ARaymondは、自動車業界におけるファスニングおよび接合技術の分野で卓越した専門知識を誇る企業です。革新と技術進歩が常にARaymondの原動力となっており、同社はグローバル市場で継続的に変化をリードし、常に最高のサービスを提供することを目指しています。ARaymondは、最先端技術を駆使して、最も効率的で持続可能なファスニングソリューションを顧客に提供しています。
ARaymondは、車両設計、エンジニアリング、プロジェクト管理、品質管理の各分野でのサービスを提供しており、広範なプロジェクトに対応するためのリソースと専門知識を持っています。同社は、50台の車両と100人のフルタイムスタッフを擁しており、あらゆるファスニングニーズに対応できる組織内のあらゆるリソースと知識を有しています。
チャレンジ
電気自動車(EV)の分野では、バッテリーモジュールを効率よく接続することが喫緊の課題です。 従来の銅バスバーには、製造や組み立てにコストがかかる、ボルトで固定する必要がある、組立ミスに 耐性がないなど、いくつかの課題がありました。
結果
開発時間の短縮。
SimScaleのCAD連携機能による時間短縮。
メッシュ作成時間の短縮。
並列シミュレーションによるシミュレーション時間の短縮。
ARaymond Mobilityは、自動車の組立ラインにおいて、エルゴノミクス(人間工学)とメンテナンス性を向上させ、省スペース化を実現し、組立後でもカスタマイズが可能なスマートソリューションを設計しています。 乗用車・商用車問わず、ARaymondは組立および統合の課題に対するソリューションを提供します。 現在、自動車を取り巻く世界は変わりつつあります。 EV、自律走行車、カーシェアリングといったトレンドが、世界の自動車産業を再構築しています。 ARaymondは、今日の複雑な組立・統合の課題に、1世紀以上にわたる経験を提供しています。 ARaymondは、設計プロセスの初期段階からお客様と協力し、価値を創造する組立ソリューションを提案します。
電気自動車 (EV)の分野では、バッテリーモジュールを効率的に接続することが喫緊の課題となっています。 この進化の中心にあるのが、ARaymond Mobilityの専門技術です。 ARaymondでこの変革の陣頭指揮を執るのは、ARaymondの高電圧電気相互接続エンジニアであり、高電圧アプリケーション用の高速コネクターやハイパワーコネクターの開発に携わってきたエキスパート、Vincent Lin氏です。
Vincent Lin氏は以前、多くの有名なコネクター会社に勤務し、DisplayPortコネクターを業界標準になるまで革新に貢献しました。 しかし、彼の専門分野は、EVバッテリーモジュール向けの高電力電気接続にもあります。Vincent氏のARaymondでの使命は、エルゴノミクス (人間工学)に基づいた、安全で耐久性のある組立プロセスを重視し、自動車のファスニングおよび組立分野でリーダーシップを発揮するという、同社の長年の軸と一致しています。電動化の時代が到来する中で、ARaymondは自動車業界の大手企業と協力し、最新のエンジニアリングシミュレーションツールを使用して設計された、簡素化されかつ堅牢なEVシステムアーキテクチャを実現しています。
従来品からの改善
従来、EV バッテリーパックモジュールの接続と統合、特にモジュール間の接続には、固体のバスバーが使用されていました。 この銅バスバーは標準的ですが、いくつかの課題があります:
- 製造や組立にコストがかかる
- ボルト締めが必要なため組立ラインに時間がかかる
- 自動ボルト締め組立への多額の投資
- 振動や熱膨張の結果モジュール間で接触抵抗が不安定になる
- ボルトのゆるみにより深刻なショートが発生する
- Z軸のずれや動きに対する寛容さがシビアになる
さらにこのボルト締めのバッテリーのバスバーは追加の部品として、振動と熱膨張の影響を抑制するためのばねワッシャーが必要になります。これによりさらなるコストとサプライチェーンへの要求が増えます。
EVバッテリー用の新しいモジュール間接続コネクター
Vincent氏と彼のチームは、エンジニア向けのクラウドネイティブなエンジニアリングシミュレーションプラットフォームであるSimScaleを発見しました。 熱流体解析と、振動解析を含む構造解析を備えたこのソフトウェアは、使いやすさ、クラウドネイティブアクセス、チームコラボレーション機能により、チームを驚嘆させました。
ARaymond社は、電気自動車用バッテリーにおける従来のコネクターが抱える上記のような課題に対処するため、画期的な製品を開発しました。 新しい柔軟なモジュール間コネクターは、EV/バッテリーパックのモジュールとバスバー間の電気的相互接続のための迅速で信頼性の高いソリューションであり、以下のような利点があります:
- 振動や熱膨張に対する堅牢性
- 工具不要のクイックマウント接続
- 設計の柔軟性により、さまざまな電流/電圧定格との互換性を確保
- 手動または自動組立のオプション
- 従来型に比べ大幅なコスト削減
Vincent Lin
MOBILITY | High Voltage Electrical Interconnect Engineer at ARaymond
Now we can innovate and test all the core functionalities (thermal, structural, and electrical) of the new high-voltage battery connector. We could not have developed this new product so fast without SimScale.
今では、新しい高電圧バッテリコネクタの中核機能（熱、構造、電気）のすべてを革新し、テストすることができます。 SimScaleなしでは、この新製品をこれほど迅速に開発することはできませんでした。
特筆すべきスペックは、端から端まで80μΩの接触抵抗、800Vを超える定格電圧、自然対流条件下での400Aの定格電流であり、これらはすべて極度の振動下でも弾力性があるように設計されています。 本製品は-40℃～125℃の動作温度を持ち、USCAR-2-V4クラスの自動車用電気接続システムの性能仕様に対する極端な振動コンプライアンス・テストに合格しています。 この規格は、開発、生産、フィールド分析のすべての段階で、電気端子、コネクタ、および道路車両アプリケーションの電気接続システムを構成するコンポーネントの性能試験の実施を要求しています。
Vincent氏は設計の初期段階からSimScaleを使用しました。 SimScaleに簡単にインポートできるSTPファイルとしてインポートしたCATIA CADモデルを使用しました。 Vincent氏がよく口にする優れた機能は、SimScaleのCADとの関連性です。 CADを修正し、SimScaleにインポートするたびに、SimScaleは以前のシミュレーションパラメータ、境界条件、形状接触/部品を記憶し、貴重な作業時間を効果的に節約します。 構造解析についてVincent氏は次のように述べています:
Vincent Lin
MOBILITY | High Voltage Electrical Interconnect Engineer at ARaymond
SimScale’s automesh technology dramatically reduces engineers’ time on meshing the model. Although it is a quick auto mesh, it also has a very easy refinement method to control and modify the mesh. It is the best I have ever seen compared to other FEA meshing software. With a very easy-to-navigate user interface, you can use it directly with little previous FEA experience. That is a huge benefit to implement a new FEA software for the team.
SimScaleのオートメッシュ技術は、エンジニアのモデルメッシュ作成時間を劇的に短縮します。 迅速なオートメッシュですが、メッシュの制御や修正も非常に簡単です。 他のFEAメッシュ作成ソフトと比較しても、今までで最高の出来です。 非常に操作しやすいユーザーインターフェースで、FEAの経験がほとんどなくても直接使用することができます。 これは、チームに新しいFEAソフトウェアを導入する大きなメリットです。
SimScaleは、以下のような新設計の性能解析に幅広く使用されました:
- 様々な負荷条件下でコネクタにかかる応力と力
- 様々な環境条件下でのピーク温度を含む温度分布
- 高調波解析による振動評価
- CFDの内部でジュール発熱を使用し、電位、電流密度、熱伝導を一緒に解析します。 ハイパワーコネクターのシミュレーションに最適です。
残すステップは、SimScaleのシミュレーションによる性能予測を、実際の実験室でのテストで検証することです。これは現在進行中の作業です。
スムーズで均等な電流の流れがコネクターを通り、バッテリーモジュール間で最高の性能を発揮していることがわかります。
Vincent Lin
MOBILITY | High Voltage Electrical Interconnect Engineer at ARaymond
We did a Joule heating simulation to check the resistance and current density through the connectors. Not a lot of CFD software has the Joule Heating module included and it was significant for us that it comes in SimScale. The simulations are very reliable and match our expectations and estimation. The software is easy to use and it’s a game changer to be able to do multiple types of physics analysis using a single CAD model in one platform with a simple workflow. The meshing was always tedious beforehand and is now automatically generated using SimScale. With the cloud computing ability, it also frees up our laptops and time on simulation. Engineers can set up multiple simulation jobs and let them run online. At the same time, we can continue to work on design projects. This was the reason our team was able to develop this interconnect system so fast.
コネクタを通る抵抗と電流密度をチェックするために、ジュール加熱シミュレーションを行いました。 ジュール発熱モジュールを搭載しているCFDソフトはあまりなく、SimScaleに搭載されていることは我々にとって重要でした。 シミュレーションは非常に信頼性が高く、私たちの期待や予測にマッチしています。 このソフトウェアは使いやすく、シンプルなワークフローで1つのプラットフォームで1つのCADモデルを使って複数の種類の物理解析ができるのは画期的です。 メッシュ生成は以前は常に面倒でしたが、今ではSimScaleを使って自動的に生成されます。 クラウドコンピューティング機能により、私たちのラップトップとシミュレーションにかける時間も解放されました。 エンジニアは複数のシミュレーションジョブを設定し、オンラインで実行させることができます。 同時に、設計プロジェクトも進められます。 これが、私たちのチームがこのインターコネクトシステムを短期間で開発できた理由です。
本記事は、https://www.simscale.com/customers/araymond-mobility-leaps-into-ev-battery-module-connectivity/ の抄訳です。