电动汽车的仿真测试
白皮书
电动汽车的仿真测试 - 通过仿真确保电动汽车安全行驶，避免故障
电动汽车（EV）市场正在飞速增长，要求电动汽车的设计验证和性能测试方式进行彻底转变。汽车电气化程度越来越高，技术领域的投资也随之加大，汽车工程师需要采用新的设计和测试方法。其中包括能够缩短设计周期、提高相对未知领域生产效率的仿真技术。
电动交通行业一直忙于打消消费者的顾虑（主要是里程焦虑），同时还要考虑如何降低电动汽车电池的成本，让电动汽车更加经济适用。让我们来看看设计和测试工程师如何使用仿真技术来缩短设计验证周期并控制甚至降低测试成本。这些优势可以大大提高电动汽车的经济适用性，赢得驾驶员的青睐和信心。
汽车制造商全力创新，满足客户日新月异的需求
就在十年前，汽车制造商还大多采取保守的研发策略。与其他技术相比，汽车创新的开发周期更长。这是因为新研发的汽车不仅要达到严格的碰撞测试标准，还要遵守各个最终市场当地的交通安全法规和要求。但是，全球气候变化和雾霾的加剧让人们意识到，燃油汽车在过去一个世纪以来的蓬勃发展和广泛普及是造成空气污染的罪魁祸首之一。为了保护环境，他们将目光转向电动汽车等低排放甚至零排放的替代技术。
IHS Markit 的报告1 显示，到 2030 年，电动汽车在新乘用车销量中的占比将超过四分之一。原先生产内燃机（ICE）和混动汽车的许多汽车原始设备制造商（OEM）纷纷转产纯电动汽车。在传统的 ICE 汽车中，汽车设计人员需要关注几个参数。例如，ICE 要么使用汽油，要么使用柴油，改进后的车型提供更大的扭矩和马力。相比之下，ICE 的新一代 EV 车型则有着更多、更具体的要求。
EV 制造商必须与整个高能电动交通生态系统紧密配合，才能确保符合安全和性能标准。互操作性是另一个必须得到重视的关键特性。电动汽车供电设备（EVSE）制造商不仅要解决每个车型所配备的插头不一致的问题，而且在全球各地上市的电动汽车必须要遵守当地的 EVSE 电源规范。图 1 展示了复杂的电动交通环境。小到电池电芯，大到充电站和基础设施，每一个组件和子系统都必须达到关键的安全和性能标准。
更高电压、更贵成本、更大风险
在汽车电气电子系统设计人员看来，最明显的变化可能就是汽车中使用了高电压、大功率电池。设计人员面临的一个关键挑战是，如何将至少 300 V 的电池集成到 12 V 的传统小功率平台上。即使制造商努力确保各种车载电气子系统安全、平稳地进行电源转换，如此高的电压也会带来额外的成本和风险。
能够在这种新环境中使用的 EV 测试设备价格是同档次小功率设备（如 1 kW 和 10 kW 电源）的好多倍。运维费用也会增加。例如，在全功率供电的情况下，10 kW 电源消耗的电能是 1 kW 电源的 10 倍。如此大的功耗会产生大量热量，因此充电设施的散热能力必须更强。此外，制造商还必须遵守高电压安全标准，例如美国的 NFPA 79。他们还需要考虑添置安全断路系统等额外的设备，所有这些都会进一步增加总成本。
仿真大功率车载电池
电池是 EV 中最重要的子系统之一。EV 使用大容量电池来储存电能。当电池充电时，电能从再生制动系统或电网流入电池包。当电池放电时，电能从电池包流出，为车辆及其零部件供电。这个能量通过电流和电压来衡量。
为确保 EV 安全充电并能提供承诺的功率，工程师必须对 EV 电池实施严格的测试。通过仿真 EV 电池，工程师可以准确表征电池的续航时间。仿真还有助于工程师尽早发现产品缺陷。出于这些考虑，越来越多的汽车制造商开始采用电池仿真解决方案，以便在逼真的条件下测试车载器件。
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