如何利用Simcenter仿真解決方案應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車的電磁兼容性、電磁干擾和熱性能問題

如今的車輛電氣系統(tǒng)工程因電氣化和自動(dòng)駕駛功能而日益復(fù)雜。電動(dòng)總成 (EPT)會(huì)帶來高水平寬頻電磁干擾(EMI)，可能損害敏感電子和射頻設(shè)備，例如與網(wǎng)聯(lián)汽車、信息娛樂系統(tǒng)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)備。另外，高壓和大電流電氣系統(tǒng)還增加了散熱問題的復(fù)雜性。因此，EMI、電磁兼容性(EMC)和熱評(píng)估對(duì)車輛電氣系統(tǒng)工程至關(guān)重要。

本文探討了整車電氣系統(tǒng)工程中的EMI/EMC和散熱挑戰(zhàn)及其帶來的復(fù)雜性，并介紹了西門子仿真解決方案如何支持工程師在原型設(shè)計(jì)階段盡早解決這些挑戰(zhàn)。

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序言

當(dāng)前，自動(dòng)駕駛和電氣化正在推動(dòng)汽車電子電氣架構(gòu)的重大變革。其中顯著的變化莫過于用于車輛連接、信息娛樂系統(tǒng)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS) 和自動(dòng)駕駛(AD)的信號(hào)/數(shù)據(jù)通信劇增，以及高壓電動(dòng)總成。
未來的電動(dòng)汽車將利用5G和車聯(lián)網(wǎng)(V2X)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，通過低壓網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建、傳輸和處理的數(shù)據(jù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)汽車。同時(shí)，業(yè)界還在不斷突破電池容量、續(xù)航里程、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及大功率/大電流快充等技術(shù)的邊界。大功率/大電流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)和高熱損耗。這些問題必須在設(shè)計(jì)所有電氣組件時(shí)加以解決。低壓網(wǎng)絡(luò)要安全可靠地運(yùn)行，EMI/EMC和散熱問題評(píng)估起到至關(guān)重要的作用，因?yàn)槠渲械碾娮雍蜕漕l設(shè)備在與高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并聯(lián)時(shí)容易受到影響。于是，針對(duì)商業(yè)產(chǎn)品2的 EMC法規(guī)1也愈加嚴(yán)格。電氣工程不僅要從組件層面，還要從整車層面考慮電磁和散熱問題。本文介紹多物理場(chǎng)、多域、高保真仿真如何助力企業(yè)克服關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。

圖1b：動(dòng)力總成組件。

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電動(dòng)總成是電磁干擾源

相較于傳統(tǒng)汽車，由于電動(dòng)汽車的電動(dòng)總成(EPT)包含逆變器，其內(nèi)部環(huán)境對(duì)于敏感電子設(shè)備的運(yùn)行更為苛刻。逆變器在大功率快速開關(guān)頻率下工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生快速的電壓和電流瞬變，而這正是傳導(dǎo)和輻射電磁噪聲的主要來源。電動(dòng)總成的架構(gòu)通常由電池組、逆變器和電動(dòng)機(jī)組成。其中，逆變器可將電池組產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，供電動(dòng)機(jī)使用：逆變器通過高頻脈寬調(diào)制(PWM)運(yùn)行，而直流總線上的電流會(huì)因PWM的高速開關(guān)頻率（約幾十千赫）而遭受極快瞬變的干擾。開關(guān)時(shí)的高上升時(shí)間和高電流值（從幾十到幾百安培不等，視電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件而定）會(huì)產(chǎn)生射頻噪聲電流，后者在寬頻范圍內(nèi)（高達(dá)100MHz）頻譜成分顯著。3、4逆變器通常位于前車廂，離電動(dòng)機(jī)非常近。它的電子組件被封裝在金屬盒中，并通過小電纜連接電動(dòng)機(jī)。電池組與之相反，通常安裝在后車廂，離逆變器相當(dāng)遠(yuǎn)，并通過車輛底盤上兩根三四米長的屏蔽電纜（直流電源總線）連接到逆變器。

圖2：動(dòng)力總成架構(gòu)：典型的組件位置。

由于場(chǎng)線耦合機(jī)制，直流電源總線上噪聲電流產(chǎn)生的輻射場(chǎng)也會(huì)影響敏感電路的運(yùn)行5、6，并可能危害車內(nèi)人員健康。7、8為此，有必要預(yù)測(cè)射頻噪聲電流（傳導(dǎo)發(fā)射，CE）及其輻射（輻射發(fā)射，RE）的產(chǎn)生和傳播，以及隨之而來的與低壓車載系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的耦合。從電動(dòng)汽車的早期設(shè)計(jì)階段開始，我們就必須制定適當(dāng)對(duì)策，以確保電磁兼容性和安全性，大幅減少測(cè)試和認(rèn)證階段的故障和返工風(fēng)險(xiǎn)。

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電動(dòng)總成建模

為滿足混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車(HEV/EV)應(yīng)用領(lǐng)域日益增長的需求，并縮短車輛上市時(shí)間，企業(yè)必須通過仿真而不是采用過時(shí)的試錯(cuò)原型測(cè)試方法來解決潛在的EMI/EMC問題。而要解決各種運(yùn)行條件下HEV/EV動(dòng)力總成 EMC/EMI問題的復(fù)雜性，就需要采用特定的解決方案，將許多數(shù)值工具集成到一個(gè)專用的工作程序中。該解決方案必須具備以下特點(diǎn)：

• 多維-系統(tǒng)/子系統(tǒng)可以是0D（電路邏輯/區(qū)塊圖）、1D（電纜線束路徑上的電壓/電流）、2D（線束截面分析）或3D（車輛幾何體和傳感器的復(fù)雜性）
• 多域-通過在時(shí)域中發(fā)生的主要現(xiàn)象（例如絕緣柵雙極型晶體管的非線性和開關(guān)）控制系統(tǒng)/子系統(tǒng)，而通過頻域描述車輛底盤上的感應(yīng)電流和電纜的屏蔽傳輸阻抗
• 多物理場(chǎng)-通過多個(gè)物理場(chǎng)控制系統(tǒng)/子系統(tǒng)
• 多尺度-從不同尺度模擬物理現(xiàn)象（從組件層面的微觀尺度，到整車層面的宏觀尺度）

圖3：電動(dòng)總成EMI/EMC的集成建模方法。最重要的是，直流電源總線傳導(dǎo)發(fā)射、車輛內(nèi)部輻射發(fā)射和場(chǎng)線耦合的建模方法必須集成到同一流程中，這樣才能提供一個(gè)整體解決方案。

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傳導(dǎo)發(fā)射建模

電路仿真與設(shè)計(jì)CAE工具可以模擬典型的CISPR-25標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置進(jìn)行EPT CE測(cè)量（圖4），因?yàn)樗梢暂p松為所有不同動(dòng)力總成單元和測(cè)試設(shè)備創(chuàng)建參數(shù)電路模型：9電池、直流電源總線、逆變器、三相永磁同步電動(dòng)機(jī) (PMSM)、線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)等。

圖4：CISPR-25測(cè)試設(shè)置：CAE工具電路區(qū)塊圖示例。

而要管理絕緣柵雙極型晶體管(IBGT)和二極管的非線性和相關(guān)開關(guān)信號(hào)，就必須在時(shí)域中進(jìn)行仿真。然后，通過快速傅里葉變換(FFT)處理時(shí)域信號(hào)，以獲得直流電源總線共模(CM)電流的頻譜成分。這些電流是由直流電源線和底盤之間的寄生電感和電容產(chǎn)生的。

多導(dǎo)體傳輸線網(wǎng)絡(luò)(MTLN)分析可用于實(shí)現(xiàn)電源總線模型，以此作為Π集總電路基本單元的級(jí)聯(lián)，其中R、L、C和G值（單位長度參數(shù)）可通過分析/數(shù)值方法根據(jù)給定的線束截面和離地高度計(jì)算獲得，也可通過測(cè)量（屏蔽電纜傳輸阻抗）獲得。一般說來，每最小波長有10個(gè)基本單元就足以適當(dāng)模擬線束上的CE傳播。10

圖5：用于電路分析的直流電源總線模型：集總電路基本單元的級(jí)聯(lián)。

每個(gè)集總電路基本單元中的電流負(fù)責(zé)直流電源總線CE，是下一分析步驟的輸入：它們作為“激勵(lì)源”，用于對(duì)直流電源總線輻射以及與低壓信號(hào)線束相關(guān)的場(chǎng)線耦合進(jìn)行3D全波仿真。11、12、13

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輻射發(fā)射和場(chǎng)線耦合建模

面對(duì)復(fù)雜的車輛環(huán)境，我們需要使用3D全波方法來對(duì)直流電源總線在典型發(fā)射頻率（從數(shù)千赫茲到上百兆赫茲不等）下的電纜輻射進(jìn)行建模。下文介紹了典型工作流程和一些建模挑戰(zhàn)。
首先對(duì)車輛的CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后將材料的電磁特性分配到網(wǎng)格的不同部分。材料屬性可由分析公式確定，或通過測(cè)量來描述（例如，成分未知且單靠參數(shù)模型一般無法描述的的工程材料）。低壓電纜束路徑和設(shè)備（音頻系統(tǒng)、汽車報(bào)警和安全、車門開關(guān)模塊、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊控制、碰撞預(yù)警和避險(xiǎn)控制）都有可能受到干擾，因而必須加以識(shí)別并納入仿真模型，以便進(jìn)行后續(xù)場(chǎng)線耦合分析。對(duì)于低壓電纜束層面的MTLN分析，需要考慮的EMI源是線束路徑上的干擾電場(chǎng)的切向分量（參考文獻(xiàn)11，Agrawal方法），或線束屏蔽上的感應(yīng)電流。使用3D全波方法時(shí)，要達(dá)到所需的精度，就必須對(duì)普遍存在的低頻擊穿數(shù)值問題（相當(dāng)于時(shí)域建模算法的“后時(shí)問題”）具有抗擾性14、15，并能夠進(jìn)行高保真建模，以及管理多機(jī)制（電阻電感RLC電磁）和多尺度（內(nèi)在病態(tài)）問題。隨著復(fù)合材料的使用日益廣泛，在計(jì)算場(chǎng)線耦合時(shí)，以及通常在考慮整車 EMI傳播時(shí)，越來越有必要考慮此類材料在低頻下的導(dǎo)電性和屏蔽效果降低。鑒于車輛的復(fù)雜性，標(biāo)準(zhǔn)建模算法不適合用來正確表示該現(xiàn)象，而這對(duì)于EMI評(píng)估和接地設(shè)計(jì)都很重要。16此外，為實(shí)現(xiàn)整車高保真建模（在電流傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)傳播、電磁屏蔽等方面），有必要適當(dāng)處理高磁導(dǎo)率的薄板材料層，而不必對(duì)層厚度進(jìn)行體積建模（薄板的等效曲面模型可確保控制車輛模型的數(shù)值復(fù)雜性，而不必犧牲結(jié)果準(zhǔn)確性）：以汽車底盤為例，相對(duì)磁導(dǎo)率通常高達(dá)500-1,000，厚度約為0.1mm。如上所述，將直流電源總線噪聲電流作為3D全波仿真的激勵(lì)源，計(jì)算相關(guān)位置的輻射場(chǎng)（E、H）、感應(yīng)電流及感應(yīng)電壓：低壓電纜束和敏感設(shè)備。使用Simcenter軟件套件進(jìn)行仿真可計(jì)算出符合標(biāo)準(zhǔn)和合格水平的數(shù)值、干擾容限和輻射危險(xiǎn)量，用以驗(yàn)證敏感設(shè)備和公眾及人員可能遇到的危險(xiǎn)情況。

圖6：輻射發(fā)射和場(chǎng)線耦合建模方法。

示例

本部分介紹了應(yīng)用上述集成建模方法獲得的EMC/EMI仿真結(jié)果。此示例評(píng)估了胎壓傳感器對(duì)電動(dòng)總成中逆變器產(chǎn)生的共模電流（典型的束間串?dāng)_問題）的抗擾性。圖7所示為EPT配置和所研究的胎壓傳感器線束。

圖7：EPT配置和受影響線束。

分析的胎壓傳感器線束（受影響線束）配置有兩種：從兩側(cè)連接底盤的無屏蔽線束（圖8）和屏蔽線束。

圖8：無屏蔽電纜配置。

本例中將直流電源總線（源線束）作為屏蔽電纜進(jìn)行建模。圖10所示為將直流電源總線共模電流用作3D全波計(jì)算源時(shí)的頻譜成分（50KW永磁同步電動(dòng)機(jī)在最大扭矩和最大功率下以3,500轉(zhuǎn)/分的速度運(yùn)行）。這些電流是使用上文“傳導(dǎo)發(fā)射建模”部分所述方法計(jì)算得到的。然后，根據(jù)ISO11452-4標(biāo)準(zhǔn)–BCI測(cè)試嚴(yán)重級(jí)別I，將受影響組件（輪胎傳感器）線束上的感應(yīng)電流與假定的傳感器合格水平進(jìn)行比較。17

圖10：直流電源總線共模電流的頻譜成分。

最后，由于高強(qiáng)度磁場(chǎng)和電場(chǎng)可能危害人體健康，我們根據(jù)國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)(ICNIRP)規(guī)范計(jì)算了場(chǎng)圖和危險(xiǎn)量，從而評(píng)估乘客可能遇到的危險(xiǎn)情況。整個(gè)建模和仿真過程都是在Simcenter 3D中進(jìn)行的。為解決物理層面的重大電磁挑戰(zhàn)（束內(nèi)電纜和導(dǎo)線之間串?dāng)_、從源頭到電纜的侵?jǐn)_、電纜發(fā)射或其任意組合），西門子已將Simcenter 3D Electromagnetics與 Capital軟件集成，后者是一套用于大型平臺(tái)中電子電氣系統(tǒng)工程的綜合工具。該集成支持導(dǎo)入線束數(shù)據(jù)（3D路徑、電纜表、結(jié)點(diǎn)和連接），并創(chuàng)建配電系統(tǒng)3D模型進(jìn)行EMC/EMI分析。通過場(chǎng)線耦合EM仿真，工程師能夠快速驗(yàn)證EMC兼容性，并設(shè)計(jì)相應(yīng)線束，以降低成本和重量。

在10MHz下由直流電源總線共模電流產(chǎn)生的整車和底盤上的感應(yīng)電流。圖12和13所示為胎壓傳感器上的感應(yīng)電流水平與無屏蔽線束配置及屏蔽線束配置的傳感器合格水平對(duì)比。圖14所示為根據(jù)ICNIRP規(guī)范確定的直流電源總線電流輻射磁場(chǎng)的危險(xiǎn)量示例。

圖12：無屏蔽線束配置下的胎壓傳感器噪聲電流。

圖13：屏蔽線束配置下的胎壓傳感器噪聲電流。

圖14：直流電源總線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)的危險(xiǎn)量。圖15和16所示分別為縱向掃描平面上直流電源總線電流輻射總電場(chǎng)和總磁場(chǎng)分布。

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導(dǎo)線和連接器的散熱設(shè)計(jì)問題

隨著汽車電氣化的到來，傳統(tǒng)車輛中的連接器數(shù)量正急劇增加，而連接器是確保車輛安全可靠的關(guān)鍵組件。連接器的熱狀況涉及多個(gè)物理過程：電流和電磁學(xué)、焦耳（電）加熱、傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。為節(jié)省空間，連接器中的端子和導(dǎo)線包裝緊密，導(dǎo)致能量密度高，冷卻條件差。分隔導(dǎo)體的絕緣材料導(dǎo)熱性相對(duì)較差，散熱效率不高。由于連接器是批量生產(chǎn)的，在成本和可制造性方面均有嚴(yán)格限制。鑒于連接器的復(fù)雜幾何體和物理性質(zhì)，通過人工或簡單計(jì)算很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)連接器內(nèi)部溫度。

物理測(cè)試雖能提供詳細(xì)數(shù)據(jù)，但也有不少缺點(diǎn)：成本高昂、需要專業(yè)設(shè)施、生產(chǎn)量和可擴(kuò)展性有限，所以要通過測(cè)試來準(zhǔn)確測(cè)量溫度難度很大。而數(shù)值仿真能夠考慮實(shí)際連接器的幾何體和物理性質(zhì)，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)連接器的熱性能，并具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：易擴(kuò)展、可在本地或遠(yuǎn)程進(jìn)行、可提供模型中任意點(diǎn)的所有相關(guān)參數(shù)值。因此，通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試驗(yàn)證數(shù)值仿真是理想解決方案。然而，數(shù)值仿真也存在一些挑戰(zhàn)。連接器的幾何體非常復(fù)雜，并具有諸多繁復(fù)的小特征，再加上涉及多個(gè)物理過程，就有可能會(huì)延長計(jì)算時(shí)間，并影響解決方案的穩(wěn)定性。一些數(shù)值仿真解決方案提供的功能可以克服這些挑戰(zhàn)。例如，Simcenter FLOEFD軟件可直接處理主流CAD系統(tǒng)中的幾何體，并與這些CAD環(huán)境無縫集成，因而適合設(shè)計(jì)工程師在開發(fā)早期使用。此外，該CAD集成還可消除CAD-仿真數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟，并通過設(shè)計(jì)更改自動(dòng)同步仿真模型與CAD 幾何體，縮短從設(shè)計(jì)到仿真的迭代周期。

圖18：30路汽車電氣連接器的CAD嵌入式熱仿真。

有了自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，設(shè)計(jì)工程師即使沒有計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的專業(yè)知識(shí)，也能夠從最初階段就使用仿真來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。網(wǎng)格劃分速度快，可輕松處理復(fù)雜的幾何體，針對(duì)精細(xì)的幾何特征自動(dòng)調(diào)整單元密度，從而顯著減少傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分解決方案所需的人工輸入和幾何體簡化及清理。

所有電氣流程的仿真都需要物理模型，包括導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及焦耳加熱。與其他一些物理現(xiàn)象（例如傳導(dǎo)）不同，電流在很大程度上取決于幾何體的小特征，因?yàn)榻佑|面積小，導(dǎo)致插座接觸葉片的地方局部溫度上升。網(wǎng)格可在同一單元內(nèi)求解多個(gè)固體和流體體積，而求解器則可將理論分析和經(jīng)驗(yàn)解應(yīng)用于指定條件下某些幾何體的仿真流程。此方法適用于網(wǎng)格密度低于傳統(tǒng)純有限體積法要求的區(qū)域，且與傳統(tǒng)方法相比，可減少求解時(shí)間和資源。此外，該求解器還可應(yīng)用先進(jìn)的壁面處理方法（例如雙尺度邊界層模型），能夠在有數(shù)百個(gè)零件的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中減少網(wǎng)格密度和求解時(shí)間。電氣連接器的熱仿真旨在滿足適用法規(guī)關(guān)于最高溫度的要求，確保產(chǎn)品安全、可靠。它有助于發(fā)現(xiàn)端子設(shè)計(jì)中的瓶頸，從而改善熱性能。以30端子連接器為例（圖17）。要對(duì)連接器進(jìn)行仿真建模，就必須為30個(gè)電路逐一指定電流和電壓。用戶可使用材料庫為連接器裝配中的每個(gè)零件（導(dǎo)線、葉片和插座）定義材料屬性（密度、導(dǎo)熱性、比熱容和電阻率），也可指定周圍環(huán)境的壓力、溫度和重力。除體積中的電阻率外，接觸電阻還可應(yīng)用于兩個(gè)導(dǎo)體的對(duì)接處，表示因表面粗糙、氧化或其他因素而造成的損耗。為簡化這一過程，Simcenter FLOEFD可識(shí)別CAD模型中的相同零件幾何體，并將相同條件傳播到所有副本，從而顯著減少分析定義時(shí)間。

圖20：為仿真指定電流、電壓和電阻。

該求解器包含了許多有助于加速求解過程的功能，更便于設(shè)計(jì)工程師理解。通過該軟件，用戶可指定仿真的相關(guān)參數(shù)，并將其用作跟蹤仿真進(jìn)展的收斂標(biāo)準(zhǔn)。這些參數(shù)被指定為仿真目標(biāo)，而該軟件可監(jiān)測(cè)目標(biāo)收斂，在收斂時(shí)停止仿真以節(jié)省機(jī)器資源，并在仿真結(jié)束后通知工程師。由于會(huì)將仿真的實(shí)際輸出參數(shù)考慮在內(nèi)，此方法比傳統(tǒng)方法（基于分析特定求解器殘值）更加直觀。此外，要加速求解，可采用流凍結(jié)和輻射凍結(jié)等技術(shù)，中斷對(duì)流場(chǎng)和輻射通量的更新，使求解專注于傳導(dǎo)。連接器仿真旨在監(jiān)測(cè)焦耳熱生成、組件溫度、整體熱量和輻射平衡，以及重力矢量上的自然對(duì)流速度。如上文所述，對(duì)于這樣一個(gè)能夠相對(duì)快速建立流場(chǎng)的問題，可使用流凍結(jié)技術(shù)來加速求解。

連接器仿真示例：電氣參數(shù)

該仿真結(jié)果給出了電氣參數(shù)，包括單位體積和面積的電流密度和焦耳熱的分布和最小值/最大值。電流方向可以用矢量圖來表示。后處理工具能夠以 2D截面圖或3D曲面顯示結(jié)果，讓用戶明確了解電流流向和加熱位置（圖 21）。此類圖像有助于確定熱瓶頸或當(dāng)前突破口。此外，還有必要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究，以發(fā)現(xiàn)因果關(guān)系，或進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化研究，以改變幾何體和仿真參數(shù)（例如電流和材料），實(shí)現(xiàn)理想電氣和熱性能。該軟件具有執(zhí)行此類研究的內(nèi)置功能，并可連接外部專業(yè)優(yōu)化工具（例如 Simcenter HEEDSTM軟件），以提供高級(jí)功能。

圖21：仿真電氣結(jié)果。

連接器仿真示例：熱參數(shù)

該熱仿真結(jié)果給出了溫度分布和最小值/最大值（圖22），同時(shí)考慮到傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，包括端子和塑料外殼之間狹小的空間。通過對(duì)結(jié)果進(jìn)行后處理，工程師能夠輕松檢查性能是否符合最高溫度規(guī)定。

圖22：溫度結(jié)果。了解特定組件或組件組的熱平衡對(duì)于發(fā)現(xiàn)和糾正熱設(shè)計(jì)缺陷至關(guān)重要。

通過通量圖功能，工程師能夠了解所選組件或組件組的能量和熱平衡（圖 23）。此熱交換圖顯示了組件之間的散熱路徑、大小和矢量，以及物理機(jī)制（傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射），可幫助用戶全面了解熱平衡。這樣工程師就可以改進(jìn)設(shè)計(jì)，以改變平衡并改善能量流分布，從而實(shí)現(xiàn)更低溫度。

圖23：通量圖。

連接器仿真示例：流場(chǎng)

電氣連接器的運(yùn)行條件可以包括強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流環(huán)境。通過分析連接器周圍流場(chǎng)，工程師可以發(fā)現(xiàn)停滯和再循環(huán)區(qū)域，并改進(jìn)外殼設(shè)計(jì)或特定車廂內(nèi)的連接器位置。本例中，通過CFD仿真結(jié)果可深入了解連接器外殼內(nèi)部和周圍自然對(duì)流。后處理結(jié)果顯示了對(duì)流冷卻的流場(chǎng)速度、流線和矢量（圖24）。在對(duì)流的驅(qū)動(dòng)下，流速會(huì)在有熱空氣從連接器升起時(shí)增加。工程師可以利用這些洞見優(yōu)化連接器的幾何體或內(nèi)部間隙，實(shí)現(xiàn)更好的冷卻效果。

圖24：流場(chǎng)結(jié)果-對(duì)流冷卻的速度、流線和矢量。

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結(jié)語

動(dòng)力總成的電氣化和自主性顯著增加了汽車電力電子架構(gòu)的復(fù)雜性。電動(dòng)汽車的大功率水平和在大電流下的大功率充電都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)和高熱損耗，用于自動(dòng)駕駛、V2X連接和其他系統(tǒng)的電子組件和信號(hào)線受其影響可能無法安全可靠地運(yùn)行。因此，電氣工程必須利用多物理場(chǎng)仿真從組件、系統(tǒng)/子系統(tǒng)和整車層面評(píng)估EMC/EMI和熱性能。