Hatchback Volkswagen (VW) ID.3, yang diperkenalkan pada 2019, dianggap sebagai salah satu kendaraan listrik (EV) terlaris di Eropa, dan telah membuka babak menarik di pasar EV yang akan melihat lebih banyak model pada 2030. ID.3 adalah kendaraan listrik pertama VW yang diluncurkan di "ID." keluarga dan mewakili "zaman baru mobilitas listrik untuk semua."
ID.3 menyoroti perubahan haluan yang diprakarsai oleh perusahaan Jerman untuk transisi dari mesin pembakaran ke EV baterai di seluruh mereknya, sambil memperkuat strategi platform manufakturnya. Identitas. kelas kendaraan disebut bab utama ketiga VW, mengikuti Beetle dan Golf yang sangat sukses dan ikonik. Yang mendasari perkembangan tersebut, tentu saja, adalah kebutuhan untuk mematuhi peraturan emisi global.
Grup Volkswagen pindah ke strategi platform modular beberapa tahun lalu yang memungkinkan perusahaan untuk berbagi modul dan sistem di seluruh merek dan model. Salah satu yang terbaru adalah platform modular fleksibel MBQ, yang diperkenalkan pada tahun 2012, yang dirancang untuk berbagi sebanyak mungkin komponen di antara berbagai merek sambil tetap menyisakan banyak ruang untuk penyesuaian dan kompatibilitas dengan berbagai jenis mesin. Itu juga dapat beradaptasi dengan dimensi model yang berbeda, berkat kemungkinan memvariasikan jarak sumbu roda (jarak antara roda depan dan belakang) dan lebar platform. Sistem platform menargetkan kendaraan transversal, mesin depan, dan penggerak roda depan.
Filosofi manufaktur ini telah ditransfer ke produksi kendaraan listrik penuh dengan platform MEB (modular electric drive matrix) baru, yang sesuai dengan persyaratan desain untuk e-mobilitas. Beberapa kendaraan listrik pertama yang dibangun di atas platform MEB termasuk ID.3 untuk pasar Eropa dan crossover ID.4, yang akan dijual di AS dan Asia.
Gambar 1: Platform MEB dan MBQ Volkswagen. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Platform MEB adalah arsitektur terukur yang telah dibuat khusus untuk EV dan akan mendukung semua model EV dari merek VW Group lainnya. Ini juga telah dilisensikan untuk digunakan oleh Ford. Perjanjian yang baru-baru ini dikonfirmasi ini sangat penting dalam membantu VW memulihkan biaya pengembangannya yang besar dan akan memungkinkannya untuk menjaga harga tetap rendah melalui skala ekonomi.
Salah satu faktor utama yang mempengaruhi adopsi EV adalah biaya. Konsumen tidak mau membayar harga premium. Elemen desain bersama dalam strategi platform VW menawarkan keuntungan utama, termasuk daya beli dan pengembangan yang lebih cepat, menghasilkan biaya yang lebih rendah sekaligus memberikan serangkaian solusi teknis yang kaya, semua yang diperlukan untuk mendorong adopsi EV.
Dalam sebuah wawancara dengan EE Times, Romain Fraux, CEO, System Plus Consulting, membahas inovasi perangkat keras utama yang diterapkan pada ID.3 EV yang ringkas dan ekonomis. Dengan kekuatan kreasi modular, Grup Volkswagen telah menciptakan beberapa model dari berbagai merek yang memiliki basis yang sama.
Dari Volkswagen Golf hingga SEAT Leon hingga Audi A3 Sportback dan Škoda Octavia dan lainnya, platform MBQ-lah yang membedakannya, dan sekarang, filosofi konstruksi ini telah dialihkan ke produksi mobil listrik oleh Teutonic Group dengan yang baru. Platform MEB, khusus untuk versi ID.3 dan ID.4, kata Fraux. Sebuah tujuan yang ambisius, ini adalah tantangan komersial yang mengeksploitasi a teknologi dirancang untuk memangkas biaya dan menciptakan produk yang selalu terkini, tambahnya.
Manfaat terbesar dari platform modular adalah memungkinkan bagian-bagian tertentu distandarisasi sehingga dapat digunakan untuk semua varian model yang mungkin, kata Fraux. “Kita berbicara tentang bagian struktural, elemen pendukung, dan juga modul yang membentuk lantai sebenarnya dan, di atas semua itu, mekanik, mesin, girboks, transmisi, dan peralatan.”
Platform MEB memberikan fleksibilitas dalam desain bodi dan interior yang menentukan karakter gaya kendaraan, seperti jarak sumbu roda. Ia juga menghadirkan sistem baterai yang dapat diskalakan dengan berbagai kemungkinan tata letak baterai. Paket baterai dapat memiliki struktur 5 × 2 sel atau 6 × 2 sel; tidak setiap sel harus berisi baterai modul.
Fraux memeriksa dua sistem utama di ID.3, model pertama yang dibangun pada platform MEB: sistem bantuan pengemudi (ADAS) dan elektrifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
“Untuk ADAS, kami menganalisis bantuan depan dengan kamera generasi terakhir Valeo dan radar jarak menengah & pendek oleh Continental,” katanya. “Sistem peringatan tabrakan depan [termasuk dalam bantuan depan] dapat membantu memantau lalu lintas dan dapat memperingatkan Anda secara akustik dan visual tentang potensi tabrakan dari belakang dengan kendaraan yang bergerak di depan. Untuk ADAS, ada Hella RS4 untuk blind-spot monitoring, lane-change assist, dan rear cross-traffic alert.”
“Untuk elektrifikasi, kami menganalisis inverter, charger on-board, dan sistem manajemen baterai [BMS],” tambahnya.
Gambar 2: Analisis ADAS & sistem elektrifikasi utama. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
solusi ADAS
ID.3 dilengkapi dengan berbagai sistem bantuan pengemudi. Dianggap sebagai ADAS Level 2, ID.3 memanfaatkan pemasok yang sama dan, dalam banyak kasus, komponen yang sama dengan Golf 8, yang sebelumnya dievaluasi oleh System Plus Consulting, dibangun di atas platform MBQ.
Tidak ada kejutan dalam sistem kamera, kata Fraux. “Kita dapat melihat bahwa desain kartunya sedikit berbeda tetapi pilihan komponennya serupa.”
Sistem peringatan tabrakan depan (termasuk dalam bantuan depan) dapat membantu memantau lalu lintas dan memperingatkan pengemudi secara akustik dan visual tentang potensi tabrakan dari belakang dengan kendaraan yang bergerak di depan. Jika mendeteksi bahwa tabrakan akan segera terjadi, pengereman darurat otonom (termasuk dalam bantuan depan) dapat mendukung pengemudi dengan peningkatan tekanan rem atau, jika pengemudi tidak bereaksi sama sekali, dapat mengerem secara otomatis.
Fitur pemantauan pejalan kaki (termasuk dalam bantuan depan) dapat memperingatkan pejalan kaki yang menyeberang di depan kendaraan dan, dalam keadaan tertentu, dapat mengerem secara otomatis untuk membantu mengurangi hasil tabrakan dengan pejalan kaki jika pengemudi tidak menanggapi peringatan tersebut.
Menggunakan kamera yang sama dengan Golf 8, bantuan kamera depan terdiri dari papan kamera depan generasi terbaru Valeo dengan Intel/Mobileye EyeQ4M, OV10642 CIS dari OmniVision 1.3 megapiksel (MP) Sensor, dan Mikrokontroler 850-bit (MCU) Seri RH1/P32H-C Renesas.
Sensor 1.3-MP mendukung array aktif 1280 × 1080 piksel dan output gambar RAW hingga 60 frame per detik. Seri RH850/P1H-C memiliki fitur 32-bit dengan CPU dual-core, teknologi keamanan, flash kode, flash data, modul RAM, pengontrol DMA, banyak antarmuka komunikasi yang digunakan dalam aplikasi otomotif, konverter A/D, unit pengatur waktu, dll.
Gambar 3: Papan kamera depan Valeo. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Radar depan menampilkan teknologi 77-GHz generasi kelima Continental dengan desain dua papan. Ini terdiri dari chip tunggal NXP MMIC 3Tx4Rx dalam WLCSP dan MCU 32-bit. Satu papan digunakan untuk kontrol komputasi dan yang lainnya untuk penginderaan.
Gambar 4: Sistem radar bantuan depan Continental. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Mirip dengan Golf 8, Hella RS4 memiliki fitur blind-spot monitoring, lane change assistant dan rear cross-traffic alert. Papan terdiri dari TC26x TriCore MCU dari Infineon dan STRADA431 MMIC dari STMicroelectronics. STRADA431 adalah transceiver chip tunggal untuk radar otomotif yang mencakup pita frekuensi dari 24 hingga 24.25 GHz agar sesuai dengan aplikasi pita ISM.
Sistem elektrifikasi
Sistem powertrain EV melibatkan beberapa solusi, mulai dari pengisi daya terpasang hingga baterai dan sistem manajemennya. Baterai saat ini mendorong biaya keseluruhan, dan ini terutama ditentukan oleh biaya per sel dan selubung pelindung mekanisnya.
Empat bagian utama sistem kelistrikan ID.3 adalah konverter DC/DC dari Bosch, sistem manajemen baterai (BMS) dari Huber Automotive, inverter dari Valeo-Siemens, dan charger on-board dari Kostal (Gambar 5). ID.3 dilengkapi dengan motor yang dipasang tepat di depan gandar belakang dan transmisi kecepatan tunggal dan menggunakan motor listrik magnet permanen tanpa sikat APP 310. Singkatan “APP” berarti motor dan transmisi disusun sejajar dengan as, sedangkan angka mewakili torsi maksimum, mampu menghasilkan 310 Nm. Angka ini memberikan gambaran tentang percepatan.
Gambar 5: Sistem elektrifikasi utama. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Inti dari ID.3 adalah baterai. Tersedia tiga ukuran baterai: 45 kWh (dengan jangkauan hingga 330 km), 58 kWh (dengan jangkauan hingga 420 km), dan yang terbesar, 77 kWh dengan jangkauan 550 km. Yang terakhir memiliki 12 modul, yang masing-masing terdiri dari 24 sel lithium-ion. Ini beroperasi pada 408 V dan juga dapat diisi ulang dengan arus searah, hingga 125 kW.
Baterai memiliki sistem pendingin cair khusus untuk manajemen suhu yang optimal dan ditempatkan dalam casing aluminium yang juga memiliki rangka peredam kejut terintegrasi untuk menjaga integritas komponen di dalamnya.
Inverter, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, dirancang oleh Valeo Siemens dan menggunakan Infineon IGBT dan teknologi MCU dengan CPLD Intel. IGBT Infineon adalah FS820R08A6P2B (820 A/750 V): modul enam paket yang dioptimalkan untuk inverter 150 kW. Modul daya menerapkan generasi chip EDT2 IGBT, yang merupakan desain sel penghenti bidang parit pola mikro otomotif. Chipset ini memiliki kepadatan arus patokan yang dikombinasikan dengan short-sirkit kekasaran dan peningkatan pemblokiran tegangan untuk operasi inverter yang andal di bawah kondisi lingkungan yang keras.
Gambar 6: Pembongkaran inverter. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Inverter terdiri dari tiga tahap. Yang pertama adalah tahap input yang mengeluarkan tegangan DC dari baterai dan terdiri dari beberapa kapasitor dan filter EMI. Tahap kedua adalah konversi DC/DC menggunakan DC-link kapasitor, yang menyaring dan menghaluskan tegangan DC di rel bus DC. Tahap terakhir memulai konversi melalui peralihan frekuensi tinggi dan menyalurkan daya terbalik ke beban (motor listrik).
Tautan DC harus menyeimbangkan kekuatan sesaat yang berfluktuasi yang dihasilkan sebagai "riak" yang dihasilkan oleh tahapan IGBT. Sebuah solusi dapat menggunakan teknologi kapasitor yang berbeda seperti elektrolit aluminium, film, dan keramik. Riak pada node DC-link mempengaruhi kinerja karena setiap kapasitor memiliki sejumlah impedansi (dan induktansi diri). Biaya inverter ini, seperti yang ditunjukkan Fraux, adalah sekitar $335, terutama karena komponen elektroniknya. IGBT dan MCU Infineon menyumbang hampir 30% dari total biaya inverter. (Gambar 7).
Gambar 7: Diagram blok inverter. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Pengisi daya terpasang diproduksi oleh Kostal di Cina, dengan dimensi 480 × 313 × 102 mm dan berat 10.48 kg (Gambar 8). Pilihan perangkat keras diarahkan ke MCU Renesas dan IGBT/ Infineon.MOSFET, seperti yang ditunjukkan pada diagram blok di Gambar 9.
Gambar 8: Pembongkaran pengisi daya terpasang. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Gambar 9: Diagram blok pengisi daya terpasang. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Paket baterai yang dipasang pada EV terdiri dari beberapa modul sel yang terhubung baik secara seri maupun paralel. Sirkuit elektronik yang diperlukan untuk pengelolaan modul sel disebut sistem manajemen baterai. BMS mencakup satu atau lebih tahap konversi daya dan sistem tertanam berbasis MCU untuk menangani semua aspek yang terkait dengan subsistem daya. Selama proses pengisian atau pengosongan baterai EV, wajib untuk memantau status setiap sel yang termasuk dalam paket baterai. BMS ID.3 terdiri dari empat budak dan master dengan solusi dari STMicroelectronics dan NXP, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10: NXP adalah penyedia utama BMS. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
BMS mengelola seluruh rangkaian sel litium (sel tunggal atau seluruh kemasan baterai), menentukan area pengoperasian yang aman, yaitu, di mana kemasan baterai menjamin kinerja teknis dan energi terbaik. BMS, dalam praktiknya, adalah sistem elektronik untuk kontrol penuh dari semua fungsi diagnostik dan keselamatan untuk pengelolaan tegangan tinggi di dalam kendaraan dan keseimbangan muatan listrik.
Dengan meningkatnya adopsi EV, dampak pada sektor BMS akan cukup besar, karena EV ditenagai oleh puluhan atau ratusan sel. Setiap salah urus dapat memicu masalah listrik yang besar. BMS mengoptimalkan kinerja mobil listrik dan memastikan keamanan paket baterai.
Artikel asli diposting di publikasi saudara EE Times.
Ada banyak, banyak proposal untuk terminologi alternatif untuk "tuan/budak", tidak ada yang disepakati secara luas. IEEE sering diandalkan untuk menentukan terminologi industri; organisasi sedang dalam proses melakukannya. Untuk saat ini, menunggu standar baru atau konsensus yang muncul, EE Times terus menggunakan terminologi standar. Membaca: Saatnya IEEE Pensiun 'Master / Slave'