تعتبر فولكس فاجن (VW) ID.3 هاتشباك ، التي تم طرحها في عام 2019 ، واحدة من أكثر السيارات الكهربائية مبيعًا (EVs) في أوروبا ، وقد فتحت فصلًا مثيرًا للاهتمام في سوق السيارات الكهربائية والذي سيشهد العديد من الموديلات بحلول عام 2030. ID.3 هي أول سيارة كهربائية بالكامل لشركة فولكس فاجن تم إطلاقها في "ID". وتمثل "عصرًا جديدًا من التنقل الكهربائي للجميع".
يسلط ID.3 الضوء على التحول الذي بدأته الشركة الألمانية للانتقال من محركات الاحتراق إلى البطاريات الكهربائية عبر علاماتها التجارية ، مع تعزيز إستراتيجية منصة التصنيع الخاصة بها. تحقيق الشخصية. يُطلق على فئة المركبات الفصل الرئيسي الثالث لشركة فولكس فاجن ، بعد طراز بيتل والجولف الناجح جدًا والمبدع. أساس التطوير ، بالطبع ، هو الحاجة إلى الامتثال للوائح الانبعاثات العالمية.
انتقلت مجموعة فولكس فاجن إلى استراتيجية منصة معيارية منذ عدة سنوات تمكن الشركة من مشاركة الوحدات والأنظمة عبر العلامات التجارية والنماذج. من أحدثها النظام الأساسي المعياري المرن MBQ ، الذي تم طرحه في عام 2012 ، والذي تم تصميمه لمشاركة أكبر عدد ممكن من المكونات بين العلامات التجارية المختلفة مع ترك مجال واسع للتخصيص والتوافق مع مجموعة واسعة من أنواع المحركات. كما يمكن أن تتكيف مع أبعاد الطرز المختلفة ، وذلك بفضل إمكانية تغيير قاعدة العجلات (المسافة بين العجلات الأمامية والخلفية) وعرض المنصة. يستهدف نظام المنصة المركبات المستعرضة ، ذات المحرك الأمامي ، والمركبات ذات الدفع بالعجلات الأمامية.
تم نقل فلسفة التصنيع هذه إلى إنتاج سيارات كهربائية بالكامل باستخدام منصة MEB (مصفوفة محرك كهربائي معياري) الجديدة ، والتي تتوافق مع متطلبات التصميم للتنقل الإلكتروني. بعض السيارات الكهربائية الأولى التي تم بناؤها على منصة MEB تشمل ID.3 للسوق الأوروبية و ID.4 كروس ، والتي سيتم بيعها في الولايات المتحدة وآسيا.
الشكل 1: منصات فولكس فاجن MEB و MBQ. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
منصة MEB عبارة عن بنية قابلة للتطوير تم إنشاؤها حصريًا للمركبات الكهربائية وستدعم جميع طرازات EV من العلامات التجارية الأخرى لمجموعة VW. كما تم ترخيصها للاستخدام من قبل شركة Ford. تعتبر هذه الاتفاقية المؤكدة مؤخرًا أمرًا بالغ الأهمية في مساعدة شركة فولكس فاجن على استرداد تكاليف التطوير الضخمة الخاصة بها وسيسمح لها بالحفاظ على الأسعار منخفضة من خلال وفورات الحجم.
التكلفة هي أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على اعتماد المركبات الكهربائية. لا يرغب المستهلكون في دفع علاوة سعرية. توفر عناصر التصميم المشتركة في إستراتيجية منصة فولكس فاجن مزايا رئيسية ، بما في ذلك القوة الشرائية والتطوير الأسرع ، مما يؤدي إلى انخفاض التكاليف مع تقديم مجموعة غنية من الحلول التقنية ، وكلها ضرورية لدفع اعتماد المركبات الكهربائية.
في مقابلة مع EE Times ، ناقش Romain Fraux ، الرئيس التنفيذي لشركة System Plus Consulting ، ابتكارات الأجهزة الرئيسية المطبقة على ID.3 EV المدمج والاقتصادي. بناءً على قوة الإبداعات المعيارية ، أنشأت مجموعة فولكس فاجن العديد من الطرز من علامات تجارية مختلفة تشترك في نفس القاعدة.
من فولكس فاجن جولف إلى سيات ليون إلى أودي A3 سبورتباك وسكودا أوكتافيا وغيرها، منصة MBQ هي ما يميزها، والآن، تم نقل فلسفة البناء هذه إلى إنتاج السيارات الكهربائية من قبل مجموعة توتونيك مع الجديد وقال فراوكس إن منصة MEB، خاصة بالنسبة للإصدارين ID.3 وID.4. هدف طموح، وهو التحدي التجاري الذي يستغل التكنلوجيا وأضاف أنه مصمم لخفض التكاليف وإنشاء منتجات محدثة دائمًا.
قال فراوكس إن أكبر فائدة للمنصة المعيارية هي أنها تسمح بتوحيد أجزاء معينة بحيث يمكن استخدامها لجميع أنواع النماذج الممكنة. "نحن نتحدث عن الأجزاء الهيكلية ، وعناصر الدعم ، وكذلك الوحدات التي تشكل الأرضية الفعلية ، وقبل كل شيء ، الميكانيكا ، والمحركات ، وعلب التروس ، وناقل الحركة ، والمعدات."
توفر منصة MEB مرونة في تصميمات الجسم والداخلية التي تعتبر حاسمة بالنسبة للطابع الأسلوبي للسيارة، مثل قاعدة العجلات. كما أنه يوفر نظام بطارية قابلاً للتطوير مع إمكانيات مختلفة لتخطيط البطارية. يمكن أن تحتوي حزمة البطارية على هيكل مكون من 5 × 2 خلية أو 6 × 2 خلية؛ ليس بالضرورة أن تحتوي كل خلية على بطارية وحدة.
فحصت Fraux نظامين رئيسيين في ID.3 ، النموذج الأول الذي سيتم بناؤه على منصة MEB: أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) والكهرباء ، كما هو موضح في الشكل 2.
"بالنسبة إلى ADAS ، قمنا بتحليل المساعدة الأمامية بكاميرا الجيل الأخير من Valeo ورادار المدى المتوسط والقصير من قبل Continental ،" قال. "يمكن أن يساعد نظام التحذير من الاصطدام الأمامي [المضمن في المساعدة الأمامية] في مراقبة حركة المرور ويمكن أن ينبهك صوتيًا وبصريًا إلى احتمال حدوث تصادم خلفي مع السيارة التي تتحرك إلى الأمام. بالنسبة لـ ADAS ، هناك Hella RS4 لمراقبة النقاط العمياء ، ومساعدة تغيير المسار ، والتنبيه عبر حركة المرور الخلفية. "
وأضاف: "بالنسبة للكهرباء ، قمنا بتحليل العاكس والشاحن الموجود على متن الطائرة ونظام إدارة البطارية [BMS]".
الشكل 2: تحليل أنظمة الكهرباء والكهرباء ADAS الرئيسية. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
حلول ADAS
تم تجهيز ID.3 بمجموعة واسعة من أنظمة مساعدة السائق. يعتبر ID.2 من المستوى 3 ADAS ، ويستفيد من نفس الموردين ، وفي معظم الحالات ، نفس مكونات Golf 8 ، التي تم تقييمها مسبقًا بواسطة System Plus Consulting ، المبنية على منصة MBQ.
قال فراوكس إنه لم تكن هناك مفاجآت في أنظمة الكاميرات. "يمكننا أن نرى أن تصميم البطاقات مختلف قليلاً ولكن اختيار المكونات متشابه."
يمكن أن يساعد نظام التحذير من الاصطدام الأمامي (المضمن في المساعدة الأمامية) في مراقبة حركة المرور وتنبيه السائق صوتيًا وبصريًا إلى احتمال حدوث تصادم خلفي مع السيارة التي تتحرك إلى الأمام. إذا شعرت أن تصادمًا وشيكًا ، يمكن أن تدعم الفرملة الطارئة المستقلة (المدرجة في المساعدة الأمامية) السائق بزيادة ضغط الفرامل أو ، إذا لم يتفاعل السائق على الإطلاق ، يمكنه الضغط على الفرامل تلقائيًا.
يمكن لميزة مراقبة المشاة (المضمنة في المساعدة الأمامية) أن تحذر من عبور المشاة أمام السيارة ، وفي ظل ظروف معينة ، يمكن الفرامل تلقائيًا للمساعدة في التخفيف من نتائج الاصطدام مع أحد المشاة إذا لم يستجب السائق للتحذيرات
باستخدام نفس الكاميرا مثل Golf 8 ، تتكون الكاميرا الأمامية من أحدث جيل للكاميرا الأمامية من Valeo مع Intel / Mobileye EyeQ4M ، OmniVision's OV10642 CIS 1.3 ميجا بكسل (MP) مدخل بطاقة الذاكرة : نعم ، و Renesas's RH850 / P1H-C Series 32-bit متحكم (MCU).
يدعم المستشعر 1.3 ميجابكسل مجموعة نشطة من 1280 × 1080 بكسل وإخراج صور RAW حتى 60 إطارًا في الثانية. تتميز سلسلة RH850 / P1H-C بـ 32 بت مع وحدات المعالجة المركزية ثنائية النواة ، وتكنولوجيا الأمان ، وفلاش الكود ، وفلاش البيانات ، ووحدات ذاكرة الوصول العشوائي ، ووحدات التحكم DMA ، والعديد من واجهات الاتصال المستخدمة في تطبيقات السيارات ، ومحولات A / D ، ووحدات المؤقت ، إلخ.
الشكل 3: لوحة الكاميرا الأمامية في Valeo. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
يتميز الرادار الأمامي بتقنية الجيل الخامس 77 جيجاهرتز من كونتيننتال بتصميم من لوحين. وهو يتألف من شريحة واحدة MMIC 3Tx4Rx من NXP في WLCSP و 32 بت MCU. يتم استخدام لوحة واحدة للتحكم في الحوسبة والأخرى للاستشعار.
الشكل 4: نظام الرادار الأمامي المساعد كونتيننتال. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
على غرار Golf 8 ، تتميز Hella RS4 بمراقبة النقطة العمياء ومساعد تغيير المسار وتنبيه حركة المرور الخلفية. يتكون المجلس من TC26x TriCore MCU من Infineon و STRADA431 MMIC من STMicroelectronics. إن STRADA431 عبارة عن جهاز إرسال واستقبال أحادي الشريحة لرادار السيارات الذي يغطي نطاق التردد من 24 إلى 24.25 جيجاهرتز لكي يكون متوافقًا مع تطبيقات نطاق ISM.
أنظمة الكهربة
يتضمن نظام مجموعة نقل الحركة في السيارة الكهربائية العديد من الحلول ، من الشاحن الموجود على متن السيارة إلى البطارية ونظام إدارتها. تدفع بطارية اليوم التكلفة الإجمالية ، ويتحدد ذلك أساسًا من خلال التكلفة لكل خلية وغطاء الحماية الميكانيكي الخاص بها.
الأجزاء الأربعة الرئيسية للأنظمة الكهربائية ID.3 هي محول DC / DC من Bosch ، ونظام إدارة البطارية (BMS) من Huber Automotive ، والعاكس من Valeo-Siemens ، والشاحن الموجود على اللوحة من Kostal (الشكل 5). تم تجهيز ID.3 بمحرك مركب أمام المحور الخلفي مباشرة وناقل حركة أحادي السرعة ويستخدم محرك كهربائي مغناطيسي دائم بدون فرش 310. يعني الاختصار "APP" أن المحرك وناقل الحركة مرتبان بالتوازي مع المحاور ، بينما يمثل الرقم أقصى عزم دوران قادر على توليد 310 نيوتن متر. يعطي هذا الرقم فكرة عن التسارع.
الشكل 5: أنظمة الكهرباء الرئيسية. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
في قلب ID.3 توجد البطارية. تتوفر ثلاثة أحجام للبطاريات: 45 كيلو واط ساعة (بمدى يصل إلى 330 كيلومترًا) ، 58 كيلو واط ساعة (بمدى يصل إلى 420 كيلومترًا) ، والأكبر 77 كيلو واط في الساعة بمدى 550 كيلومترًا. يحتوي الأخير على 12 وحدة ، كل منها يتكون من 24 خلية ليثيوم أيون. يعمل عند 408 فولت ويمكن أيضًا إعادة شحنه بالتيار المباشر ، حتى 125 كيلو واط.
تحتوي البطارية على نظام تبريد سائل مخصص لإدارة درجة الحرارة المثلى وهي موضوعة في غلاف من الألومنيوم يحتوي أيضًا على إطار مدمج لامتصاص الصدمات للحفاظ على سلامة المكونات الداخلية.
العاكس ، كما هو مبين في الشكل 6، تم تصميمه بواسطة Valeo Siemens ويستخدم Infineon IGBT وتقنيات MCU مع CPLD من Intel. IGBT من Infineon هو FS820R08A6P2B (820 أمبير/750 فولت): وحدة مكونة من ستة حزم محسنة لمحولات بقدرة 150 كيلووات. تطبق وحدة الطاقة جيل شرائح EDT2 IGBT، وهو عبارة عن تصميم لخلية إيقاف حقل الخندق ذات النمط الصغير للسيارات. تتميز الشريحة بكثافة تيار قياسية مقترنة بقصيرةالدارة الكهربائية غلظة وزيادة الحجب الجهد االكهربى من أجل تشغيل العاكس الموثوق به في ظل ظروف بيئية قاسية.
الشكل 6: تفكيك العاكس. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
يتكون العاكس من ثلاث مراحل. الأولى هي مرحلة الإدخال التي تقوم بإخراج جهد التيار المستمر من حزمة البطارية وتتكون من عدة مكثفات ومرشحات EMI. المرحلة الثانية هي تحويل DC/DC باستخدام وصلة DC مكثف، الذي يقوم بتصفية وتنعيم جهد التيار المستمر في قضبان ناقل التيار المستمر. تبدأ المرحلة الأخيرة التحويل عبر التبديل عالي التردد وتوصيل الطاقة المقلوبة إلى الحمل (المحرك الكهربائي).
يجب أن يوازن رابط DC بين القوة اللحظية المتقلبة التي تنتج على شكل "تموج" ناتج عن مراحل IGBT. يمكن أن يستخدم الحل تقنيات مكثفات مختلفة مثل التحليل الكهربائي للألمنيوم والفيلم والسيراميك. تؤثر التموجات في عُقد الوصلة DC على الأداء لأن كل مكثف لديه قدر معين من الممانعة (والتحريض الذاتي). تبلغ تكلفة هذا العاكس ، كما أشارت Fraux ، حوالي 335 دولارًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى المكونات الإلكترونية. تمثل IGBTs و MCUs من Infineon ما يقرب من 30٪ من إجمالي تكلفة العاكس. (الشكل 7).
الشكل 7: مخطط كتلة العاكس. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
الشاحن الموجود على اللوحة من شركة Kostal في الصين ، بأبعاد 480 × 313 × 102 مم ووزن 10.48 كجم (الشكل 8). تم توجيه اختيار الأجهزة نحو MCU من Renesas و Infineon IGBT /MOSFET، كما هو موضح في الرسم التخطيطي للكتلة بتنسيق الشكل 9.
الشكل 8: تفكيك الشاحن على متن الطائرة. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
الشكل 9: رسم تخطيطي للشاحن الموجود على متن الطائرة. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
تتكون حزم البطارية المثبتة على المركبات الكهربائية من عدة وحدات خلايا متصلة على التوالي وعلى التوازي. تسمى الدائرة الإلكترونية اللازمة لإدارة وحدات الخلية بنظام إدارة البطارية. يتضمن نظام إدارة المباني واحدًا أو أكثر من مراحل تحويل الطاقة ونظامًا مضمنًا قائمًا على MCU للتعامل مع جميع الجوانب المتعلقة بنظام الطاقة الفرعي. أثناء عملية شحن أو تفريغ بطارية EV ، من الضروري مراقبة حالة كل خلية تنتمي إلى حزمة البطارية. يتكون BMS ID.3 من أربعة عبيد وسيد مع حلول من STMicroelectronics و NXP ، كما هو موضح في الشكل 10.
الشكل 10: NXP هو المزود الرئيسي لنظام إدارة المباني. انقر فوق الصورة أعلاه للتكبير (المصدر: System Plus Consulting)
يدير BMS مجموعة كاملة من خلايا الليثيوم (خلايا مفردة أو حزم بطارية كاملة) ، ويحدد منطقة تشغيل آمنة ، أي حيث تضمن حزمة البطارية أفضل أداء تقني وطاقة. نظام إدارة المباني ، عمليًا ، هو نظام إلكتروني للتحكم الكامل في جميع وظائف التشخيص والسلامة لإدارة الجهد العالي على متن السيارة وموازنة الشحنة الكهربائية.
مع تزايد اعتماد المركبات الكهربائية ، سيكون التأثير على قطاع أنظمة إدارة المباني كبيرًا ، حيث يتم تشغيل المركبات الكهربائية بواسطة عشرات أو مئات الخلايا. أي سوء إدارة يمكن أن يؤدي إلى مشاكل كهربائية ضخمة. يعمل نظام إدارة المباني على تحسين أداء السيارة الكهربائية ويضمن سلامة حزمة البطارية.
تم نشر المقال الأصلي في المنشور الشقيق EE Times.
هناك العديد والعديد من المقترحات لمصطلحات بديلة لمصطلح "السيد / العبد" ، لم يتم الاتفاق على أي منها على نطاق واسع. غالبًا ما يتم الاعتماد على IEEE لتحديد مصطلحات الصناعة ؛ المنظمة بصدد القيام بذلك. في الوقت الحالي ، في انتظار معيار جديد أو إجماع ناشئ ، تواصل EE Times استخدام المصطلحات القياسية. يقرأ: حان الوقت لكي يتقاعد IEEE "السيد / العبد"