隨著電動汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施市場的持續(xù)增長，數(shù)字孿生應(yīng)用將成為產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計驗證過程中不可或缺的一部分。

　　許永耀數(shù)字孿生技術(shù)正在改變汽車行業(yè)設(shè)計和測試電動汽車(e-mobility)產(chǎn)品和解決方案的方式。隨著開發(fā)更節(jié)能電池的壓力以及充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的加快，數(shù)字孿生可以幫助更快地將新產(chǎn)品推向市場，而不會影響性能和安全標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

　　模擬器與模擬器

　　數(shù)字孿生已成為一個熱門的技術(shù)話題，但這一概念起源于可追溯到 1990 年代初的仿真技術(shù)。仿真器模仿一個或多個設(shè)備的行為，無論是集成電路還是整個設(shè)備，并且具有許多應(yīng)用。但在研究應(yīng)用仿真技術(shù)之前，讓我們先回顧一下仿真器和模擬器之間的區(qū)別(請參閱表 1)。這兩個術(shù)語有時在工程中可以互換使用，但它們的定義非常不同。

　　作為被測器件 (DUT) 的示例，請考慮芯片：

　　模擬

　　仿真描述了芯片在代工廠制造后的性能。目標(biāo)是確保芯片能夠在不同狀態(tài)的變量(如內(nèi)存、注冊表和當(dāng)前程序計數(shù)器)下執(zhí)行。

　　仿真

　　仿真意味著使用硬件來模擬芯片在近乎實時的速度下如何運(yùn)行。硬件使設(shè)計人員能夠加快仿真過程，超越傳統(tǒng)仿真的能力。這對于非常高性能的芯片非常重要，例如用于整個電動汽車生態(tài)系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換的芯片。

　　表 1.模擬器和模擬器之間的差異

　　仿真技術(shù)自早期以來已經(jīng)走過了漫長的道路，演變成數(shù)字孿生，利用強(qiáng)大的硬件和軟件供工程師自定義測試參數(shù)并仿真不同的設(shè)備和測試場景。讓我們更深入地了解數(shù)字孿生如何在電動汽車開發(fā)中使用。

　　數(shù)字孿生承擔(dān)了電動汽車和電動汽車的角色

　　預(yù)計到2024年，新電動汽車(EV)車型的數(shù)量將增加一倍以上，達(dá)到130多款。對于電動汽車供電設(shè)備 (EVSE) 供應(yīng)商來說，針對實際車輛測試充電站是不切實際的。同樣，汽車制造商也面臨著確保其電動汽車符合全球不同充電標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。將他們的車輛與來自世界各地的真實充電站進(jìn)行測試是不可行的。

　　充電站按級別分類，如表2所示。

　　表 2.典型電動汽車充電類型概述

　　除了交流和直流電氣平臺之間的差異外，電動汽車制造商和EVSE制造商在嘗試在全球范圍內(nèi)銷售其產(chǎn)品時，都必須應(yīng)對互操作性和合規(guī)性(圖1)。

　　圖 1：世界各地的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)示例。CHAdeMO 3.0(超極)和兆瓦充電系統(tǒng)(MCS)等新興標(biāo)準(zhǔn)將實現(xiàn)更快的充電。

　　過去，工程師進(jìn)行手動測試并將各個車型連接到各種充電站，每個充電站都有不同的標(biāo)準(zhǔn)。在當(dāng)今快速發(fā)展的市場中，這種測試策略不再可行。這就是數(shù)字孿生的用武之地，它可以自動測試不同的充電接口，并檢查每輛車和充電站模型之間的互操作性(圖 2)。

　　圖 2：當(dāng)制造商針對不同的 EV 或 EVSE 測試新產(chǎn)品時，數(shù)字孿生技術(shù)消除了對真實汽車或充電站的需求。

　　讓我們看一下當(dāng)今 EV 和 EVSE 設(shè)計和測試環(huán)境中使用的兩種仿真設(shè)置：

　　電動汽車充電測試

　　圖 3 顯示 了 一個 大 功率 EV 測試 系統(tǒng)(中)， 該 系統(tǒng) 帶有 模擬 直流 充電 基礎(chǔ)設(shè)施 的 液冷 充電 適配器。為模擬直流充電基礎(chǔ)設(shè)施供電的電力來自左側(cè)的另一個模擬器。與將汽車連接到多個充電站相比，該汽車制造商現(xiàn)在可以模擬各種高達(dá)600 A的大功率直流充電基礎(chǔ)設(shè)施

　　圖 3：使用模擬大功率直流充電的數(shù)字孿生設(shè)置測試電動汽車。

　　EVSE 測試

　　在針對不同汽車測試充電站設(shè)計時(圖 4)，帶有電源的測試儀可以模擬電動汽車。EV數(shù)字孿生使工程師能夠根據(jù)不同電動汽車的規(guī)格配置車輛。

　　圖 4：模擬不同的電動汽車以測試左側(cè)的 EVSE。該測試設(shè)置允許對正在開發(fā)的任何 EVSE 產(chǎn)品進(jìn)行功能、安全性、互操作性、一致性和耐久性測試。

　　模擬大功率板載環(huán)境

　　除了電動汽車和充電站，更好、更便宜的電池是推動電動汽車采用的關(guān)鍵。許多汽車制造商都有專門的團(tuán)隊致力于電動汽車儲能和使用系統(tǒng)，以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

　　開發(fā)和測試新的大功率電動汽車電池需要智能電池管理系統(tǒng) (BMS)。BMS 通過監(jiān)控電壓、電流、溫度和充電狀態(tài)等參數(shù)來執(zhí)行重要的安全、控制和調(diào)節(jié)功能。BMS 還負(fù)責(zé)熱管理、能量管理、電池平衡和性能。工程師面臨著一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，即驗證BMS按照規(guī)范執(zhí)行所有這些功能的能力。

　　數(shù)字孿生環(huán)境可以幫助工程師在開發(fā)過程中對其 BMS 進(jìn)行壓力測試。該BMS環(huán)境仿真器可以復(fù)制EV電池單元，模擬開路或短路等故障，甚至不同的電池溫度，以測試BMS如何響應(yīng)這些事件。

　　形影不離的雙胞胎

　　隨著電動汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施市場的持續(xù)增長，數(shù)字孿生應(yīng)用將成為產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計驗證過程中不可或缺的一部分。數(shù)字孿生將確保其現(xiàn)實世界的對應(yīng)物不僅符合行業(yè)一致性標(biāo)準(zhǔn)，而且還實現(xiàn)更綠色、更可持續(xù)的交通生態(tài)系統(tǒng)的總體目標(biāo)。

　　作者簡介

　　Hwee Yng Yeo 是是德科技的電動汽車解決方案負(fù)責(zé)人。