利用仿真技术改善EV电力电子设计
电动汽车(EV)的动力总成架构多种多样,包括纯电动汽车(BEV)、插电式混合动力电动汽车(PHEV)和各种串联式或并联式混合动力电动汽车(HEV),但这些汽车都有一个共同点:就是采用电力电子设备来控制和转换系统中的电能 。
电力电子测试面临全新挑战高速
EV电力电子设备的开关速度在2kHz到20KHz之间,业界希望使用基于碳化硅和氮化镓的新设计来进一步提高开关频率 。要对开关行为进行准确的建模,仿真时间步长对应的频率要远远高于刚才所说的开关频率,而且很多情况下,该频率要数倍高于基于CPU的标准仿真系统 。
复杂行为
电机表现出复杂的非线性行为,例如磁饱和与齿槽转矩 。此类行为很难建模,而且计算量非常大 。线性模型可用于测试基本的嵌入式控制器功能,但是要进行调整和优化,则需要准确地表示更复杂的系统行为 。
使用基于CPU的系统进行实时仿真具有诸多局限性,导致模型在环(MIL)和硬件在环(HIL)等基于仿真的方法无法应用于产品开发的早期阶段,也无法避免成本高昂且耗时的电动发电机(电机测试台)物理测试 。
应对方法借助FPGA进行高速仿真
为了达到足够的仿真速度,以对EV电力电子设备进行MIL和HIL测试,就需要以短于1s的周期来执行仿真模型,同时提供足够高的保真度,以准确复现这些复杂系统的行为 。而要实现上述高速闭环仿真,就需要摒弃传统基于CPU的系统,转向基于FPGA的方法来模拟电力电子设备和电机 。
但是,基于FPGA的仿真也存在诸多挑战 。在FPGA上开发复杂的电力电子和电机模型通常需要专业的FPGA编程知识 。此外,整个编译过程需要不断重复编程、编译和测试,而且需要等待较长时间才能完成 。
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