3年に発表されたフォルクスワーゲン（VW）ID.2019ハッチバックは、ヨーロッパで最も売れている電気自動車（EV）のひとつと見なされており、EV市場で興味深い章を開き、2030年までにさらに多くのモデルが登場するでしょう。 ID.3は、「ID」で発売されたVW初の完全電気自動車です。 家族であり、「すべての人にとって電気自動車の新時代」を表しています。
ID.3は、製造プラットフォーム戦略を強化しながら、ブランド全体で燃焼エンジンからバッテリーEVに移行するためにドイツの会社によって開始されたターンアラウンドを強調しています。 ID。 車両のクラスは、非常に成功した象徴的なビートルとゴルフに続いて、VWの第XNUMXの主要な章と呼ばれています。 もちろん、開発の根底にあるのは、世界的な排出規制に準拠する必要性です。
フォルクスワーゲングループは、数年前にモジュラープラットフォーム戦略に移行しました。これにより、同社はブランドやモデル間でモジュールやシステムを共有できるようになります。 最新のものの2012つは、XNUMX年に導入されたMBQフレキシブルモジュラープラットフォームです。これは、さまざまなブランド間で可能な限り多くのコンポーネントを共有すると同時に、さまざまなエンジンタイプとのカスタマイズと互換性のための十分な余地を残して設計されています。 また、ホイールベース（前輪と後輪の間の距離）とプラットフォームの幅を変えることができるため、さまざまなモデルの寸法に適応できます。 プラットフォームシステムは、横置き、前輪駆動、前輪駆動の車両を対象としています。
この製造哲学は、e-モビリティの設計要件に一致する新しいMEB（モジュラー電気駆動マトリックス）プラットフォームを備えた完全な電気自動車の生産に移されました。 MEBプラットフォーム上に構築された最初の電気自動車のいくつかには、ヨーロッパ市場向けのID.3と、米国とアジアで販売されるID.4クロスオーバーが含まれます。
図1：フォルクスワーゲンのMEBおよびMBQプラットフォーム。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
MEBプラットフォームは、EV専用に作成されたスケーラブルなアーキテクチャであり、他のVWグループブランドのすべてのEVモデルをサポートします。 また、フォードが使用するためのライセンスも取得しています。 この最近確認された合意は、VWがその莫大な開発コストを回収するのを助ける上で重要であり、規模の経済を通じて価格を低く保つことを可能にします。
EVの採用に影響を与える重要な要因のXNUMXつはコストです。 消費者は価格プレミアムを払いたくない。 VWプラットフォーム戦略の共有設計要素は、購買力や開発の迅速化などの重要な利点を提供し、EVの採用を促進するために必要な豊富な技術ソリューションのセットを提供しながらコストを削減します。
EE Timesとのインタビューで、System PlusConsultingのCEOであるRomainFrauxは、コンパクトで経済的なID.3EVに実装された主要なハードウェアイノベーションについて話しました。 フォルクスワーゲングループは、モジュラークリエーションの強みを活かして、同じベースを共有するさまざまなブランドからいくつかのモデルを作成しました。
フォルクスワーゲン ゴルフからセアト レオン、アウディ A3 スポーツバック、シュコダ オクタヴィアなどに至るまで、MBQ プラットフォームが他との差別化を図っており、現在、この建設哲学はドイツドイツ グループによる新しい電気自動車の生産に移されています。 MEBプラットフォーム、特にID.3とID.4バージョンについてはFraux氏が述べた。 これは野心的な目標であり、 テクノロジー コストを削減し、常に最新の製品を作成するように設計されていると同氏は付け加えた。
モジュラープラットフォームの最大の利点は、特定の部品を標準化して、考えられるすべてのモデルバリアントに使用できることです。 「私たちは、構造部品、サポート要素、そして実際のフロアパンを構成するモジュール、そして何よりも、メカニック、エンジン、ギアボックス、トランスミッション、および機器について話しています。」
MEB プラットフォームは、ホイールベースなどの車両のスタイル的特徴を決定するボディおよびインテリアのデザインに柔軟性をもたらします。 また、バッテリー レイアウトのさまざまな可能性を備えた拡張可能なバッテリー システムも提供します。 バッテリーパックは 5 × 2 セルまたは 6 × 2 セル構造にすることができます。 すべてのセルに必ずしもバッテリーが含まれている必要はない モジュール.
Frauxは、ID.3のXNUMXつの主要システム、つまりMEBプラットフォーム上に構築された最初のモデルである先進運転支援システム（ADAS）と電動化を調査しました。 図2.
「ADASについては、ヴァレオの最後の世代のカメラとコンチネンタルのミッドレンジおよびショートレンジレーダーを使用してフロントアシストを分析しました」と彼は言いました。 「前方衝突警告システム（フロントアシストに含まれています）は、交通を監視するのに役立ち、前方に移動する車両との追突の可能性を音響的および視覚的に警告することができます。 ADASには、ブラインドスポットモニタリング、車線変更支援、および後方の交差交通警報用のHellaRS4があります。」
「電化のために、インバーター、車載充電器、バッテリー管理システム[BMS]を分析しました」と彼は付け加えました。
図2：分析された主なADASと電化システム。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
ADASソリューション
ID.3には、さまざまな運転支援システムが搭載されています。 レベル2ADASと見なされるID.3は、MBQプラットフォーム上に構築された、以前にSystem PlusConsultingによって評価されたGolf8と同じサプライヤー、およびほとんどの場合、同じコンポーネントを活用します。
Fraux氏によると、カメラシステムに驚きはありませんでした。 「カードのデザインは少し異なりますが、コンポーネントの選択は似ています。」
前方衝突警告（フロントアシストに含まれる）システムは、交通を監視し、前方に移動する車両との追突の可能性を音響的および視覚的にドライバーに警告するのに役立ちます。 衝突が差し迫っていると感知した場合、自動緊急ブレーキ（フロントアシストに含まれる）は、ブレーキ圧を上げてドライバーをサポートするか、ドライバーがまったく反応しない場合は、自動的にブレーキをかけることができます。
歩行者監視（フロントアシストに含まれる）機能は、車両の前を横断する歩行者を警告することができ、特定の状況下では、ドライバーが警告に応答しない場合に歩行者との衝突の結果を軽減するために自動的にブレーキをかけることができます
Golf 8と同じカメラを使用するフロントカメラアシストは、Intel / Mobileye EyeQ4M、OmniVisionのOV10642 CIS 1.3メガピクセル（MP）を備えたヴァレオの最新世代のフロントカメラボードで構成されています。 センサー、およびルネサスのRH850 / P1H-Cシリーズ32ビットマイクロコントローラ（MCU）。
1.3 MPセンサーは、1280×1080ピクセルのアクティブアレイと最大60フレーム/秒のRAW画像出力をサポートします。 RH850 / P1H-Cシリーズは、デュアルコアCPU、セキュリティテクノロジー、コードフラッシュ、データフラッシュ、RAMモジュール、DMAコントローラー、自動車アプリケーションで使用される多くの通信インターフェイス、A / Dコンバーター、タイマーユニットを備えた32ビットを備えています。 NS。
図3：ヴァレオのフロントカメラボード。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
フロントレーダーは、77ボード設計のコンチネンタルの第3世代4GHzテクノロジーを備えています。 これは、WLCSPおよび32ビットMCU内のNXPのシングルチップMMICXNUMXTxXNUMXRxで構成されています。 XNUMXつのボードは制御の計算に使用され、もうXNUMXつのボードはセンシングに使用されます。
図4：コンチネンタルのフロントアシストレーダーシステム。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
Golf 8と同様に、Hella RS4は、ブラインドスポットモニタリング、車線変更アシスタント、リアクロストラフィックアラートを備えています。 このボードは、インフィニオンのTC26x TriCoreMCUとSTMicroelectronicsのSTRADA431MMICで構成されています。 STRADA431は、ISM帯域アプリケーションに準拠するために、24〜24.25GHzの周波数帯域をカバーする自動車レーダー用のシングルチップトランシーバーです。
電化システム
EVのパワートレインシステムには、車載充電器からバッテリーとその管理システムまで、いくつかのソリューションが含まれます。 今日のバッテリーは全体的なコストを左右します。これは主にセルあたりのコストとその機械的保護ケーシングによって決まります。
ID.3の電気システムのXNUMXつの主要部分は、BoschのDC / DCコンバーター、Huber Automotiveのバッテリー管理システム（BMS）、Valeo-Siemensのインバーター、およびKostalのオンボード充電器です（図5）。 ID.3は、リアアクスルの直前に取り付けられたモーターとシングルスピードトランスミッションを備えており、APP310ブラシレス永久磁石電気モーターを使用しています。 略語「APP」は、モーターとトランスミッションが車軸に平行に配置されていることを意味し、数字は310Nmを生成できる最大トルクを表します。 この数は加速のアイデアを与えます。
図5：主な電化システム。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
ID.3の心臓部はバッテリーです。 45つのバッテリーサイズが利用可能です：330 kWh（58 kmまでの範囲）、420 kWh（77 kmまでの範囲）、および最大の550 kWh、12kmの範囲。 後者には24個のモジュールがあり、各モジュールは408個のリチウムイオン電池で構成されています。 125 Vで動作し、最大XNUMXkWの直流で再充電することもできます。
バッテリーは、最適な温度管理のための専用の液体冷却システムを備えており、内部のコンポーネントの完全性を維持するために統合された衝撃吸収フレームを備えたアルミニウムケーシングに収容されています。
に示すように、インバーター 図6、ヴァレオ シーメンスによって設計され、インフィニオンの IGBT Intel の CPLD を使用した MCU テクノロジー。 インフィニオンの IGBT は FS820R08A6P2B (820 A/750 V) で、150 kW インバータ用に最適化された 2 パック モジュールです。 このパワー モジュールは、車載用マイクロ パターン トレンチ フィールド ストップ セル設計である EDTXNUMX IGBT チップ世代を実装しています。 チップセットは、ベンチマークとなる電流密度と短電流を組み合わせています。回路 頑丈さとブロッキングの増加 電圧 過酷な環境条件下での信頼性の高いインバータ動作のために。
図6：インバーターの分解。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
インバータは XNUMX つのステージで構成されます。 XNUMX つ目はバッテリー パックから DC 電圧を出力する入力段で、いくつかのコンデンサと EMI フィルターで構成されます。第 XNUMX 段階は、DC リンクを使用した DC/DC 変換です。 コンデンサ、DC バスレールの DC 電圧をフィルタリングして平滑化します。最終ステージでは、高周波スイッチングによって変換が開始され、反転された電力が負荷 (電気モーター) に供給されます。
DCリンクは、IGBTステージによって生成される「リップル」として生じる変動する瞬時電力のバランスをとる必要があります。 ソリューションでは、アルミニウム電解、フィルム、セラミックなどのさまざまなコンデンサ技術を使用できます。 各コンデンサには一定量のインピーダンス（および自己インダクタンス）があるため、DCリンクノードのリップルはパフォーマンスに影響を与えます。 Frauxが指摘したように、このインバーターのコストは、主に電子部品のために約335ドルです。 インフィニオンのIGBTとMCUは、インバーターの総コストの30％近くを占めています。 （（図7).
図7：インバーターのブロック図。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
車載充電器は中国のKostalによって製造されており、寸法は480×313×102 mm、重量は10.48 kg（図8）。 ハードウェアの選択は、ルネサスのMCUとインフィニオンのIGBT /に向けられました。モスフェット、のブロック図に示されているように 図9.
図8：オンボード充電器の分解。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
図9：車載充電器のブロック図。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
EVに搭載されたバッテリーパックは、直列と並列の両方で接続された複数のセルモジュールで構成されています。 セルモジュールの管理に必要な電子回路は、バッテリー管理システムと呼ばれます。 BMSには、3つ以上の電力変換ステージと、電力サブシステムに関連するすべての側面を処理するためのMCUベースの組み込みシステムが含まれています。 EVバッテリーの充電または放電プロセス中は、バッテリーパックに属する各セルのステータスを監視する必要があります。 ID.XNUMXのBMSは、以下に示すように、XNUMXつのスレーブとSTMicroelectronicsおよびNXPのソリューションを備えたマスターで構成されています。 図10.
図10：NXPはBMSのメインプロバイダーです。 上の画像をクリックすると拡大します（出典：System Plus Consulting）
BMSは、リチウム電池のアレイ全体（単一セルまたは電池パック全体）を管理し、安全な動作領域を決定します。つまり、電池パックが最高の技術的およびエネルギー性能を保証します。 BMSは、実際には、車両に搭載された高電圧の管理と電荷のバランス調整のためのすべての診断および安全機能を完全に制御するための電子システムです。
EVの採用が増えるにつれ、EVは数十または数百のセルから電力を供給されるため、BMSセクターへの影響は大きくなります。 管理を誤ると、大きな電気的問題が発生する可能性があります。 BMSは電気自動車の性能を最適化し、バッテリーパックの安全性を確保します。
姉妹誌EETimesに掲載されたオリジナル記事。
「マスター/スレーブ」に代わる用語については、非常に多くの提案がありますが、広く合意されたものはありません。 IEEEは、業界の用語を決定するためにしばしば信頼されています。 組織はそうする過程にあります。 今のところ、新しい標準または新たなコンセンサスのいずれかが保留されている間、EETimesは引き続き標準的な用語を使用します。 読んだ： IEEEが「マスター/スレーブ」を廃止する時が来ました