电动校车制造商借助 Simcenter Amesim 的系统仿真功能来优化电池设计和热管理

稳步推进都市化进程

据联合国相关报告，都市化正迅速发展。到了 2030 年，全球预计将有 41 个人口超过 1000 万的特大城市。更多的人口意味着道路上会有更多的汽车，空气污染也会随之加剧，因为交通污染物排放占总排放量的三分之一。这也意味着基础设施可容纳的汽车数量是有限的，这就解释了开发可持续的公交运输解决方案为何如此重要。

这也是全球各大城市（共 6.5 亿人口）的领导们决定成立 C40 城市气候领导小组的原因之一，他们希望以此来应对气候变化，并推动减少温室气体排放和交通拥堵的城市行动。他们承诺，截至 2025 年将仅采购零排放公交车，他们希望借此带来绿色健康的“无化石燃料街道”。

Simcenter Amesim 车辆模型。

提高整体生活质量

自 2011 年成立起，Lion Electric Co. 一直致力于提供可持续的公共交通。公司总部位于加拿大魁北克省的圣杰罗姆市，长期专注于设计、策划并制造全电动校车、满足特殊与城市交通需求的中型/小型公共汽车，以及城市卡车。该公司坚信过渡到全电动汽车将极大地改善我们的社会、环境，以及整体生活质量。

Simcenter Amesim 电池模型。

迎接产品开发中新的工程挑战

开发电动公交车需要考虑到一些富有挑战的新工程事项，例如电池的热管理及其与整车的集成。

Lion Electric 工程团队的动力系统产品工程师拉斐尔·韦莱解释了以下两个层面的期望：“首先，电池驱动车辆需要进行子系统分析，以便准确了解行驶周期和充电方案对电池容量的影响，进而制定合适的热管理解决方案并确定冷却-加热回路中冷却液流的平衡情况，最终优化整体热管理。其次，我们希望从整车级别的早期开发开始就能评估实际驾驶周期内车辆的总体性能，从而估算出实际可行的续航里程。”

全电动 Urban Class 8 卡车。

快速开发可靠的电动动力系统

Lion Electric 需要在产品开发流程初始就理解这些注意事项。这能让他们在生产初始就避免设计错误导致的产品召回，而这些错误也可能会影响车辆安全，同时也增加了成本并延迟了产品上市时间。为了开发电池并在开发周期早期评估电池集成到整车后的性能，Lion Electric 工程团队选择了 Siemens Digital Industries Software 的 Simcenter™ Amesim™ 系统仿真软件，这款软件是 Simcenter 产品组合的一部分。

Lion Electric 从零开始对其电池设计和热管理进行建模。他们起初由工程服务公司 Maya HTT 提供支持，该公司以自己的专业知识帮助他们进行电池建模，还帮助他们完成迭代过程，直至找到优化架构。他们开始设计电池及其热交换，首先是电池与铝盒之间的热交换，然后是整个电池环境内的热交换。

“Simcenter Amesim 可以再现电池内部和强制冷却空气之间的热交换，使我们能够为电池的所有元素定义理想架构。”韦莱解释道，“Maya HTT 为我们提供了寻找正确架构所需的指导。”

借助三电池数据表导入应用程序，只需在供应商的数据表中单击几下，即可确定电池的开路电压和内阻曲线。

设计完电池后，Lion Electric 在恒温室中测试其物理孪生的性能，并根据结果调整数字模型。测试阶段的结果改善了模型在电气性能和散热方面的准确性。

“使用 Simcenter Amesim 使我们一开始就能做出正确决策并缩短上市时间，”韦莱说道，“我们还能为客户运行仿真，并为他们提供特定用例下预期续航里程或预期有效负载方面的详细信息。”

Simcenter Amesim 中的电池周期分布曲线。

利于高效报告的用户友好软件

使用 Simcenter Amesim 创建报告非常简单，这令 Lion Electric 对它更加满意。确实，韦莱解释说：“Simcenter Amesim 能够帮助我们快速生成图形和报告，并立即创建演示文稿。此外，相较于使用电子表格计算，这种方法可以考虑更多变量，从而带来更细致的结果。重新运行非常容易，因此我可以快速落实管理层提出的修改请求。

“Simcenter Amesim 有很多优点：直观的界面、功能强大且经过优化的算法、易于使用的数据管理（可视化、后处理、全局参数等），以及已实施的各种工具（优化、三维可视化等）可向管理层和客户提供简洁明了的结果，从而为我们节省了大量时间。

电动迷你校车。

实现低成本生产

“我们用来开发模型的时间保持不变，但通过使用 Simcenter Amesim 替代电子表格软件，我们现在可以改善电池性能评估，并在分析时更加深入地了解各种细节，”韦莱说道，“然后我们能用相同的时间来开发、优化和构建更为合适的电池架构，以及相关的热管理。这使得我们能够在生产开始时便获得更加可靠和成熟的产品。

“总体而言，我们认为这种方法可以降低产品开发成本。事实上，如果我们被迫在生产开始后修改产品，代价是非常高昂的。影响车辆安全的设计错误所导致的召回事件是 OEM 的噩梦，我们都在努力避免这种情况。”

使用仿真节省下来的时间和成本得以让 Lion Electric 寻找未来技术。韦莱解释说，“当车辆开始生产时，我们已经在寻找改进后代系统的方法。效率的优化没有尽头。此外，我们控制设计的所有方面，与那些促使其他公司的底盘和车辆电气化的公司相比，我们的产品表现更加出色。”