Chevy Volt のバッテリ耐久試験

by Julian Simpson and Sheelagh Kononenko
03 Aug 2010

振動シミュレーション技術が Chevrolet の電気自動車用バッテリの評価に貢献


Automotive | Case Study

加速耐久試験

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ハイブリッド電力の技術開発は、今日の競争の激しい自動車業界で世界的に加熱しています。そして、大型で操作可能な段階の組立て品であっても効率的に加速耐久試験ができることが、振動試験ソリューションには求められています。

アメリカ・ミシガン州の代替エネルギーセンターにある General Motors の3000㎡のバッテリーテスト研究室は、電気自動車 Chevrolet Volt 用のバッテリセル・パックの試験をしています。車の下部に取り付けるよう設計されたT形バッテリーアセンブリの完成品を、販売前の品質・機能テストするために、LDSの振動試験システムが使用されています。

Chevrolet Volt – 卓越した性能

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重量190kgにまでなるGMのT形バッテリパック

電気自動車の Chevrolet Volt は、EV1の精神的・技術的後継車種として期待されています。改良された駆動システム "Voltec" を備えており、2011年モデルとして2010年の11月に発売されます。中心部には、190kgを超える重量のT形状のバッテリパックがあります。パックは水冷式であり、400ボルトで400アンペアの容量があります。これらのバッテリが車の寿命が来るまで持ちこたえられるかどうかを確認するため、実験室において、高温・低温、極限的な湿度、異なる路面条件など、極端な条件のもとに試験されました。Chevrolet Volt は電気のみの駆動で51.5kmの走行が可能です。バッテリが空になった場合、1.4リットルのエンジンジェネレータがバッテリチャージを保つために作動し、電気による駆動で482kmの走行を確保します。

Anthony (Tony) Cullen はGMで20年間、主にMilford 性能試験グループで働いてきました。GM-Volt バッテリ振動試験室が昨年の第二四半期に稼動してから、彼はこの試験室に関わっています。現在、彼は研究室の振動ルームの主任テストエンジニアです。

「Voltの開発で独特なのは、オンボードのジェネレータです」と Tony は言います。リチウムイオンバッテリに充電するために運動エネルギーを使っており、フル充電した場合、標準的な Volt は都市部の条件で 64km は走行できます。バッテリのエネルギーがあるレベルにまで減ると、オンボードの1.4リットルガソリンエンジンが稼動し、バッテリを充電するためジェネレータを動かします。エンジンとジェネレータが自動車にパワーを供給し、オンボードのコンピュータシステムがすべてを自動コントロールします。」

LDSの振動試験システム

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SPA-56Kアンプを搭載したLDSのV8-640システム。試験レベルの許容値はランダムおよびサインで55.6 kN。2種類のサイズがあるヘッドエクスパンダーおよびスリップテーブル

Tony Cullenは、彼のグループの業務を次のように説明します。「振動ラボの主な目的はバッテリのライフサイクルをシミュレートすることにより、その耐久性を試験することです。バッテリ寿命の目標は10年です。振動以外にも、熱や機械的疲労など他の様々な試験が行われます。ランダム振動試験は48時間にわたり、ランダム振動入力と衝撃パルスが続きます。加振器を駆動するためのデータはGM性能試験場のVoltから得られます。x, y, z 軸について、一回に一軸ずつバッテリを試験しますが、それぞれの軸が16時間かかります。」

振動試験は温湿度が厳密にコントロールされている気候室の中でも行われます。気候室内の環境は-30℃から78℃の範囲で変更可能で、16時間かかる各軸の試験は、温湿度条件がコントロールされた状態で行われます。

GMの試験要求を満たすため、試験システムは高性能で多用途であり、かつ複数の軸の大きくて重い積載物の試験要求に容易に適応できなければなりません。LDSの振動試験システムは、自動車の寿命をシミュレートする加速耐久試験を行うことができ、GMのヘビーデューティーシステムに対する要求を完全に満たしています。非常に高い振動レベル、極端な温度条件のもとに数日間の連続試験が行われることもあります。


「LDSのシステムでは、通常2時間以内でスリップテーブルの方向を変更できます」 
Tony Cullen, Lead Test Engineer, GM


システムについて、Tony氏は次のように述べています。「この振動システムの主な利点の一つは、スリップテーブルを水平から垂直の位置に変更するのに2時間かからないことです。位置の調整は非常に重要です。水平軸と垂直軸の試験プロファイルはわずかに異なります。」ヘッドエクスパンダーとアセンブリは、ヘッドエクスパンダーのガイダンスフレームと加振器の土台の間のエアバッグを介して、アーマチャーから6インチ浮いています。試験体を動かすのも問題です。加振器を回転させ、スリップテーブルに固定します。通常の手順では、すべてのヘッドエクスパンダーボルトとフレームボルトを取り外してヘッドエクスパンダーとガイダンスアセンブリの全部を完全に取り外し、新しい構成に再構築します。

将来像

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OPEL Ampera の内部

GMのハイブリッド技術への取り組みは大規模であり、ヨーロッパにおいて、完全子会社である OPEL とその製品である電気自動車、Ampera にまで拡張されています。Ampera のプロトタイプがミシガン州で作製され、そのバッテリが代替エネルギーセンターで試験されました。2011年に、Ampera がヨーロッパの市場でヒットすることが期待されています。

GMの取り組みはさらに広がっており、ハイブリッド車や電気自動車の中核技術である電動モーターを設計・製造するアメリカ第一の自動車メーカーになる計画にまで発展しています。2013年にはGMの2モードハイブリッド車(エンジン、電力、または両者の組み合わせによって動作)でデビューする予定です。

GMは2010年のプレスリリースで、2モードハイブリッド車への動きは「費用を抑えつつ、電気モーターの性能・品質・信頼性・製造性を向上させる」だろう、と述べました。

グローバルプロダクトオペレーションの副会長である Tom Stevens はさらに次のように述べました。「将来、電気モーターは現在のエンジンと同じくらいGMにとって重要になるかもしれません。電気モーターを社内で設計・製造することによって、進化するバッテリのエネルギーをさらに効率的に使うことができ、今日のバッテリが直面する2つの重要な課題である、コストと重量を削減できる可能性があります。」




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