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德拉科汽車電池組

來源：德拉科汽車

Mentor的辛哈同意德拉科的觀點，電動汽車充放電不是把車放到有空調的車庫去充電那么簡單。

他表示“我們的很多客戶意識到了這些問題。在充放電系統中，電池芯當然很重要，但它只是整個問題的一小部分。如果對電池組的熱管理處理沒做好，即便選用全球最好的電池芯，也不能保證系統在充放電時的安全。在實現直流快充時，需要考慮的因素很多，開發人員要保證系統能既做到快速充電，又不浪費能源。”

“另外，所有上述問題，如果發生，都將影響到整車架構。”辛哈說道。“很少有人能在紙上列出，或者說出如果這個問題發生了，我將這樣應對；如果那個問題發生了，我將那樣應對。”

應對復雜系統設計中數百條問題的排列組合，是專用軟件發揮作用的時候，利用軟件，開發人員能在系統開始設計時就能厘清有哪些技術選項，怎么才能成本更優化，以及“如果我這樣做，將會得到這種結果；如果我那樣做，將會得到那種結果”等問題。

根據上述分析，開發團隊很容易就做出正確決定。這是我們和很多設計軟件客戶交流時得到的反饋。所以，應用模式決定了采用哪種整車架構。”

每個環節都很重要，它們還要上下銜接。“內燃機車與電動車是完全不同的兩種開發思路，”辛哈說道，“內燃機技術非常成熟，開發人員只需要選擇合適的現成技術，將其融入系統中即可，從車身、座位、到座艙技術，一切都按部就班、有章可循，但電動汽車還不是這樣。”

數據在哪里？

在半導體設計的某些領域，存在數據過多的現象，但在電池設計中，開發人員往往面臨數據偏少的問題。

“我已經在這個領域有幾年，一門心思投入到抓取電池數據工作中，也與客戶或制造商一起合作來收集數據，但電池數據真的很難抓取。”

新思科技的凱利說道，“（新思科技的工具）不是直接的人工智能，但借助新思科技工具，開發人員可以用最小量的數據，來推測系統的性能。”

利用工具生成的可用電池組模型，可以嵌入系統中進行系統級仿真，通過設置充電初始狀態、電池組構成參數等條件，來計算系統在典型歐洲工況等場景下的結果。

開發團隊可以直觀地查看各電池芯電壓與電流的變化，能量消耗，充電狀態，甚至能源效率與續航里程。

新思科技的巴頓表示，這些模型是電動汽車設計的關鍵。“很明顯，電池是電動汽車的基礎，可能是最有挑戰的零部件之一，也是開發人員承擔壓力之所在，因為電池系統是區分不同電動車的根本。

車身重量與整車電池能量是一對難平衡的參數，增加電池數量可以增加整車電池能量，但同時也增加了車身重量，從而增加單位里程耗電量。所以，每一次增加電池容量都要同時考慮增加的車重。”

電池的化學特性也應考慮。“電池芯材料有很多種組合，加工成電池芯時也有很多種布局方法，不過我們有時忽略了電池芯材料在化學特性上的難點。”巴頓說道，“功率電子就是這樣，連接電池和電動機以及車上所有需要供電的零部件，所以提高功率電子的效率很重要。”

冷暖空調系統是另一個需要優化的模塊。“最高可能有40%的電能被用于冷卻電池，電池需要被控制在安全溫度范圍工作，”巴頓說，“再加上駕駛艙的冷暖空調，電動汽車在北方冬天時就很狼狽。

打開暖空調時，電量下降速度簡直像決堤之水，所以我們的消費者希望開發人員能盡快從系統層面進行改善。”

上述因素都加在一起，系統級面臨的挑戰就顯得奇大無比。

“在系統設計時，把所有這些相互作用的零部件放在一起，各器件又是這么復雜，不進行系統仿真就成了一團亂麻，不知道結果是什么。”凱利說道。

車上有太多移動部件，很多行為只靠數學計算得不到正確結果，仿真不再是可有可無，開發人員只有利用仿真工具才能得到全部設計參數。而且，電池本身就是非線性器件，有很多非線性效應，其參數與溫度和充電狀態都有關。

所以，從系統層面來看，任何部件都有不可預期的工作狀況，有太多的變量，只有通過工具仿真才能理解整個系統，不然就像在小黑屋里亂扔飛鏢一樣不知所終。

摩爾科技（Moortec）首席執行官斯蒂芬·科羅舍（Stephen Crosher）表示，電池的系統設計困難重重，但這卻為更先進技術引入打開了門路，比如片上監控。

利用片上監控來實現電池組熱監護功能，能夠從電池中榨取更多的能量。“不管是給手機增加15分鐘播放時間，還是讓用戶不再因里程焦慮而關閉電動車中功能（比如空調），只要能延長電池壽命，就能改善用戶體驗。

電池系統開發面臨的困難也為很多新材料搭起上車之路，盡管這些材料從未在汽車上用過。

“以前人們都用硅材料做功率器件，但近年來，寬禁帶半導體材料由于在高壓、高功率應用中的優異特性，越來越受到重視。”芯師（Silvaco）公司市場高級總監格拉漢姆·貝爾（Graham Bell）說道，“碳化硅和氮化鎵是功率器件中的新生力量。”

碳化硅市場增長前景反映了功率器件材料變化趨勢。

“主要受混動與純電動汽車需求驅動，未來5到7年，碳化硅市場年復合增長率接近30%，”貝爾說道，“從供電設施到為電池充電的直流電源，碳化硅器件在電力輸送過程里的電源轉換環節用途很廣。”

碳化硅器件另一個應用領域是用在電動汽車伺服電動機等控制模塊中。當然，碳化硅還可以用于汽車電動機或其他部件的穩壓電路等高功率電路中。”

結論

Mentor的辛哈表示，半導體與汽車電子生態圈將迎來波瀾壯闊的十年，共同經歷汽車行業天翻地覆的變化，并見證最終的勝者。

“我們審視歷史規律，就能做出清楚的判斷，在電動汽車（無論有人駕駛還是無人駕駛）市場，那些觸類旁通、銳意創新、不墨守成規的企業有更大的機會贏得未來。這類企業不只遵循百年未變的老傳統，要有橫跨電氣、電子、機械三領域高度的視角，能將跨域技術有機融合，真正將三個領域技術融會貫通。”辛哈說道。

辛哈最后表示，“設計、制造與用戶體驗的不同，決定了如何跨域開發，電動汽車的開發要用一種更開放的融合流程，而不是沿用過去的方法。”

文章來源：TechSugar

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