宝马迈向可持续发展的未来

要实现这些目标，汽车开发团队需要克服一些棘手的工程挑战，包括更具成本效益的电池设计、更高效的动力系统和更强大的电子架构。通过投资创新，宝马已经将自己定位在可持续发展的最前沿，有15款电动汽车正在生产中²以及到2030年电动汽车销量占全球总销量50%的目标。

BWM集团多年来一直利用Ansys软件解决各种电动汽车工程挑战。2020年，总部位于慕尼黑的宝马电力电子部门开始申请Ansys夏洛克以帮助预测关键EV半导体组件的寿命，包括车载充电器(OBCs)和DC-DC转换器的电源系统，它们提供充电所需的所需电压和电流。这些电力系统是更大更复杂的电子架构的一部分，必须在任何可预见的驾驶和充电条件下可靠地运行。

宝马集团电力电子部门的开发工程师Pascal Schirmer博士说:“电子产品在汽车工业中的重要性不断提高。”使用Ansys的仿真工具，如Ansys Sherlock，使我们能够在非常早期的设计阶段优化电子元件的性能和可靠性，同时管理日益增长的复杂性。”

Schirmer表示，随着汽车工程团队努力使电动汽车设计更高效、更强大、更可靠，印刷电路板(pcb)越来越受到关注。“随着电力需求的增加，印刷电路板必须包含更多的功能，”他指出。“但与此同时，它们必须更轻、更小，以减少整体车辆的重量和尺寸。这导致了一些复杂的工程权衡。

他继续说道:“例如，较小的封装尺寸使功率损失更难分布在电路板上，并且由于电路密度的增加，也会产生更大的热积聚风险。”在投入大量开发成本之前，Sherlock可以帮助我们在非常早期的设计阶段研究这些权衡。”

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夏洛克的优势:快速，彻底，早期分析

作为业界唯一基于物理的电子可靠性评估工具，Sherlock使Schirmer和他的宝马团队能够在一系列热循环(包括温度变化和静态温度)下评估pcb的性能。宝马还可以测试PCB组件的冲击，随机振动和稳定的机械负载。Sherlock是专门用于在组件，板和系统级别进行快速，准确的寿命预测的。

Schirmer解释说:“汽车电子设备的四大失效模式是热应力、机械应力、湿度和灰尘。“70%的失败都是由这些原因造成的。Ansys具有对所有这些进行建模的独特能力。”

Sherlock的嵌入式库由超过20万个不同的部件组成，使宝马能够快速轻松地将电子计算机辅助设计(ECAD)文件转换为计算流体动力学(CFD)和有限元分析(FEA)模型。Schirmer指出:“基于电子物料清单，利用已有的Ansys库生成零件清单，对于高效生成模型和计算可靠性结果非常有帮助。每个sherlock生成的模型都包含精确的几何形状和材料属性，支持将应力信息快速转换为有效的失效时间预测。

Sherlock专为快速、早期的电子分析而设计，绕过了传统且耗时的“测试、失败、修复、重复”过程。Schirmer和他的团队可以在物理原型阶段之前准确地建模和重新建模硅金属层，半导体封装，pcb和组件。他们可以调整他们的设计，以考虑功率损耗，高热负荷和其他失效模式，以及测试新材料或封装尺寸。

Schirmer指出:“在实验阶段，模型的迭代生成既费时又费力，尤其是在更新模型的时候。”“使用Ansys内部数据库更新odb++数据以及零件列表的能力使每个样品阶段之间的更新高效且易于管理。”

改进的创新-和3倍的分析加速

鉴于对新型电动汽车设计和产品功能的需求不断增长，电力电子学系面临着迅速完成可靠性研究的压力，但同时又不能影响分析的深度和广度。Schirmer说:“有了Ansys Sherlock，我可以用一个工具管理90%到95%的分析建模，它可以轻松地与Ansys Workbench、Ansys基于物理的求解器和ECAD工具集成。“我很感激有这样一个伴侣，他理解我的需求，并以适当的能力回应我的需求。”

Schirmer指出，在宝马对obc和DC-DC转换器等电子元件的可靠性测试中，Sherlock提供了高达3倍的加速。“当然，节省时间可以让我们更快地推出设计，”Schirmer说，“但它也支持创新。我可以更深入地研究更广泛的充电场景。我可以做更多的实验。我能有所发现。这些都意味着产品创新，这对宝马实现电动汽车普及和可持续发展的目标至关重要。”

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资源

1. ”面对日益严峻的气候挑战，电动汽车如何带来希望，”大学城， 2021年12月22日
2. ”转型与责任:宝马集团为可持续发展的未来加紧技术变革宝马新闻稿，2022年3月16日