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(diǎn)，電動(dòng)汽車充放電不是把車放到有空調(diào)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(tǒng)中，電池芯當(dāng)然很重要，但它只是整個(gè)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(tǒng)在充放電時(shí)的安全。在實(shí)現(xiàn)直流快充時(shí)，需要考慮的因素很多，開發(fā)人員要保證系統(tǒng)能既做到快速充電，又不浪費(fèi)能源。”
“另外，所有上述問題，如果發(fā)生，都將影響到整車架構(gòu)?！毙凉f道?！昂苌儆腥四茉诩埳狭谐觯蛘哒f出如果這個(gè)問題發(fā)生了，我將這樣應(yīng)對；如果那個(gè)問題發(fā)生了，我將那樣應(yīng)對?！?/span>
應(yīng)對復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中數(shù)百條問題的排列組合，是專用軟件發(fā)揮作用的時(shí)候，利用軟件，開發(fā)人員能在系統(tǒng)開始設(shè)計(jì)時(shí)就能厘清有哪些技術(shù)選項(xiàng)，怎么才能成本更優(yōu)化，以及“如果我這樣做，將會得到這種結(jié)果；如果我那樣做，將會得到那種結(jié)果”等問題。
根據(jù)上述分析，開發(fā)團(tuán)隊(duì)很容易就做出正確決定。這是我們和很多設(shè)計(jì)軟件客戶交流時(shí)得到的反饋。所以，應(yīng)用模式?jīng)Q定了采用哪種整車架構(gòu)?！?/span>
每個(gè)環(huán)節(jié)都很重要，它們還要上下銜接?！皟?nèi)燃機(jī)車與電動(dòng)車是完全不同的兩種開發(fā)思路，”辛哈說道，“內(nèi)燃機(jī)技術(shù)非常成熟，開發(fā)人員只需要選擇合適的現(xiàn)成技術(shù)，將其融入系統(tǒng)中即可，從車身、座位、到座艙技術(shù)，一切都按部就班、有章可循，但電動(dòng)汽車還不是這樣?！?/span>
數(shù)據(jù)在哪里？
在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的某些領(lǐng)域，存在數(shù)據(jù)過多的現(xiàn)象，但在電池設(shè)計(jì)中，開發(fā)人員往往面臨數(shù)據(jù)偏少的問題。
“我已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域有幾年，一門心思投入到抓取電池?cái)?shù)據(jù)工作中，也與客戶或制造商一起合作來收集數(shù)據(jù)，但電池?cái)?shù)據(jù)真的很難抓取?！?/span>
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(fā)人員可以用最小量的數(shù)據(jù)，來推測系統(tǒng)的性能。”
利用工具生成的可用電池組模型，可以嵌入系統(tǒng)中進(jìn)行系統(tǒng)級仿真，通過設(shè)置充電初始狀態(tài)、電池組構(gòu)成參數(shù)等條件，來計(jì)算系統(tǒng)在典型歐洲工況等場景下的結(jié)果。
開發(fā)團(tuán)隊(duì)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(tài)，甚至能源效率與續(xù)航里程。
新思科技的巴頓表示，這些模型是電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?！昂苊黠@，電池是電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)，可能是最有挑戰(zhàn)的零部件之一，也是開發(fā)人員承擔(dān)壓力之所在，因?yàn)殡姵叵到y(tǒng)是區(qū)分不同電動(dòng)車的根本。
車身重量與整車電池能量是一對難平衡的參數(shù)，增加電池?cái)?shù)量可以增加整車電池能量，但同時(shí)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(shí)考慮增加的車重。”
電池的化學(xué)特性也應(yīng)考慮?！半姵匦静牧嫌泻芏喾N組合，加工成電池芯時(shí)也有很多種布局方法，不過我們有時(shí)忽略了電池芯材料在化學(xué)特性上的難點(diǎn)?！卑皖D說道，“功率電子就是這樣，連接電池和電動(dòng)機(jī)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?！?/span>
冷暖空調(diào)系統(tǒng)是另一個(gè)需要優(yōu)化的模塊?！白罡呖赡苡?0%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(diào)，電動(dòng)汽車在北方冬天時(shí)就很狼狽。
打開暖空調(diào)時(shí)，電量下降速度簡直像決堤之水，所以我們的消費(fèi)者希望開發(fā)人員能盡快從系統(tǒng)層面進(jìn)行改善?！?/span>
上述因素都加在一起，系統(tǒng)級面臨的挑戰(zhàn)就顯得奇大無比。
“在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(fù)雜，不進(jìn)行系統(tǒng)仿真就成了一團(tuán)亂麻，不知道結(jié)果是什么?！眲P利說道。
車上有太多移動(dòng)部件，很多行為只靠數(shù)學(xué)計(jì)算得不到正確結(jié)果，仿真不再是可有可無，開發(fā)人員只有利用仿真工具才能得到全部設(shè)計(jì)參數(shù)。而且，電池本身就是非線性器件，有很多非線性效應(yīng)，其參數(shù)與溫度和充電狀態(tài)都有關(guān)。
所以，從系統(tǒng)層面來看，任何部件都有不可預(yù)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(gè)系統(tǒng)，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(zhí)行官斯蒂芬·科羅舍（Stephen Crosher）表示，電池的系統(tǒng)設(shè)計(jì)困難重重，但這卻為更先進(jìn)技術(shù)引入打開了門路，比如片上監(jiān)控。
利用片上監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)電池組熱監(jiān)護(hù)功能，能夠從電池中榨取更多的能量。“不管是給手機(jī)增加15分鐘播放時(shí)間，還是讓用戶不再因里程焦慮而關(guān)閉電動(dòng)車中功能（比如空調(diào)），只要能延長電池壽命，就能改善用戶體驗(yàn)。
電池系統(tǒng)開發(fā)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(dǎo)體材料由于在高壓、高功率應(yīng)用中的優(yōu)異特性，越來越受到重視。”芯師（Silvaco）公司市場高級總監(jiān)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?！?/span>
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(dòng)與純電動(dòng)汽車需求驅(qū)動(dòng)，未來5到7年，碳化硅市場年復(fù)合增長率接近30%，”貝爾說道，“從供電設(shè)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(zhuǎn)換環(huán)節(jié)用途很廣?！?/span>
碳化硅器件另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是用在電動(dòng)汽車伺服電動(dòng)機(jī)等控制模塊中。當(dāng)然，碳化硅還可以用于汽車電動(dòng)機(jī)或其他部件的穩(wěn)壓電路等高功率電路中?！?/span>
結(jié)論
Mentor的辛哈表示，半導(dǎo)體與汽車電子生態(tài)圈將迎來波瀾壯闊的十年，共同經(jīng)歷汽車行業(yè)天翻地覆的變化，并見證最終的勝者。
“我們審視歷史規(guī)律，就能做出清楚的判斷，在電動(dòng)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(chuàng)新、不墨守成規(guī)的企業(yè)有更大的機(jī)會贏得未來。這類企業(yè)不只遵循百年未變的老傳統(tǒng)，要有橫跨電氣、電子、機(jī)械三領(lǐng)域高度的視角，能將跨域技術(shù)有機(jī)融合，真正將三個(gè)領(lǐng)域技術(shù)融會貫通。”辛哈說道。
辛哈最后表示，“設(shè)計(jì)、制造與用戶體驗(yàn)的不同，決定了如何跨域開發(fā)，電動(dòng)汽車的開發(fā)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
