隨著電動汽車和充電基礎設施市場的持續(xù)增長，數字孿生應用將成為產品開發(fā)和設計驗證過程中不可或缺的一部分。

　　許永耀數字孿生技術正在改變汽車行業(yè)設計和測試電動汽車(e-mobility)產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設施發(fā)展的加快，數字孿生可以幫助更快地將新產品推向市場，而不會影響性能和安全標準的一致性。

　　模擬器與模擬器

　　數字孿生已成為一個熱門的技術話題，但這一概念起源于可追溯到 1990 年代初的仿真技術。仿真器模仿一個或多個設備的行為，無論是集成電路還是整個設備，并且具有許多應用。但在研究應用仿真技術之前，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。目標是確保芯片能夠在不同狀態(tài)的變量(如內存、注冊表和當前程序計數器)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行。硬件使設計人員能夠加快仿真過程，超越傳統仿真的能力。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)系統的功率轉換的芯片。

　　表 1.模擬器和模擬器之間的差異

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

　　數字孿生承擔了電動汽車和電動汽車的角色

　　預計到2024年，新電動汽車(EV)車型的數量將增加一倍以上，達到130多款。對于電動汽車供電設備 (EVSE) 供應商來說，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準的挑戰(zhàn)。將他們的車輛與來自世界各地的真實充電站進行測試是不可行的。

　　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銷售其產品時，都必須應對互操作性和合規(guī)性(圖1)。

　　圖 1：世界各地的收費標準示例。CHAdeMO 3.0(超極)和兆瓦充電系統(MCS)等新興標準將實現更快的充電。

　　過去，工程師進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準。在當今快速發(fā)展的市場中，這種測試策略不再可行。這就是數字孿生的用武之地，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：當制造商針對不同的 EV 或 EVSE 測試新產品時，數字孿生技術消除了對真實汽車或充電站的需求。

　　讓我們看一下當今 EV 和 EVSE 設計和測試環(huán)境中使用的兩種仿真設置：

　　電動汽車充電測試

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

　　圖 3：使用模擬大功率直流充電的數字孿生設置測試電動汽車。

　　EVSE 測試

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

　　圖 4：模擬不同的電動汽車以測試左側的 EVSE。該測試設置允許對正在開發(fā)的任何 EVSE 產品進行功能、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鍵。許多汽車制造商都有專門的團隊致力于電動汽車儲能和使用系統，以應對這些挑戰(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 (BMS)。BMS 通過監(jiān)控電壓、電流、溫度和充電狀態(tài)等參數來執(zhí)行重要的安全、控制和調節(jié)功能。BMS 還負責熱管理、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，即驗證BMS按照規(guī)范執(zhí)行所有這些功能的能力。

　　數字孿生環(huán)境可以幫助工程師在開發(fā)過程中對其 BMS 進行壓力測試。該BMS環(huán)境仿真器可以復制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如何響應這些事件。

　　形影不離的雙胞胎

　　隨著電動汽車和充電基礎設施市場的持續(xù)增長，數字孿生應用將成為產品開發(fā)和設計驗證過程中不可或缺的一部分。數字孿生將確保其現實世界的對應物不僅符合行業(yè)一致性標準，而且還實現更綠色、更可持續(xù)的交通生態(tài)系統的總體目標。

　　作者簡介

　　Hwee Yng Yeo 是是德科技的電動汽車解決方案負責人。