché diventino completamente elettrici in una finestra di sviluppo ristretta.
Portare la progettazione di veicoli elettrici in EU al livello successivo attraverso la simulazione
La simulazione ingegneristica rimane l’unico mezzo rapido ed economico per superare i numerosi ostacoli alla progettazione dell’elettrificazione dei prodotti e dello sviluppo accelerato dei veicoli elettrici nell’UE. La simulazione consente alle case automobilistiche dell’UE di adattare rapidamente i loro metodi di produzione gestendo elevati livelli di complessità ingegneristica e soddisfacendo impegnativi procedimenti di progettazione in tempi ristretti.
La simulazione ottimizza e migliora in modo significativo componenti come le batterie. Usando la simulazione, i tecnici che sono impegnati nello studio di batterie EV nell’UE saranno in grado di innovare rapidamente nuove formulazioni che richiedono meno cobalto e più nichel. Ciò porterà a batterie economiche, a ricarica rapida, con maggiore autonomia e ad alta capacità che immagazzinano più energia nella stessa massa.
A parte le batterie, la simulazione gioca un ruolo essenziale anche per la progettazione di elettronica di potenza, macchine elettriche e sistemi di ricarica ottimali. Inoltre, la simulazione aiuta a integrare questi componenti con la batteria per creare un sistema di propulsione elettrica ottimale.
Veicoli elettrici: dalle piste alle strade
Per ridurre i costi dei test fisici, marchi come Volkswagen Motorsports e Porsche Motorsport utilizzano simulazioni all’avanguardia per progettare le loro auto da corsa elettriche. Volkswagen ha utilizzato la simulazione per ottimizzare la sua rivoluzionaria ID.R, un’auto da corsa completamente elettrica che recentemente ha infranto il record di velocità per veicoli elettrici sul leggendario Nürburgring Nordschleife, una delle piste più impegnative al mondo. Gli ingegneri hanno migliorato l’efficienza della batteria del veicolo elettrico, per limitarne il surriscaldamento. La simulazione ha anche migliorato l’aerodinamica della vettura, consentendole di restare al top in condizioni altamente impegnative, in un circuito ricco di curve strette e pendenze ripide.
Gareggiando quest’anno nel suo primo campionato di Formula E, Porsche ha utilizzato la simulazione multifisica per generare un propulsore elettrico altamente avanzato per la sua vettura da corsa Porsche 99X Electric. La simulazione ha aiutato gli ingegneri ad assicurare il massimo livello di efficienza energetica, in modo che l’auto potesse sostenere alte velocità su lunghe distanze conservando la massima energia. I sistemi e i componenti di questi veicoli possono essere utilizzati per rompere le barriere della mobilità elettrica e fare da pionieri per la prossima generazione di veicoli elettrici commerciali.
Accelerare lo sviluppo della mobilità elettrica con la simulazione
La richiesta senza precedenti di veicoli elettrici in Europa rappresenta una pietra miliare nella storia dell’automobile e costituisce il più grande cambiamento di paradigma nei trasporti da quando la prima auto a motore a combustione interna ha viaggiato su strada oltre un secolo fa. I legislatori e i consumatori desiderano la mobilità elettrica a breve termine, ma i veicoli elettrici devono essere ottimizzati per offrire costi, convenienza e prestazioni di guida pari alle auto a benzina di oggi. Solo la simulazione può stimolare l’innovazione dei veicoli elettrici, accelerare lo sviluppo di batterie e propulsori di nuova generazione, ridurre i costi di progettazione e accelerare la consegna sul mercato.
* Sandeep Sovani è director for the global automotive industry di Ansys
