先进的配电系统设计工具为向电动汽车的过渡铺平道路

支持安全性

对人类来讲，大于80伏的直流电即可致命。由于有些电动汽车和混合动力电动汽车的电压可能达到600伏直流电，因此每种能想象得到的安全隐患都必须要考虑到。

在配电系统工具的帮助下，设计师的责任是验证新设计是否符合功能要求和企业标准，同时还要最大程度地降低使用者在可预见的操作条件下受伤的风险。这包括创建脚本来检测缺陷，如潜在电路，另外在设计时还必须考虑到正常操作条件以外的情况。一个功能齐全的配电系统将提供失效模式与效果分析工具来帮助完成这一步骤。

电子干扰具有自己的规律

当今的汽车都配有复杂的电子控制系统，整辆车使用了许多低电平感应器信号，因此相互间的干扰也就变得越来越稀松平常。电动汽车和混合动力汽车将要解决这些问题。

基本上同时运作的高电压转换负荷与低电平信号和网络之间的结合必然会带来噪音和交叉耦合的问题。设计工程师必须解决这些实际问题，同时还需要满足国际标准化组织 (ISO) 和汽车工程师协会 (SAE) 等机构提出的严苛标准。

当能源"辐射体"（源）通过某种"路径"变成出现不良反应的"受体"时，电磁干扰问题就会出现。总体说来，为达到性能、重量和成本目标，源和受体规格很可能是固定的，因此设计师将只能对路径进行控制。

辐射体和受体设备的置放及邻近状态会对电磁干扰行为造成影响。在设计初期的架构构建阶段，设计师可使用配电系统工具，根据具体设备指定的分离规则创建自定义的约束。

信号分离也会产生影响。就某些应用（尤其是航空领域应用）而言，分离被纳入了规则。一款有用的配电系统工具集应该能够在需要的时候接收独立线路的分离代码，然后将这一信息传送至 MCAD 工具，用于三维分析。同样地，该工具必须能够在从定义一直到 MCAD 布局和制造绘图的过程中管理同轴屏蔽。

和之前描述的建模工具一样，基于有限元 (FE) 的电磁兼容和热分析解决方案可与配电系统相互作用。KBL 是这两款工具集之间的一种常见门户系统。

架构构建挑战

对于开发任何类型电动汽车平台的汽车设计师来说，需要考虑的配置有很多，而且还要以最理想的状态安装进车内。这就会不可避免地出现一些问题，由于电动汽车平台仍然是新事物，许多问题都几乎没有公认的解决方案：

    电池可用的空间有多大？它们将如何充电？
    电池需要"分开"置于两处或更多地方吗？
    怎样的发动机配置最适合车辆的预期用途？

设计师所选择的配电系统工具必须能够帮助他们评估采用不同设计方案对成本和重量的影响，从而生成图形和数字报告。想象一下设计师是如何包装一系列混合动力电动汽车的电池的。解决方案将可能包括在汽车后面安装一个电池组或两个电池组（如图4所示）。


图4：两个电池置放方案可能产生两种不同的重量、成本等。

通过使用虚拟原型替代实体模型，配电系统设计工具使设计师能够迅速构建两种解决方案的场景，确定哪种方案的重量更轻、使用的电线和组件更少等。创建自定义报告甚至根据对于项目目标的重要性改变各个设计约束的优先顺序都是有可能的。

结论

电动汽车平台给设计师带来了很多新的挑战，从电池置放到配电，再到消除高低电平信号之间的串话。如今领先的配电系统设计环境融合了这些设计师完成产品计划和应对未来纯电动车需求所必备的特征。

作者简介

Phil Davies 是明导国际 (Mentor Graphics) 集成电气系统部门产品经理。他与 BAR 和本田 F1 车队合作了11年，期间他担任电子设计经理。他还拥有15年的电子和电气系统应用经验。他的经验涉及众多 MCAD 和 ECAD 工具，包括 CATIA V5 与 Enovia、西门子 NX 与 Teamcentre、SAP 以及 VeSys Classic 的使用和部署。

参考文献

1 Bryant University, "The History of American Technology/The Automobile Industry 1900-1909," http://web.bryant.edu/~ehu/h364/materials/cars/cars%20_10.htm
2 Chris Vowles (Axeon Batteries), NMI June 2010
3 mpower.co.uk - http://www.mpoweruk.com/traction.htm
4 Voltswagen.co.uk – Bluemotion 2
5 "No CAN Do," Dr. Willibert Schleuter (Audi), Automotive Engineer, April 2008
6 Clemson University International Center for Automotive Research (CU-ICAR)
7 Paul Hansen, IESF Nov 2009
8 Nancy Gioia, Ford Director of Sustainable Mobility Technologies, quoted in "Year of the Lithium-Ion" Battery," Automotive Engineering International, February 12, 2019