電動(dòng)汽車(chē)設計的風(fēng)險最小化及挑戰管理

如今油價(jià)穩步上漲和環(huán)境問(wèn)題迫使汽車(chē)設計和生產(chǎn)業(yè)不得不認真對待電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)卡車(chē)。但電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)引發(fā)的具體設計挑戰遠遠超過(guò)了傳統動(dòng)力汽車(chē)。沒(méi)有以往工業(yè)記錄參考的全新電氣架構設計帶來(lái)了新的風(fēng)險。因此盡量降低風(fēng)險并在汽車(chē)上市前評估設計選擇的虛擬測試環(huán)境是十分必要的。

電池性能對于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)的成功極為關(guān)鍵。電池性能的三大要素包括電池的能量密度（以千瓦時(shí)(kWh)計算）、電池的壽命以及成本。只有當這三大要素得到了顯著(zhù)改進(jìn)時(shí)，混合動(dòng)力車(chē)才可能廣泛普及。

汽車(chē)要選擇合適的電池類(lèi)型。對于這樣的純電動(dòng)汽車(chē)而言，電池往往體積更大、功率更高。這些電池往往都是電量耗盡后再重新充滿(mǎn)。由于這種車(chē)輛沒(méi)有替代動(dòng)力來(lái)源，因此在接近“耗盡”點(diǎn)時(shí)的電量計算十分重要。這些電池的電壓往往大于300伏特(V)，容量高達60 kWh。

相比而言，混合動(dòng)力車(chē)的電池功率較低?；旌蟿?dòng)力車(chē)電池可能在使用期內只經(jīng)過(guò)1000次深循環(huán)，但淺循環(huán)可能高達100萬(wàn)次，并且從來(lái)不會(huì )真正達到全放狀態(tài)，也常常不能達到全充狀態(tài)?；旌蟿?dòng)力車(chē)電池的電壓一般大于144 V，容量最高達10 kWh——遠遠低于電動(dòng)汽車(chē)電池，這是因為混合動(dòng)力車(chē)配有替代動(dòng)力來(lái)源。

電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力車(chē)電池的電源管理今后將成為關(guān)鍵問(wèn)題。電源管理的一大要點(diǎn)就是控制充電和發(fā)電；例如，汽車(chē)剎車(chē)時(shí)，必須對反饋到電池組內的再生電源加以控制。車(chē)內通訊網(wǎng)絡(luò )必須進(jìn)一步加強，從而控制這些系統并為正在駕駛或不在車(chē)內的駕車(chē)者提供汽車(chē)充電狀態(tài)信息。此外，這類(lèi)信息也需要反饋給經(jīng)銷(xiāo)商以了解電池組的健康狀況。

通常被傳統熱機忽略的車(chē)艙溫度、轉向和娛樂(lè )等輔助設施將需要電池提供動(dòng)力，因此也需要進(jìn)行管理。還可能包含改進(jìn)過(guò)的導航系統，用于計算最有效的路線(xiàn)來(lái)管理電源，幫助駕駛員找到最近的充電站，或計算出目的地距離，以確保車(chē)輛電源的電量充足。在這些需求的促進(jìn)下，電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)將加強電氣工程內容設計和對道路車(chē)流情況的計算。

客戶(hù)希望短期內原始設備制造商 (OEM) 能提供“增程式”混合動(dòng)力車(chē)和插電式混合動(dòng)力車(chē)。這些類(lèi)型的車(chē)輛結合了傳統發(fā)動(dòng)機和電機，但在電子構造方面比將要取代的傳統汽車(chē)更加復雜。

關(guān)鍵設計挑戰

設計工程師面臨的一項主要挑戰是克服里程方面的擔憂(yōu)，也就是說(shuō)他們需要模擬行駛循環(huán)情況，從而讓使用現有電源的車(chē)輛的里程和性能達到最高。

另一項設計挑戰是需要減少電磁干擾，并且能夠模擬和防止高電流與電壓切換的影響。

安全性是設計工程師考慮的重中之重，他們必須能夠確保人們在所有環(huán)境下的安全，包括高電流和電壓，特別是出現故障和碰撞的時(shí)候。

電氣復雜性的加大對從架構上優(yōu)化車(chē)輛布局設計提出了更多要求。設計師也因此面臨全面降低車(chē)輛成本和重量的壓力。

最終，車(chē)輛電氣設計內容的增加將對該車(chē)網(wǎng)絡(luò )形成更多需求，因此減少成本并確保網(wǎng)絡(luò )能按要求發(fā)揮有效功能顯得越來(lái)越重要。

電子設計自動(dòng)化工具可用來(lái)解決這些挑戰。明導的Capital Tools套件(Capital)為配電系統 (EDS) 設計提供全面解決方案，涵蓋了系統要求、特征和功能，以及邏輯和物理架構等上游流程，以及制造和服務(wù)等下游流程（圖1）。

圖1：Capital等配電系統設計工具涵蓋了從概念到客戶(hù)服務(wù)的整個(gè)車(chē)輛生產(chǎn)流程