电动交通：用于电动动力传动系统和 HEV/EV 生态系统的创新设计和测试解决方案
手册
是德科技遍布全球的汽车和能源办事处
是德科技在全球各地均设立了办事处，确保就近提供您所需要的解决方案。我们在美国密歇根州、德国伯布林根、日本名古屋和中国上海建立了汽车客户中心。汽车客户中心秉承了是德科技就近为客户提供协作和服务的承诺，致力于为推动汽车和能源行业的创新技术项目提供支持。我们还在与许多国际组织开展紧密合作，为制定电动交通 (e-mobility) 标准提供助力。这让我们能够针对您的汽车设计和测试要求，顺利为您提供面向未来的解决方案。
目录
- 电动交通生态系统的动力来自哪里？
- 在大功率电动交通环境中进行测试
- 电动汽车和动力测试解决方案
- 电动动力传动系统测试
- 逆变器测试
- 电芯和电池测试
- 电池管理系统测试
- 充电技术测试
- 电动交通配套测试技术
- 能源生态系统
- 光伏 (PV) 和智能电网技术
- 灵活设计与测试软件
- 您的汽车设计和测试合作伙伴
- 校准和维修服务
- 我们与您的伙伴关系
电动交通生态系统的动力来自哪里？
据国际能源署 (IEA) 预测，到 2030 年，全球上路行驶的纯电动汽车 (EV) 和混合动力汽车 (HEV) 将会达到 2.5 亿辆之多。2018 年，IEA 报告的当年此类汽车的数量是 510 万辆。显而易见，增长幅度相当巨大。这种增长与动力传动系统、电力电子、电 芯 (cell) 和电池以及充电基础设施的技术进步是相辅相成、相得益彰的（图 1）。制造商必须确保电动汽车符合 CO2 排放法规的要求。除此之外，他们还需要提高能效和续航里程。
通常而言，动力传动系统的新技术要历经多个设计周期才能实现盈利。电动汽车动力传动系统组件（牵引电机、转换器、功率转换器和电池）所面临的成本压力一直在推动新的基础性技术持续发展。这些技术对设计和测试解决方案催生了更高的需求，要求它们提供更好的仿真和测试覆盖，以便符合各种安全和性能标准。插电式汽车市场还在持续增长，这也为其周边可再生能源生态系统中的一些新技术提供了动力，其中包括光伏 (PV) 逆变器和智能电网技术。
在大功率电动交通环境中进行测试
双向测试：对能够向转换器输出功率或者从转换器吸收功率的设备进行双向功率流的测试。常规测试方法是使用外部电路和多种仪器。这些方法通常不允许在功率的输出和吸收之间进行平滑的信号转换，极易导致仿真的工作条件不够准确。它们还会导致热量在测试环境中积蓄，因而需要采取昂贵的冷却措施。
新型功率半导体技术：设计人员开始 使 用宽带隙 (WBG) 器 件。与传 统硅器 件相比，这种器 件的功率效率更高，能 够应 对更高的电压和温 度。但是，它们也会使直流-直流转换器的仿真和设计变得更为复杂。在设计功率转换器时，传统的仿真工具不能准确捕获WBG 器件的特性，导致我们无法使用这些器件来进行最优的转换器设计。在设计当今的转换器时，需要使用新的仿真和测试技术。
安全和可靠性方面的考虑：使用新的半导体时需要进行额外的验证和可靠性测试，才能确保转换器在恶劣的工作条件下依然正常发挥作用。考虑到使用转换器时的功率电平，设 计人员在对它们进行 测试时需要分外小 心。这就要求在制造中考虑特殊的安全机制（包括冗余系统），以免在发生故障时使人员和设备受到高压冲击。
最大程度提高效率：对于测试人员而言，为了评估转换器在全系统的真实情况，对可能会影响效率的全部操作和环境因素进行仿真会有很大的难度。要测量细微的效率变化，测量仪器需要具有高动态范围。
电动汽车和动力测试解决方案
为了应对这些新兴的设计和测试问题，是德科技创建并引入了创新的方法来帮助开发人员和制造人员加速测试流程。本电动交通手册概述了是德科技为这个生态系统提供的设计和测试解决方案及服务 ：
- 电动动力传动系统测试：针对车载系统进行逆变器和直流 - 直流转换器测试，针对电池模块和电池包的电芯特性和功率效率进行测试，确保功率半导体级别的能源效率，同时解决安全性、测试时间和成本问题。
- 充电技术和基础设施测试：在外场或实验室对 EV 和充电桩 (EVSE) 的充电接口进行测试，测试范围覆盖移动应用和综合应用。
- 能源生态系统测试：使用先进的仿真技术和软件进行太阳能电芯测试和 PV 逆变器效率测试，助力满足严格的安全性和性能方面的行业标准。
电动动力传动系统测试
混动汽车和电动汽车有许多架构上的差异。强混动（或并行混动）和纯电动（无引擎）汽车的电动动力传动系统都是由大容量电池提供的高电压 (HV) 总线来驱动的（图 2）。逆变器和电动机/发电机的功率电平都在 60 kW 到 180 kW 以上。除了大型锂离子 (Li-ion)电池以外，开发这些架构还需要大量投资。大多数组件都是双向的，允许电力从电池流向逆变器，进而转动电动机，驱动汽车行驶（牵引驱动）。而在减速时，汽车的电动机又变为发电机，通过逆变器将电力返回，并为电池组充电（再生制动）。这种动力传动系统的每一步都需要进行全面测试，以确保 HEV/EV 发挥最大能效。
在中度混动 (MH) 汽 车中， 电动机/发电机、 逆变器和电池也都是双向的。它们的体积不够大，不足以独立驱动车辆行驶（如 HEV 或 EV 中）。然而，它们能够在汽车加速时为发动机补充能量，并在减速时给电池充电。MH（ 中度 混 动）汽车的电压水平通常为 48 V，这使 HEV 的总线结构可以保持在60 V 的安全额定值以下。在相同的额定电流下，它可以提供四倍于 12 V 总线的潜在功率（图 3）。针对动力传动系统的每个元器件和每个步骤都需要进行全面测试，以便最大程度地确保转换过程的能效。设计和制造阶段必须考虑到每个元器件和子系统的内聚功能，以及它们的安全因素。
逆变器测试
逆变器是许多应用中不可或缺的元器件，因为它们能够进行双向电压转换。牵引逆变器将电池的直流电压转换为电动机的交流电压。这一功能使得逆变器成为电动交通以及众多工业应用中的关键元器件。汽车行业对质量、耐用性和安全性都有极高的要求。在整个开发和生产过程中，所有元器件都需要经过严格的测试。越早地在开发阶段进行测试，后续步骤的测试效率就会越高。制定全面的测试方案并进行独立的元器件测试，有助于减少开发费用和加快创新进度（图 4）。为了仿真逆变器环境，可以使用是德科技的 Scienlab 动态直流仿真器来代替电池。使用 Scienlab 电机模拟器代替电动机。
Scienlab 电机仿真器
为了对逆变器进行充分测试，我们需要深入而全面地仿真电机。是德科技的 Scienlab 电机模拟器和 Scienlab 动态直流仿真器共同作用，使用预先定义的负载周期为逆变器提供各种类型的压力测试环境。该仿真器可以逼真地仿真各种电机（如 PMSM、ASM 和感应电机）。在电动机和发电机模式（四象限模式）下均可实现仿真。对电动机的仿真还包含所有必需的传感器。此外，由于采用开放式接口架构，电机模拟器还可以轻松连接现有的自动化单元。电机模拟器适用于高压应用和 48 V 应用。
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