目前，国内各大汽车厂商均投入了大量的人力和物力进行电动汽车及相关技术的开发。不同于传统汽车，电动汽车采用电池给车辆提供动力，因此电池、电动机和发电机等相关系统就成为电动汽车技术的核心。
随着石油资源的逐渐枯竭和人们对环境问题的日益关注，传统的能源消耗方式同人类的可持续发展之间的矛盾越来越尖锐，因此世界各国均投巨资于新能源技术的开发。就汽车工业而言，新能源汽车，尤其是混合动力汽车和纯电动汽车，已成为世界各大汽车公司争相研究的热点。
众所周知，CDAJ公司在传统汽车CAE仿真方面已经具有强大的解决方案，本文不再赘述，这里只针对混合动力、纯电动汽车的电池、电动机、车辆整体和分系统性能分析及整车优化分析做出简要阐述。
电池模拟
不管是混合动力汽车还是纯电动车，都需要电池提供动力源。而电池组的散热管理、冷却系统设计分析，电池启动性能、输出性能、可靠性和安全性等，都直接影响电动车的整体性能。因此对电池和电池组进行相关的模拟分析就非常必要，STAR-CD/STAR-CCM+即可对上述问题进行很好的分析。
STAR-CD/STAR-CCM+是世界上使用最广泛的专业计算流体力学（CFD）分析软件之一，由世界领先的综合性CAE软件和服务提供商CD-adapco集团开发，它一直广泛应用于汽车工业的CFD分析中，针对电动汽车也开发出了专门的应用模块——大尺寸锂离子电池组分析模块。此模块专门针对电动车用锂离子电池的电化学动力学和传热进行建模，可以对电池的电化学反应、电池组温度分布的均匀性和输出性能、循环寿命以及安全性等进行模拟分析和评估。
1. 单电池电化学模拟
电动车所用的锂离子电池为大尺度电池，电极面积很大，因此其表面的电流密度、温度和锂离子浓度等分布的均匀性会对电池性能产生很大影响。STAR-CD中的锂离子电池模块可以很好地模拟单电池的电流密度、电势、温度以及锂离子浓度分布规律等。图1给出了一锂离子电池电极表面在不同时刻的电流密度分布。
2. 电池组电化学及性能模拟
对于由若干个单电池组成的电池组而言，单电池输出性能的差异以及电池组的热管理是非常重要的，它们直接影响电池组的整体输出性能。图2给出了电池系统某个电池组中各个单电池的温度分布、不同时刻的电流密度分布以及锂离子的浓度分布差异。
3. 安全性分析
实际电池在电动车上运行时，由于工况的不确定性，由意外导致的电池损伤不可避免。而这种损伤，可能会给汽车带来严重的危险。CDAJ的锂离子电池模块可以模拟由尖锐物体刺入电池导致的短路过程及其危害，图3给出了具体的案例展示。
4. 电池堆热管理
对于由电池系统组成的动力舱而言，其热管理不但影响电动车性能，还具有安全性的考量。STAR-CD/STAR-CCM+可以很方便地对电池系统进行散热分析和冷却系统的优化设计。其应用跟传统汽车类似，在此不再赘述。
电动机模拟
电池输出电能后，必须由电动机带动传动系统汽车才会正常运转。因此电动机的性能也直接决定了汽车的运转性能。而JMAG软件可以提供电动汽车应用中电动机的全方位、系统性的解决方案，包括永磁电动机的充磁分析、电枢反应退磁分析、交直轴电感分析、cogging torque分析、铁耗分析、效率分析、温升分析以及振动和噪声分析等。越来越多的汽车厂商开始把JMAG作为新能源汽车中电动机的最重要的电磁分析工具。
JMAG软件在电动汽车应用领域最大的优势就是可以非常精确地计算电机的损耗， 从而可以非常有效地提高所设计电动机的效率。JMAG电磁分析软件可以提供输入铁磁材料的各种不同频率下的损耗曲线，然后根据此损耗曲线来计算电机实际工作状态下的具体铁耗，如图4所示。
当我们建立好模型，完成各种材料设置，完成电动机的运动设置和网格设置之后，经过对电动机进行瞬态仿真，分析出电动机的磁密分布和磁矢量图，如图5所示。图6给出了电动机的转矩和功率。
同时JMAG软件可以直接通过软件计算出电动机绕组的铜耗， 计算出电机定、转子的铁耗，我们把电动机的铁耗计算工具直接融合在软件中， 可以非常容易、快速及精确地得到各种损耗的计算结果，如图7所示。
另外除了可以计算出电机的损耗总值之外， 还可以计算出电机的定、转子铁耗的分布云图，如图8所示。
当清楚地计算出电动机的转矩、功率、各个损耗以及损耗分布之后，我们可以很好地判断电动机的性能是否达标，损耗是否很小，在某些地方是否达到磁饱和，在局部是否形成很小的磁回路等。相信JMAG软件在电动汽车的整体解决方案中一定可以通过大量的优化设计为我们提供一款高效率、小体积的优质电动机。
混合动力/纯电动车的整体和分系统性能分析
前文介绍了电池和电动机的模拟分析工具和方法。而整个电动车要达到良好的运行效果，必须是各个系统整合的结果。因此，需要对电动车的系统/分系统的性能和响应特性进行仿真分析。在这方面，GT-SUITE软件是非常好的选择。GT-SUITE是一个完整的、自成体系的发动机/整车开发平台，应用涵盖了发动机本体、驱动系统、冷却系统、润滑系统、空调系统、机舱热管理、燃油供给系统、曲轴机构、配气机构、整车液压系统和HIL仿真等多个方面。
GT-SUITE在新能源汽车上的典型应用包括以下内容：循环行驶工况、爬坡性能分析、稳态行驶性能分析、各挡性能计算、最高车速计算、全负荷加速性能计算、各挡最大加速度计算、原地起步连续换挡加速性能计算、超车加速性能计算、最大牵引力计算及巡航行驶工况计算和制动/滑行/反拖性能分析。
下面给出了GT-SUITE在混合动力汽车方面的两个应用案例。
1. 多种配置的混合动力汽车（HEV）评估与优化
大众汽车公司为了分析不同配置的混合动力汽车的优点，在同一GT-SUITE建立的模型中，通过控制体现各种配置方案，并非常方便地在不同配置之间相互转换。简化了分析工程师的建模强度，提高了效率，减少了模型的数量，规范了建模与分析的流程，并有效地实现了多个部门之间的模型共享。
如图9所示，在一个模型中就能实现三种不同的配置方式，并在每一种配方式中进行相应的评估、优化与对比。目的是比较与优化多种配置方式。
2. 功率分离的混合动力汽车研究
详细建立特定的HEV模型，并分析车辆运行特定的NEDC循环时，能量的实际消耗情况，并与传统的车辆进行能耗对比，得出能量的节省情况，以及节省能量中相应的能量分布情况，为各HEV的控制策略、系统配置等的优化提供参考，如图10所示。其目的是研究HEV的功率分析需求。
优化分析
上述软件工具可以实现单组参数（或几组参数）的模拟分析，但若涉及多组、多变量甚至多目标的优化问题时，单靠人工的选择计算已经不能满足实际的设计需求。因此在实际汽车系统的设计当中，多目标优化软件同上述软件的结合，就成为一种必要。
modeFRONTIER是意大利ESTECO公司开发并在全球推广的多目标优化软件。该软件可以集成多种CAD、CAE和CFD软件。在新产品仿真探索优化方面有着良好的应用价值。modeFRONTIER在产品设计初期使用DOE功能对新产品进行探索，在新产品性能指标约束范围内探索出新产品的设计方案。进而应用modeFRONTIER的强大的集成功能和优化功能，对新产品的学科性能进行分析与优化。新产品总体设计方案中应用modeFRONTIER强大的多准则决策功能(MCDM),形成最终的新产品方案。
通过DOE探索出影响主要性能的变量因子。对该变量因子进行稳健性仿真分析。在modeFRONTIER通过仿真分析与优化后车辆的平顺性和操控性能更加灵活稳定。大量的DOE数据分析完成后应用modeFRONTIER丰富的响应面技术，拟合出响应面近似方程。在仿真设计初期大大减少了仿真次数。
电动机驱动控制系统复合领域的最优化，下面是一个实例应用。
在电动机设计中，电动机的损失是必须关心的部分，由于电动机的损失有很多种，其中电磁钢板的铁损是非常重要的组成部分，而降低铁损往往会带来成本的提高，本例主要通过modeFRONTIER+JMAG+SIMULINK耦合优化异步电动机的控制系统，通过改变载波频率和电磁钢板材料，在保持电动机输出转矩的基础上降低异步电动机的铁损，实现电动机成本的最小化。整个优化流程非常简洁，通过计算节点，modeFRONTIER驱动JMAG，SIMULINK软件进行计算，采用FMOGA-II算法首先进行初略优化，然后再采用NSGA-II优化算法对目标进行更精细化优化。最终集成模型如图11所示。图12为目标结果的离散点图，其中圆圈的颜色代表价格指数的大小，红色为最高。通过优化找到了最适合我们要求的设计参数，增强了设计，提高了产品竞争力。
结语
综上所述，CDAJ公司利用最新的CAE仿真软件和前沿的技术，已形成混合动力、纯电动汽车全面的解决方案。
随着石油资源的逐渐枯竭和人们对环境问题的日益关注，传统的能源消耗方式同人类的可持续发展之间的矛盾越来越尖锐，因此世界各国均投巨资于新能源技术的开发。就汽车工业而言，新能源汽车，尤其是混合动力汽车和纯电动汽车，已成为世界各大汽车公司争相研究的热点。
众所周知，CDAJ公司在传统汽车CAE仿真方面已经具有强大的解决方案，本文不再赘述，这里只针对混合动力、纯电动汽车的电池、电动机、车辆整体和分系统性能分析及整车优化分析做出简要阐述。
电池模拟
不管是混合动力汽车还是纯电动车，都需要电池提供动力源。而电池组的散热管理、冷却系统设计分析，电池启动性能、输出性能、可靠性和安全性等，都直接影响电动车的整体性能。因此对电池和电池组进行相关的模拟分析就非常必要，STAR-CD/STAR-CCM+即可对上述问题进行很好的分析。
STAR-CD/STAR-CCM+是世界上使用最广泛的专业计算流体力学（CFD）分析软件之一，由世界领先的综合性CAE软件和服务提供商CD-adapco集团开发，它一直广泛应用于汽车工业的CFD分析中，针对电动汽车也开发出了专门的应用模块——大尺寸锂离子电池组分析模块。此模块专门针对电动车用锂离子电池的电化学动力学和传热进行建模，可以对电池的电化学反应、电池组温度分布的均匀性和输出性能、循环寿命以及安全性等进行模拟分析和评估。
1. 单电池电化学模拟
电动车所用的锂离子电池为大尺度电池，电极面积很大，因此其表面的电流密度、温度和锂离子浓度等分布的均匀性会对电池性能产生很大影响。STAR-CD中的锂离子电池模块可以很好地模拟单电池的电流密度、电势、温度以及锂离子浓度分布规律等。图1给出了一锂离子电池电极表面在不同时刻的电流密度分布。
2. 电池组电化学及性能模拟
对于由若干个单电池组成的电池组而言，单电池输出性能的差异以及电池组的热管理是非常重要的，它们直接影响电池组的整体输出性能。图2给出了电池系统某个电池组中各个单电池的温度分布、不同时刻的电流密度分布以及锂离子的浓度分布差异。
3. 安全性分析
实际电池在电动车上运行时，由于工况的不确定性，由意外导致的电池损伤不可避免。而这种损伤，可能会给汽车带来严重的危险。CDAJ的锂离子电池模块可以模拟由尖锐物体刺入电池导致的短路过程及其危害，图3给出了具体的案例展示。
4. 电池堆热管理
对于由电池系统组成的动力舱而言，其热管理不但影响电动车性能，还具有安全性的考量。STAR-CD/STAR-CCM+可以很方便地对电池系统进行散热分析和冷却系统的优化设计。其应用跟传统汽车类似，在此不再赘述。
电动机模拟
电池输出电能后，必须由电动机带动传动系统汽车才会正常运转。因此电动机的性能也直接决定了汽车的运转性能。而JMAG软件可以提供电动汽车应用中电动机的全方位、系统性的解决方案，包括永磁电动机的充磁分析、电枢反应退磁分析、交直轴电感分析、cogging torque分析、铁耗分析、效率分析、温升分析以及振动和噪声分析等。越来越多的汽车厂商开始把JMAG作为新能源汽车中电动机的最重要的电磁分析工具。
JMAG软件在电动汽车应用领域最大的优势就是可以非常精确地计算电机的损耗， 从而可以非常有效地提高所设计电动机的效率。JMAG电磁分析软件可以提供输入铁磁材料的各种不同频率下的损耗曲线，然后根据此损耗曲线来计算电机实际工作状态下的具体铁耗，如图4所示。
当我们建立好模型，完成各种材料设置，完成电动机的运动设置和网格设置之后，经过对电动机进行瞬态仿真，分析出电动机的磁密分布和磁矢量图，如图5所示。图6给出了电动机的转矩和功率。
同时JMAG软件可以直接通过软件计算出电动机绕组的铜耗， 计算出电机定、转子的铁耗，我们把电动机的铁耗计算工具直接融合在软件中， 可以非常容易、快速及精确地得到各种损耗的计算结果，如图7所示。
另外除了可以计算出电机的损耗总值之外， 还可以计算出电机的定、转子铁耗的分布云图，如图8所示。
当清楚地计算出电动机的转矩、功率、各个损耗以及损耗分布之后，我们可以很好地判断电动机的性能是否达标，损耗是否很小，在某些地方是否达到磁饱和，在局部是否形成很小的磁回路等。相信JMAG软件在电动汽车的整体解决方案中一定可以通过大量的优化设计为我们提供一款高效率、小体积的优质电动机。
混合动力/纯电动车的整体和分系统性能分析
前文介绍了电池和电动机的模拟分析工具和方法。而整个电动车要达到良好的运行效果，必须是各个系统整合的结果。因此，需要对电动车的系统/分系统的性能和响应特性进行仿真分析。在这方面，GT-SUITE软件是非常好的选择。GT-SUITE是一个完整的、自成体系的发动机/整车开发平台，应用涵盖了发动机本体、驱动系统、冷却系统、润滑系统、空调系统、机舱热管理、燃油供给系统、曲轴机构、配气机构、整车液压系统和HIL仿真等多个方面。
GT-SUITE在新能源汽车上的典型应用包括以下内容：循环行驶工况、爬坡性能分析、稳态行驶性能分析、各挡性能计算、最高车速计算、全负荷加速性能计算、各挡最大加速度计算、原地起步连续换挡加速性能计算、超车加速性能计算、最大牵引力计算及巡航行驶工况计算和制动/滑行/反拖性能分析。
下面给出了GT-SUITE在混合动力汽车方面的两个应用案例。
1. 多种配置的混合动力汽车（HEV）评估与优化
大众汽车公司为了分析不同配置的混合动力汽车的优点，在同一GT-SUITE建立的模型中，通过控制体现各种配置方案，并非常方便地在不同配置之间相互转换。简化了分析工程师的建模强度，提高了效率，减少了模型的数量，规范了建模与分析的流程，并有效地实现了多个部门之间的模型共享。
如图9所示，在一个模型中就能实现三种不同的配置方式，并在每一种配方式中进行相应的评估、优化与对比。目的是比较与优化多种配置方式。
2. 功率分离的混合动力汽车研究
详细建立特定的HEV模型，并分析车辆运行特定的NEDC循环时，能量的实际消耗情况，并与传统的车辆进行能耗对比，得出能量的节省情况，以及节省能量中相应的能量分布情况，为各HEV的控制策略、系统配置等的优化提供参考，如图10所示。其目的是研究HEV的功率分析需求。
优化分析
上述软件工具可以实现单组参数（或几组参数）的模拟分析，但若涉及多组、多变量甚至多目标的优化问题时，单靠人工的选择计算已经不能满足实际的设计需求。因此在实际汽车系统的设计当中，多目标优化软件同上述软件的结合，就成为一种必要。
modeFRONTIER是意大利ESTECO公司开发并在全球推广的多目标优化软件。该软件可以集成多种CAD、CAE和CFD软件。在新产品仿真探索优化方面有着良好的应用价值。modeFRONTIER在产品设计初期使用DOE功能对新产品进行探索，在新产品性能指标约束范围内探索出新产品的设计方案。进而应用modeFRONTIER的强大的集成功能和优化功能，对新产品的学科性能进行分析与优化。新产品总体设计方案中应用modeFRONTIER强大的多准则决策功能(MCDM),形成最终的新产品方案。
通过DOE探索出影响主要性能的变量因子。对该变量因子进行稳健性仿真分析。在modeFRONTIER通过仿真分析与优化后车辆的平顺性和操控性能更加灵活稳定。大量的DOE数据分析完成后应用modeFRONTIER丰富的响应面技术，拟合出响应面近似方程。在仿真设计初期大大减少了仿真次数。
电动机驱动控制系统复合领域的最优化，下面是一个实例应用。
在电动机设计中，电动机的损失是必须关心的部分，由于电动机的损失有很多种，其中电磁钢板的铁损是非常重要的组成部分，而降低铁损往往会带来成本的提高，本例主要通过modeFRONTIER+JMAG+SIMULINK耦合优化异步电动机的控制系统，通过改变载波频率和电磁钢板材料，在保持电动机输出转矩的基础上降低异步电动机的铁损，实现电动机成本的最小化。整个优化流程非常简洁，通过计算节点，modeFRONTIER驱动JMAG，SIMULINK软件进行计算，采用FMOGA-II算法首先进行初略优化，然后再采用NSGA-II优化算法对目标进行更精细化优化。最终集成模型如图11所示。图12为目标结果的离散点图，其中圆圈的颜色代表价格指数的大小，红色为最高。通过优化找到了最适合我们要求的设计参数，增强了设计，提高了产品竞争力。
结语
综上所述，CDAJ公司利用最新的CAE仿真软件和前沿的技术，已形成混合动力、纯电动汽车全面的解决方案。
