Electrificación: aspectos mecánicos y de durabilidad (NUEVO)

A través de una gama de soluciones para el diseño de fatiga de paquetes de baterías, pruebas de vibración aceleradas de paquetes de baterías y análisis de fatiga de estructuras de vehículos, el software Prenscia ayuda a ustedes a eliminar el riesgo de fallos por fatiga, mejorar la durabilidad de los motores eléctricos y aumentar la fiabilidad de los vehículos.

Plugged in chargers into two electric cars at a charge station

Diseño de fatiga de paquetes de baterías

Las baterías incorporan un gran número de sistemas de componentes mecánicos, eléctricos y electroquímicos. Están compuestos por miles de celdas discretas que están conectadas en serie y en paralelo a barras colectoras eléctricas con el fin de suministrar la capacidad energética necesaria. Las celdas suelen soldarse entre sí para completar el circuito eléctrico. Estas soldaduras son muy susceptibles a las vibraciones y sufren daños por fatiga inducida por las vibraciones. Además, la combinación de estructuras de soporte ligeras con componentes electroquímicos relativamente pesados puede provocar resonancia mecánica en la estructura de la batería, con un alto riesgo de agrietamiento por fatiga.

El análisis de fatiga por vibraciones permite a los ingenieros identificar los puntos críticos de fallo por fatiga en todo tipo de estructuras, materiales, soldaduras y tecnologías de unión de baterías. Utilizando los resultados del análisis de tensiones FEA, junto con los espectros de carga de vibración medidos o calculados, se puede utilizar nCode DesignLife para realizar este análisis de fatiga basado en frecuencias y predecir la vida útil hasta la rotura. Por lo tanto, la estructura y el montaje de la batería pueden optimizarse simultáneamente en cuanto a vida útil, peso, coste y fiabilidad durante el diseño de los componentes y antes de fabricar cualquier prototipo.

Pruebas de vibración aceleradas de paquetes de baterías

La compleja estructura interna de una batería la hace muy susceptible a fallos provocados por vibraciones a lo largo de su larga vida útil. La exposición a vibraciones en una batería cubre un amplio rango de frecuencias que puede provocar un fallo catastrófico de la batería o, más comúnmente, una disminución progresiva del rendimiento de la batería con respecto a la exposición a vibraciones en el vehículo. Ambos modos de fallo tienen un impacto significativo en la durabilidad, la fiabilidad y la exposición a la garantía del paquete de baterías.

El reto para los ingenieros es producir un espectro de carga adecuado para su uso tanto en el diseño de baterías como en las pruebas de validación. Con nCode GlyphWorks se puede generar un espectro de carga PSD representativo del daño por fatiga en un plazo acelerado. Este análisis utiliza datos de vibración medidos en pista de pruebas, junto con un perfil de uso del vehículo que describe cómo se utilizará a lo largo de su vida útil prevista. Las comprobaciones implícitas garantizan que las pruebas aceleradas no se aceleren en exceso y, por lo tanto, evitan modos de fallo atípicos.

Los espectros PSD obtenidos con GlyphWorks también se pueden utilizar para accionar una mesa vibratoria de alto rendimiento y un sistema de control para pruebas de vibración. Estos espectros PSD obtenidos en GlyphWorks se pueden utilizar para realizar análisis con vibradores virtuales y comprender la fatiga por vibraciones en nCode DesignLife. Esto garantiza que la batería alcance la durabilidad requerida frente a las vibraciones, al tiempo que se optimiza el diseño en cuanto a peso, coste y fiabilidad.

Análisis de fatiga de estructuras de vehículos

En los vehículos eléctricos, los sistemas de transmisión pueden utilizar plataformas existentes o diseñarse dentro de arquitecturas completamente nuevas. Ambos escenarios plantean retos a los ingenieros estructurales. En las plataformas de vehículos existentes, modificaciones como la distribución del peso debido a los paquetes de baterías afectan a la respuesta dinámica, así como a la durabilidad estructural.

Las nuevas arquitecturas ofrecen oportunidades, pero los cambios radicales introducen riesgos que deben mitigarse mediante simulaciones detalladas previas. El análisis basado en CAE que utiliza nCode DesignLife permite realizar este análisis de fatiga esencial para la evaluación rápida de las estructuras de los vehículos.

Los fallos estructurales de los sistemas eléctricos suelen estar relacionados con los soportes y las conexiones, y pueden deberse a movimientos extremos entre los puntos de montaje de la batería, el inversor y los motores eléctricos. nCode permite el procesamiento avanzado de los datos de carga y la preparación para su introducción en el análisis de fatiga. Los sistemas de engranajes pueden presentar modos de fallo de mayor frecuencia, lo que requiere un análisis de la maquinaria rotatoria para obtener información sobre el origen de las diferentes frecuencias utilizando Code VibeSys.

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