電動汽車設計的風險最小化及挑戰(zhàn)管理

如今油價穩(wěn)步上漲和環(huán)境問題迫使汽車設計和生產業(yè)不得不認真對待電動汽車和電動卡車。但電動汽車和混合動力車引發(fā)的具體設計挑戰(zhàn)遠遠超過了傳統(tǒng)動力汽車。沒有以往工業(yè)記錄參考的全新電氣架構設計帶來了新的風險。因此盡量降低風險并在汽車上市前評估設計選擇的虛擬測試環(huán)境是十分必要的。

電池性能對于電動汽車和混合動力車的成功極為關鍵。電池性能的三大要素包括電池的能量密度（以千瓦時(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改進時，混合動力車才可能廣泛普及。

汽車要選擇合適的電池類型。對于這樣的純電動汽車而言，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。由于這種車輛沒有替代動力來源，因此在接近“耗盡”點時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，混合動力車的電池功率較低?；旌蟿恿囯姵乜赡茉谑褂闷趦戎唤涍^1000次深循環(huán)，但淺循環(huán)可能高達100萬次，并且從來不會真正達到全放狀態(tài)，也常常不能達到全充狀態(tài)?；旌蟿恿囯姵氐碾妷阂话愦笥?44 V，容量最高達10 kWh——遠遠低于電動汽車電池，這是因為混合動力車配有替代動力來源。

電動汽車或混合動力車電池的電源管理今后將成為關鍵問題。電源管理的一大要點就是控制充電和發(fā)電；例如，汽車剎車時，必須對反饋到電池組內的再生電源加以控制。車內通訊網絡必須進一步加強，從而控制這些系統(tǒng)并為正在駕駛或不在車內的駕車者提供汽車充電狀態(tài)信息。此外，這類信息也需要反饋給經銷商以了解電池組的健康狀況。

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

客戶希望短期內原始設備制造商 (OEM) 能提供“增程式”混合動力車和插電式混合動力車。這些類型的車輛結合了傳統(tǒng)發(fā)動機和電機，但在電子構造方面比將要取代的傳統(tǒng)汽車更加復雜。

關鍵設計挑戰(zhàn)

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

另一項設計挑戰(zhàn)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候。

電氣復雜性的加大對從架構上優(yōu)化車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輛成本和重量的壓力。

最終，車輛電氣設計內容的增加將對該車網絡形成更多需求，因此減少成本并確保網絡能按要求發(fā)揮有效功能顯得越來越重要。

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

圖1：Capital等配電系統(tǒng)設計工具涵蓋了從概念到客戶服務的整個車輛生產流程