过去重工业对许多国家以及城市造成的环境污染不容小觑,并且资源不断枯竭。正是在这种背景下,新能源汽车技术逐步代替了传统燃油汽车。对于我国战略发展而言,新能源汽车产业是一个重要途径。
近几年来随着减排政策的进一步推行,新能源汽车行业的发展显然已经到达了新高度。各大城市之中,电动汽车、油电混合汽车的使用率逐步提高。过去零零散散较为罕见的“绿牌照”也随着电动汽车一起走向普遍可见的行列之中。
新能源汽车的发展离不开电机、电池、充电设备等行业的发展,而在这些行业之中往往存在诸多复杂、困难的工程问题:比如电机NVH、电机散热、电池热管理等问题都涉及多个学科、多个领域,好在随着仿真产品的逐步升级这些问题都有了一套详细的解决方案。通过仿真产品的介入,企业研发的成本有所降低,研发时间周期有所缩减,最终提升企业的竞争力,提升产品的可靠性及性价比。
新能源汽车的发展离不开电机,传统的电机无法在新能源汽车的驱动系统中有效使用,复杂的工况、恶劣的工作环境、更高的性能需求都导致了新能源汽车需要一种更加合适的电机。
在新能源汽车中使用较多的电机是永磁同步电机和感应电机,其中用扁铜线绕组的扁线电机的市场渗透率正在逐步增加。扁线电机具有散热能力强、噪声小、槽满率高、高功率密度等优点。电驱系统的高效化、轻量化、小型化、低成本化都是未来的发展趋势,扁线电机因其尺寸小、槽满率高、功率密度高、NVH性能良好、较高的热传导和散热性能得到了广泛关注和应用。
在新能源汽车中以电池供电-电机的运行形式下省去了传动结构,因此能源利用率高达80%以上。新能源汽车的发展同样也离不开电池,目前使用率较高的锂电子电池具有高电压、高稳定性、高能量质量比、不充电时损耗慢等的特点。
目前在许多中小城市中充电设施仍然具有一系列问题,在部分城市部署的数量少、比例失调、利用率低、盈利困难、充电效率低、安全性有待加强,因此电池技术尤为重要。
除此之外,电机控制系统也是十分重要的。电机控制系统控制电机的正反转、控制电池的电能转化。在新能源汽车中驾驶员的行为将会识别为指令来控制电机转矩和转速的变化。
新能源汽车在许多方便是和传统汽车一样的,比如需要考虑碰撞、振动、NVH、内饰、空调、除霜除雾、空气动力学优化等问题。得益于仿真软件的发展,现今许多工程问题都能通过仿真手段进行分析解决。
Ansys已经沉淀了几十年,旗下软件应用于不同学科,如电磁、结构、流体、光学、半导体、嵌入式系统等学科。除此之外还有优化平台、集成平台等软件。
近些年来我国使用仿真软件的企业越来越多,随着新能源汽车行业以及仿真软件的发展,仿真在汽车用电机、内饰、零部件等方面应用的比例越来越高。接下来我们将会逐步介绍不同学科的仿真软件在新能源汽车上的应用。
电磁分析
新能源汽车仿真解决方案
Ansys拥有行业领先的电磁分析软件,无论是低频还是高频都有一系列解 决方案。
通过Ansys Maxwell、Ansys Motor-CAD内置多种电机模板可以非常便利地进行电机设计,仿真模拟电机的电磁性能,获得电机的转矩、损耗、外特性曲线、气隙磁密分布、齿槽转矩等数据。
高频软件可以解决部件级、设备级和系统级的电磁干扰和电磁兼容设计、线缆、母排、IGBT、PCB关键路径走线等寄生参数提取、雷达天线等问题。
磁密云图
效率云图
电磁软件自带的参数优化功能还能有效减少设计迭代的时间,结合HPC高性能计算功能充分利用硬件性能来达到缩短仿真计算时间的目的。
OptiSLang
HPC
丰富的材料库提供了许多电工钢、永磁体材料的数据。除此之外,Ansys Workbench平台实现了不同Ansys软件之间跨学科联合仿真,真正做到了数据的无缝传输。通过耦合可以解决电机NVH、散热等方面的问题。
下期预告:
除了电磁以外,Ansys的仿真软件在新能源汽车上还有许多的应用场景,许多疑难问题都可迎刃而解,敬请期待。
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作为ANSYS的合作伙伴,艾羽致力于将ANSYS推出的产品,通过业界性能颇佳、颇丰富的工程仿真软件产品组合帮助客户解决复杂的仿真难题。力求与ANSYS一起,共同为中国制造业提供先进的仿真技术,通过仿真技术支撑中国2025。