Simcenter Flux 2026.1: 15x schnellere EV-Parasitenextraktion

ChampionXperience Team

17. September 2026 6 Minuten Lesezeit

Haben Sie schon einmal stundenlang auf den Abschluss einer elektromagnetischen Simulation gewartet, nur um dann festzustellen, dass der Großteil der Rechenleistung Ihres Solvers für die Vernetzung der leeren Luft um Ihr Modell herum verschwendet wurde? Wenn Sie Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge entwickeln, kennen Sie diese Frustration nur allzu gut. Mit dem Streben nach höheren Leistungsdichten und schnelleren Schaltfrequenzen wird die Beherrschung parasitärer Effekte wie Spannungsschwingungen und elektromagnetischer Störungen (EMI) zu einer täglichen Herausforderung.

Glücklicherweise bringt die Veröffentlichung von Simcenter Flux 2026.1 einen bedeutenden Durchbruch für Simulationsingenieure. Durch die Kombination der PEEC-Integralmethode (Partial Element Equivalent Circuit) mit SIBC (Surface Impedance Boundary Conditions) Siemens eine beeindruckende 15-fache Beschleunigung bei der Parasitenextraktion erzielt. Sehen wir uns genauer an, wie dieser Workflow funktioniert und wie Sie ihn in Ihrem nächsten Design anwenden können.

Die Herausforderung der Hochfrequenztechnik in der Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen

Um elektrische Antriebsstränge effizienter zu gestalten, setzen Antriebsentwickler auf Halbleiter mit großer Bandlücke wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). Diese Materialien ermöglichen es Wechselrichtern, mit deutlich höheren Frequenzen zu schalten – oft im Bereich von 10 kHz bis weit über 100 kHz.

Schnelleres Schalten reduziert zwar Energieverluste und ermöglicht kleinere passive Bauelemente, bringt aber ein erhebliches physikalisches Problem mit sich: parasitäre Induktivität, Kapazität und Widerstand. Bei hohen Frequenzen kann selbst eine geringe unbeabsichtigte Induktivität in einer laminierten Stromschiene starke Spannungsüberschwingungen, Überschwingen und elektromagnetische Störungen auslösen, die empfindliche Halbleiter-Gates zerstören können.

Warum die traditionelle FEM Schwierigkeiten mit planaren Geometrien hat

Seit Jahrzehnten gilt die Finite-Elemente-Methode (FEM) als Goldstandard für die Simulation niederfrequenter elektromagnetischer Felder. Sie eignet sich hervorragend für Elektromotoren, deren Felder in sich abgeschlossen sind. Wendet man die herkömmliche FEM jedoch auf ebene Bauteile wie Stromschienen an, verlangsamt sich der Arbeitsablauf erheblich.

Es gibt zwei Hauptgründe für diesen Engpass:

Anforderungen an die Luftvernetzung: Die traditionelle FEM erfordert die Vernetzung des gesamten Berechnungsbereichs, einschließlich der großen Mengen an leerer Luft um die Leiter herum. Dies führt zu Millionen unnötiger Knoten im Modell.
Der Skin-Effekt: Mit steigender Betriebsfrequenz konzentriert sich der elektrische Strom an den äußeren Rändern des Leiters. Bei 1 MHz verringert sich die Eindringtiefe in Kupfer auf nur noch 66 Mikrometer. Um dieses Verhalten mit herkömmlichen Volumenvernetzungen abzubilden, müssen mehrere ultradünne Schichten von 3D-Elementen über die gesamte Dicke der Stromschiene verteilt werden, was die Berechnungszeiten erheblich verlängert.

Einführung der PEEC-Integralmethode: Weg mit dem Luftgitter

Um die Falle der Luftvernetzung zu umgehen, Simcenter Flux die Methode des partiellen Elementäquivalentschaltkreises (PEEC). Da PEEC eine integrale Formulierung ist, müssen Sie lediglich die aktiven physikalischen Teile Ihres Modells – die Leiter, Dielektrika und magnetischen Materialien – vernetzen.

Da die Diskretisierung der umgebenden Luft vollständig entfällt, konzentriert sich der Solver zu 100 % auf die Komponenten, die tatsächlich parasitäre Effekte verursachen. Dadurch ist PEEC äußerst effizient für dünne, weitläufige Geometrien wie laminierte Stromschienen und Verbindungen von Leistungsmodulen.

Darüber hinaus erweitert die umfassendere Simcenter Flux 2026.1 diese Möglichkeiten durch die Ausweitung der Volumenintegralmethode auf transiente Magnetfeldsimulationen und bietet Unterstützung für nicht-konforme Netze, was Ihnen noch mehr Flexibilität bei der Modellerstellung ermöglicht.

Oberflächenimpedanz-Randbedingungen (SIBC): Berechnung der Eindringtiefe

Während PEEC das Luft-Netz-Problem löst, müssen wir uns weiterhin mit dem Skin-Effekt bei hohen Frequenzen auseinandersetzen. Hier kommen Oberflächenimpedanz-Randbedingungen (SIBC) zum Einsatz.

Anstatt ein dichtes, mehrschichtiges 3D-Volumennetz durch die Dicke eines dünnen Leiters zu erzeugen, bildet SIBC das hochfrequente elektromagnetische Verhalten mathematisch direkt an der Leiteroberfläche ab. Dadurch kann eine einzige, hochoptimierte Netzschicht durch die gesamte Leiterdicke verwendet werden, während gleichzeitig der frequenzabhängige Widerstand und die Induktivität präzise erfasst werden.

Direkter Vergleich: SIBC vs. Traditionelles Volumen-Meshing

Um dies zu verdeutlichen, betrachten wir den Vergleich dieser beiden Ansätze bei der Analyse einer typischen laminierten Stromschiene. Der Leistungsunterschied ist enorm:

Metrisch	Ohne SIBC (Standard Volume Mesh)	Mit SIBC (Simcenter Flux 2026.1)
Fünf Lagen durch jeden Sammelschienenleiter	Eine einzelne Lage durch jeden Sammelschienenleiter
30 Minuten	2 Minuten (15-fache Beschleunigung!)
Der Widerstand wird bei hohen Frequenzen deutlich unterschätzt, es sei denn, das Gewebe ist übermäßig feinmaschig	Der Hauteffekt wird durch die Oberflächenimpedanzformulierung präzise erfasst
Eine extrem hohe Detailgenauigkeit ist erforderlich, um die Hauttiefe aufzulösen	Standardisiertes, geometrieoptimiertes Netz

Schritt für Schritt: Der Simcenter Simlab Workflow

Siemens hat diese fortschrittliche Solver-Technologie eng in die einheitliche Simcenter Simlab Umgebung integriert. So richten Sie einen Parasitenextraktionslauf von Grund auf ein:

Schritt 1: Busbar-Geometrie importieren

Beginnen Sie mit dem Import Ihrer nativen 3D-CAD-Geometrie der laminierten Stromschiene direkt in Simcenter Simlab . Die Software erhält die physikalische Anordnung Ihrer Leiterbahnen, Isolierschichten und Anschlüsse.

Schritt 2: Ein an dünne Leiter angepasstes Netz erzeugen

mithilfe des EM-Mesh- Werkzeugs die Mesh-Steuerung auf die Verbindungsflächen an und erzeugen Sie ein extrudiertes Netz aus Keilelementen. Da wir ein Integralverfahren verwenden, ist es nicht erforderlich, einen Luftraum zu erstellen oder umgebende leere Bereiche zu vernetzen.

Schritt 3: Parasitenextraktionssimulation konfigurieren

Richten Sie eine Parasitenextraktionslösung (PE) in Simcenter Simlab . Definieren Sie Ihren Frequenzdurchlauf, um das Betriebsspektrum Ihres Wechselrichters abzudecken, weisen Sie Ihren Klemmen elektrische Anschlüsse zu und wenden Sie Materialeigenschaften aus der integrierten Bibliothek an.

Schritt 4: Oberflächenimpedanz-Randbedingungen aktivieren

Navigieren Sie in Simcenter Simlab und aktivieren Sie SIBC . Der Simcenter Flux Solver wendet nun automatisch die Oberflächenimpedanzformulierung an, um den Hochfrequenz-Skin-Effekt zu berücksichtigen.

Schritt 5: Lösen und Analysieren

Führen Sie den Solver aus. Innerhalb weniger Minuten können Sie den frequenzabhängigen Widerstand R(f) und die Induktivität L(f) grafisch darstellen. Diese Kurven zeigen Ihnen deutlich, ab welchem Punkt der Proximity-Effekt und der Skin-Effekt Ihre Schaltung maßgeblich beeinflussen.

Parasitäre Extraktion in bessere technische Entscheidungen umwandeln

Die Beschleunigung Ihrer Simulationen von einer halben Stunde auf zwei Minuten spart nicht nur Zeit, sondern verändert Ihren Designprozess grundlegend. Anstatt am Ende Ihres Projekts eine einzige Validierungsprüfung durchzuführen, können Sie die Simulation nun als aktives Designwerkzeug einsetzen.

Dank des schnellen Feedbacks können Sie die Leiterplatzierung problemlos iterativ verbessern, die Geometrie der Stromschienen optimieren, um die Schleifeninduktivität zu minimieren, und EMV-Risiken reduzieren – lange bevor Sie einen physischen Prototyp bestellen. Es schließt die Lücke zwischen der frühen CAD-Planung und der hochpräzisen virtuellen Validierung.

Sind Sie bereit herauszufinden, wie viel Zeit Sie bei Ihren elektromagnetischen Designzyklen einsparen können? Wie wird eine 15-fache Beschleunigung den Entwicklungszeitplan Ihres Teams für Elektroantriebe der nächsten Generation verändern?

Dieser Leitfaden basiert auf Erkenntnissen aus dem offiziellen Siemens Blog.