从前车子的电池总是当做即插即用部件，但在电动车子上，电池的角色产生了改变。现现在，电池是电动车子差异化要害，也是电动车子中最重，同一时间也是最贵重的部件。

惯例车子中的蓄电池，本来是一种差不多容易的零部件。但在电动车子中，能源电池组中密布各式传感器，以监测电池发热情况与老化效应，以及动态热负荷与自愈效应。最要紧的，电动车子的能源电池必需在全车架构层次发展设置开发，由于电池的运转情况将作用到全个体系，况且能源电池模块的设置、装配、维护还面对诸多难题。

“每私人都明白，电池是电动车子中最要紧，也最有难度的部件。电池打算了一部电动车子的要紧参数，例如续航路程、本钱、平安，以及充电的廉价性等，” 新思科技（Synopsys）研发工程师布莱恩·凯利（Bryan Kelly）说，“续航路程短、本钱高、电池组易出瑕疵，以及充电设备分布不均衡，是当前纯电动车子面对的最重要的难题。电池提供了能量，但它须要被良好地治理与操控，这样电动车子其它零部件才能寻常运作。”

这便是体系开发思维能发挥效用的位置了。“紧缩机、水泵、马达、协助电源模块，以及车载充电模块，电动车子须要多个功率电子器件，”凯利说道，“况且，车子行进时，上述模块中的功率半导体开开关关，（是耗电的大头），续航难题总会存留。是以电动车子中总偏向于用大电池，高功率的大电池须要有相应的功率器件来传输能量。这点大功率器件的开关频次要更高，由于功率器件的开关速度越快，传输电能时浪费的越少，电动车子围绕电池发展体系设置的一切皆是为了能效，提升能效是底线。”

自动驾驭的导入将来会大幅增添开发难度。“（导入自动驾驭）必需要更早在全体系层次发展开发，并探讨电池在体系中的效用，”新思科技利用工程经理吉姆·巴顿（Jim Patton）说道，“这须要更多的仿真，由于自动驾驭功效十分耗电。（实现自动驾驭功效）开发人士须要增添许多摄像头，多个影像料理模块，以及好多别的元器件，这点元器件都会增添耗电。自动驾驭功效是电动车子中另一大耗电模块，开发人士须要认真计算用心仿真（以满足体系续航请求）。”

上述全部功效的实现都要确保平安。“开发人士可行自动插入开路或短路的电路，发展大批故障仿真，以应对各式不测情况。例如，'假如交流发电机坏了会怎么？咱还能把这辆出故障的自动驾驭车子开到路旁吗？' 开发人士要能在平安的前提下料理这类故障，并制订相应的战略以应对不同故障。开发人士要对最坏情况有应对方案，当最坏情况产生，能够把电源从非性命攸关的模块切断，而用来保持刹车等要害部件。”巴顿说道。

充电的考量

充电速度也是电动车差异化的要紧表现。“十年前，咱刚最初在这种范畴事业时，电池组的本钱超越1000美元/千瓦时，”西门子Mentor工作部（Mentor, a Siemens Business）新搬动解决方案机械剖析部总监谱尼特·辛哈（Puneet Sinha）说道，“此刻，特斯拉ModeModel 3或许雪佛兰的电池本钱，曾经挨近150美元/千瓦时，电池本钱下调十分快。”

伴随电池价值的下调，横在电动车眼前的最重要的阻碍变成了如何提升充电速度。充电速度请求改变了电池的根基设置。

“快充技艺的进行，请求电池芯必需能在运用生命缩减适中的前提下，承担快充要求，况且不行有祸患，”辛哈说道，“电池芯是否耐受快充要求，最重要的取决于电化学资料，但从电池组层次来看，电极如何设置也会作用到电池组能否耐受快充。这点探讨是十分要紧的，由于短时间把150到200千瓦时的能量充入电池很有挑战，况且充电时会发生好多热量，是以产业内公司在探讨如何在充电时冷却电池的技艺。”

对这点难题，德拉科车子（Drako Motors）首席执行官迪恩·德拉科（Dean Drako）颇有同感。德拉科车子为本人制造的GTE电动跑车设置开发了电池。

GTE的电池组扶持兆瓦（MW）级功率输出，GTE要实现创记录的功能，电路的承载能力将遭到极致挑战，唯有配合相应的冷却体系，才能实现强劲而稳固的功率输出。“GTE电池具有90千瓦时的容量，峰值电流可达2200安培，扶持1800安培稳固电流输出，精心设置的电池组可行为GTE四个电动机持续提供900千瓦的驱能源。电池芯四周密布冷却管，大批冷却管纵横交错，组成大范围并行冷却体系，可行将每一种电池芯的热量迅速散发出来。”德拉科车子网络上这样描画道。

迪恩显示，德拉科企业在电池组设置开发上十分努力，锂离子电池设置自身也成为全车架构设置的一部分。“电动车子电源设置平常考量续航或功效领先，但咱们抉择了一条与众不同的路线，由于咱们瞄准的是赛汽车市场场。咱们制出的车子要能在赛道上赢得比赛，是以对电源及设置请求都十分高，况且要装备强盛的冷却体系，以防止电池过热。电池在充放电时，总有部分能量以热的方式消耗掉，这便是电池的化学特性。”

电池与电池组设置的最重要的挑战是如何适应宽温度范畴事业，电池与电池组自身事业温度范畴很窄，但车子事业环境千差万别，须要电池组能够适应宽温度范畴与其它严苛的外部环境。电池组中的一种电池芯因过热产生难题，很可能会激发全个电池组的链式反映。

“这便是为何大家喜爱用常规准则电池芯，由于电池芯生产商曾经对电池芯做了十分严刻的测试，采用多个举措以保证电池芯不会爆炸，”迪恩说道，“到电池组开发阶段，须要的便是在电池组内放置充足数量的温度传感器、电压传感器、电传播感器，时候监控全部情况。理论上，每一种电池都会配相应的保障丝，经过微操控器来操控电池组的状况并打算能否熔断保障丝。假如显露过热，要有相应的液冷设施来保证电池组温度能降下去。假如不考量体系的可靠性、平安、健壮性、功率输出，设置出的电池组将危如累卵。”

德拉科车子电池组  来自：德拉科车子

Mentor的辛哈同意德拉科的看法，电动车子充放电非是把车放在有空调的车库去充电那末容易。“咱们的好多消费者意识到了这点难题。在充放电体系中，电池芯自然很要紧，但它不过全个难题的一小部分。假如对电池组的热治理料理没做好，即使采用全世界最佳的电池芯，还不能确保体系在充放电时的平安。在实现直流快充时，须要考量的要素好多，开发人士要确保体系能既做到迅速充电，又不浪费燃料。”

此外，全部上述难题，假如产生，都将作用到全车架构，辛哈说道。“很少有人能在纸上列出，或许说出‘假如这种难题产生了，咱将这样应对；假如那个难题产生了，咱将那样应对’。应对繁杂体系设置中数百条难题的排列组合，是专用软件发挥效用的时刻，应用软件，开发人士能在体系最初设置时就可以厘清有哪些技艺选择，怎样才能本钱更改良，以及‘假如咱这样做，将来会获得这类结果；假如咱那样做，将来会获得那种结果’。依据上述剖析，开发团队很简单就做出正确打算。这是咱们和好多设置软件消费者交流时获得的反馈。是以，利用形式打算了采纳哪种全车架构。”

每个步骤都很要紧，他们还要上下衔接。“内燃机车与电动车是十足不同的两种开发思路，”辛哈说道，“内燃机技艺十分老练，开发人士只要要抉择适合的现成技艺，将其融入体系中即可，从车身、座位、到座舱技艺，一切都按部就班、有章可循，但电动车子也不是这样。”

数据在哪里？

在半导体设置的某些范畴，存留数据过多的景象，但在电池设置中，开发人士常常面对数据偏少的难题。

“咱曾经在这种范畴有几年，一门心理投入到抓取电池数据事业中，也与消费者或生产商一同合作来收集数据，但电池数据真的不容易抓取。”新思科技的凯利说道，“（新思科技的用具）非是干脆的人力智能，但借助新思科技用具，开发人士可行用最小量的数据，来推测体系的功能。”

应用用具生成的可用电池组模子，可行镶嵌体系中发展体系级仿真，经过设计充电初始状况、电池组组成参数等要求，来计算体系在典范欧洲工况等情景下的结果。开发团队可行直观地察看各电池芯电压与电流的浮动，能量消耗，充电状况，甚而燃料效能与续航路程。

新思科技的巴顿显示，这点模子是电动车子设置的要害。“很显著，电池是电动车子的根基，可能是最有挑战的零部件之一，也是开发人士承受负担之所在，由于电池体系是区别不同电动车的基本。车身重量与全车电池能量是一对难平衡的参数，增添电池数量可行增添全车电池能量，但同一时间也增添了车身重量，从而增添单位路程耗电量。是以，每次增添电池容量都要同一时间考量增添的车重。”

电池的化学特性也应考量。“电池芯资料有好多种组合，加工成电池芯时也有好多种布置方法，只是咱们有时疏忽了电池芯资料在化学特性上的难点。”巴顿说道，“功率电子便是这样，接连电池和电动机以及车上全部须要供电的零部件，是以提升功率电子的效能很要紧。”

冷暖空调体系是另一种须要改良的模块。“最高可能有40%的电能被用于冷却电池，电池须要被操控在平安温度范畴事业，”巴顿说，“再加上驾驭舱的冷暖空调，电动车子在北方冬天时就很狼狈。开启暖空调时，电量下调速度简直像决堤之水，是以咱们的客户期望开发人士能尽快从体系层次发展改进。”

上述要素都加在一同，体系级面对的挑战就显得奇大没有比。

“在体系设置时，把全部这点相互效用的零部件放到一同，各器件还是那么繁杂，不发展体系仿真就成了一团乱麻，不晓得结果是甚么。”凯利说道，“车上有太多搬动部件，好多举止只靠数学计算得不到正确结果，仿真没再是可有可没有，开发人士唯有应用仿真用具才能获得悉数设置参数。况且，电池自身便是非线性器件，有好多非线性效应，其参数与温度和充电状况都相关。是以，从体系层次来看，全部部件都有不可预期的事业情况，有太多的变量，唯有经过用具仿真才能了解全个体系，否则就像在小黑屋里乱扔飞镖一样不知所终。”

摩尔科技（Moortec）首席执行官斯蒂芬·科罗舍（Stephen Crosher）显示，电池的体系设置难题重重，但这却为更领先进步技艺导入开启了门路，例如片上监控。应用片上监控来实现电池组热监护功效，能够从电池中榨取更多的能量。“不论是给电话增添15分钟播放时间，仍是让使用者没再因路程焦虑而关闭电动车中功效（例如空调），只需能延伸电池生命，就可以改进使用者体会。”

电池体系开发面对的难题也为好多新资料搭起上车之路，虽然这点资料从未在车子上用过。

“从前大家都用硅资料做功率器件，但近年来，宽禁带半导体资料源于在高压、高功率利用中的优异特性，越来越遭到重视。”芯师（Silvaco）企业市场顶级总监格拉汉姆·贝尔（Graham Bell）说道，“碳化硅和氮化镓是功率器件中的新生力量。”

碳化硅市场增添前景反应了功率器件资料浮动趋向。

“最重要的受混动与纯电动车子要求驱动，未来5到7年，碳化硅市场年复合增添率挨近30%，”贝尔说道，“从供电设备到为电池充电的直流电源，碳化硅器件在电力输送进程里的电源转换步骤用途很广。碳化硅器件另一种利用范畴是用在电动车子伺服电动机等操控模块中。自然，碳化硅还可行用于车子电动机或其它部件的稳压电路等高功率电路中。”

结论

Mentor的辛哈显示，半导体与车子电子生态圈将迎接波澜壮阔的十年，一同经验车子产业天翻地覆的浮动，并见证终归的胜者。

“咱们审视历史规则，就可以做出明白的判断，在电动车子（不论有人驾驭仍是没有人驾驭）市场，那一些触类旁通、锐意创新、不墨守成规的公司有很大的机会赢得未来，这种公司不单遵循百年未变的老惯例，要有横跨电气、电子、机械三范畴高度的视角，能将跨域技艺有机合一，真实将三个范畴技艺融会贯穿。”辛哈说道，“设置、生产与使用者体会的不同，打算了如何跨域开发，电动车子的开发要用一个更开放的合一过程，而非是沿用往日的方法。”