行业解决方案

新能源汽车行业的CAE解决方案

      近年来，特别是《中国节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020）》发布以来，各地方节能与新能源汽车产业蓬勃发展，呈现良好发展态势。新能源汽车将逐渐取代纯油耗汽车的发展新趋势将为我国汽车工业的跨越式发展提供了前所未有的机遇与挑战。

      新能源汽车研发是一个及其复杂的系统工程，汽车技术涉及到多种学科，例如电气和电子工程、机械工程、汽车工程以及化学工程等。而科学技术的全面快速发展，要求汽车设计过程要尽可能的灵活、即时和低成本。未来汽车产品质量和技术水平的竞争将变得更为激烈。在激烈的市场竞争与严格的政策规定下，提高自主创新能力、实现转型升级成为国内汽车厂商生存与发展的必然选择。而CAE仿真技术已成为汽车行业产品研发过程中不可缺少的技术手段。

     作为专业的CAE技术服务公司，成都锋芒科技有限公司致力于为新能源汽车、充电桩、锂电池等新能源产品提供高水平的专业CAE综合服务。

CAE仿真在新能源汽车中的应用

　　用于新能源汽车的CAE技术涵盖了机械、流体动力学、热学、电气和电磁等领域，主要解决电气传动系统单个部件：电池组、牵引电动机、电力电子器件等的开发问题，以及子系统之间的集成和电磁干扰、复杂电气传动系统的设计和研究，此外还有新能源汽车NVH特性、轻量化、安全性等性能分析优化。

1、电池组仿真分析

新能源动力电池是新能源汽车的三大核心技术之一，被誉为新能源汽车的心脏。按照电池的工作性质和贮存方式，可以划分为两大类：蓄电池和燃料电池。其涉及到的CAE分析有以下几个方面：

• 电池组热管理：根据温度场分布设计散热系统
  
• 电池的机械性能分析：碰撞，碾压，针刺对电池的影响
  
• 电池的电性能分析：过充/过放，大电流，充/放，外部短路对电池的影响
  
• 噪声、振动和声振粗糙度分析：流动噪声，结构振动
  
• 结构的耐久性分析
  

2、电动机仿真分析

电动机是新能源汽车驱动系统中必不可少的部分，它决定了将多少蓄电池的电能转化为机械能来驱动车辆运行，消费者都期望汽车具有高燃油效率，它在很大程度上影响了消费者的购买决策。而电动机工作效率与其电磁特性密切相关，因此研究电磁问题、设计出高效率的电动机是新能源汽车电气传动系统研发最重要的挑战之一。针对电动机的CAE分析主要有以下几个内容：

• 电磁设计优化：计算转矩曲线，优化电磁参数
  
• 热分析：设计散热系统，防止热损耗
  
• 振动分析：降低电机噪声
  
• 系统集成：优化电动机及控制器
  
• 结构耐久性分析
  

3、电力电子器件仿真分析

在新能源汽车的电气传动系统中，电力电子器件精确地控制着蓄电池与牵引电动机、发电机之间的能量传输，并根据路况和驾驶员指令做出逻辑判断来调节电气传动系统。电力电子器件根据传感器监测到的位置、速度、温度等反馈信号，严格控制着蓄电池提供给牵引电动机的电能，为了保证汽车在各种驾驶条件下都能以最高效率工作，电力电子系统必须具备良好的性能。CAE分析主要有以下几个内容：

• 控制逻辑优化：在不同驱动工况下，优化电气传动动力集成部件及系统
  
• 热管理：电磁损耗散热方式和路径设计
  
• 热应力分析：优化由热应力和电磁力产生的机械形变问题
  

4、电磁兼容仿真分析

电磁兼容性是指设备或者系统在其电磁环境中能正常工作，而且不对该环境中其它任何事物构成不能承受的电磁骚扰。新能源汽车中应用了高压和大电流的大功率电子变换装置和驱动电机，而且车上的电子电气设备繁多，设备的电磁敏感度也各不相同，整个车辆处于很复杂的电磁环境中。因此在新能源汽车中，各种电气元件之间的电磁兼容性就成为一个重要的问题，如果不解决这些问题，电磁干扰就会破坏信号传递和检测并影响电动机正常工作，甚至引发安全问题。

• 在样机制造之前进行电磁兼容分析
  
• 减少电磁兼容的测试
  
• 电机、母排、控制器等部件的
  
• 电磁兼容分析
  

5、汽车轻量化仿真分析

轻量化一直是汽车研发中重要的一点，可以提升汽车动力性能和操控性、减少能源消耗和排放物。对于新能源汽车更是如此，降低车重对于延长昂贵的蓄电池组使用寿命、提高能源转换效率有着重大意义。然而受制于蓄电池的高质量密度，新能源汽车的轻量化工作也具有一定难度。

　　基于轻量化仿真需求，通过将材料的各项特性准确的映射到结构分析CAE模型中，可提升计算结构CAE的求解精度，提高验证可靠性；降低产品重量，节约材料成本；降低产品厚度，加快生产效率。

6、多物理场的系统集成仿真分析

       除了要解决电池组、电动机、电力电子等部件的问题之外，系统集成也是一个完整可靠的电气传动系统中至关重要的部分， 由于子系统和部件协同工作，紧密耦合，它们的开发也不能完全独立地进行，而且每个子系统性能的改变都必须与其它所有子系统相匹配。

       同时整个系统涉及机械、流体动力学、热学、电气和电磁等领域的研究，因此为了成功地仿真如此复杂的电气传动系统，仿真方案必须建立在一个可实现多物理场、无缝集成的设计平台上来平衡复杂的、相互依赖的、或相互矛盾的机械、电气、电磁、流体和热管理等多种设计需求。