3년에 소개된 폭스바겐(VW) ID.2019 해치백은 유럽에서 가장 많이 팔린 전기 자동차(EV) 중 하나로 간주되며 2030년까지 더 많은 모델을 보게 될 EV 시장에서 흥미로운 장을 열었습니다. ID.3은 "ID"로 출시된 VW의 첫 번째 완전 전기 자동차입니다. 가족을 의미하며 "모두를 위한 전기 이동의 새로운 시대"를 나타냅니다.
ID.3은 제조 플랫폼 전략을 강화하면서 브랜드 전반에 걸쳐 연소 엔진에서 배터리 EV로 전환하기 위해 독일 회사가 시작한 전환을 강조합니다. 아이디. 차량 클래스는 매우 성공적이고 상징적인 비틀과 골프에 이어 VW의 세 번째 주요 챕터라고 합니다. 물론 개발의 기본은 글로벌 배출 규제를 준수할 필요성입니다.
Volkswagen Group은 몇 년 전에 회사가 브랜드와 모델 간에 모듈과 시스템을 공유할 수 있도록 하는 모듈식 플랫폼 전략으로 전환했습니다. 가장 최근의 것 중 하나는 2012년에 도입된 MBQ 유연한 모듈식 플랫폼으로, 다양한 브랜드 간에 가능한 한 많은 구성 요소를 공유하는 동시에 광범위한 엔진 유형과의 사용자 정의 및 호환성을 위한 충분한 여지를 남겨두도록 설계되었습니다. 또한 휠베이스(앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 거리)와 플랫폼 너비를 변경할 수 있어 다양한 모델의 치수에 맞출 수 있습니다. 플랫폼 시스템은 가로, 앞 엔진 및 앞 바퀴 구동 차량을 대상으로 합니다.
이 제조 철학은 e-모빌리티에 대한 설계 요구 사항과 일치하는 새로운 MEB(모듈식 전기 구동 매트릭스) 플랫폼을 갖춘 완전 전기 자동차 생산으로 이전되었습니다. MEB 플랫폼에 구축된 최초의 전기 자동차에는 유럽 시장용 ID.3과 미국과 아시아에서 판매될 ID.4 크로스오버가 포함됩니다.
그림 1: Volkswagen의 MEB 및 MBQ 플랫폼. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
MEB 플랫폼은 EV 전용으로 제작된 확장 가능한 아키텍처이며 다른 VW 그룹 브랜드의 모든 EV 모델을 뒷받침합니다. Ford에서도 사용 허가를 받았습니다. 최근에 확인된 이 계약은 VW가 막대한 개발 비용을 회수하고 규모의 경제를 통해 가격을 낮게 유지할 수 있도록 돕는 데 중요합니다.
전기차 도입에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나는 비용입니다. 소비자는 가격 프리미엄을 지불하기를 원하지 않습니다. VW 플랫폼 전략의 공유된 디자인 요소는 구매력과 더 빠른 개발을 포함한 주요 이점을 제공하여 비용을 낮추는 동시에 EV 채택을 추진하는 데 필요한 풍부한 기술 솔루션 세트를 제공합니다.
EE Times와의 인터뷰에서 System Plus Consulting의 CEO인 Romain Fraux는 작고 경제적인 ID.3 EV에 구현된 주요 하드웨어 혁신에 대해 논의했습니다. 폭스바겐 그룹은 모듈식 제품의 강점을 기반으로 동일한 기반을 공유하는 여러 브랜드의 여러 모델을 만들었습니다.
폭스바겐 골프(Volkswagen Golf)부터 SEAT 레온(SEAT Leon), 아우디 A3 스포츠백(Audi A3 Sportback), 스코다 옥타비아(Škoda Octavia)까지 MBQ 플랫폼은 이를 차별화하며, 이제 이 건설 철학은 새로운 모델을 통해 튜턴 그룹(Teutonic Group)의 전기 자동차 생산으로 옮겨졌습니다. Fraux는 MEB 플랫폼이 특히 ID.4 및 ID.XNUMX 버전에 적합하다고 말했습니다. 야심찬 목표이며, 이를 활용하는 상업적 도전입니다. technology 그는 비용을 절감하고 항상 최신 상태를 유지하는 제품을 만들도록 설계되었다고 덧붙였습니다.
모듈식 플랫폼의 가장 큰 장점은 특정 부품을 표준화하여 가능한 모든 모델 변형에 사용할 수 있다는 것입니다. "우리는 구조적 부품, 지지 요소 및 실제 바닥판을 구성하는 모듈, 그리고 무엇보다도 기계, 엔진, 기어박스, 변속기 및 장비에 대해 이야기하고 있습니다."
MEB 플랫폼은 휠베이스와 같이 차량의 스타일 특성을 결정하는 차체 및 인테리어 디자인에 유연성을 제공합니다. 또한 배터리 레이아웃에 대한 다양한 가능성을 갖춘 확장 가능한 배터리 시스템을 제공합니다. 배터리 팩은 5 × 2셀 또는 6 × 2셀 구조를 가질 수 있습니다. 모든 셀에 반드시 배터리가 포함될 필요는 없습니다. 모듈.
Fraux는 MEB 플랫폼에 구축된 첫 번째 모델인 ID.3의 두 가지 핵심 시스템인 ADAS(Advanced Driver-Assistance System)와 전기화를 조사했습니다. 그림 2.
"ADAS의 경우 Valeo의 마지막 세대 카메라와 Continental의 중거리 및 단거리 레이더로 전방 지원을 분석했습니다."라고 그는 말했습니다. "[전방 보조 장치에 포함된] 전방 충돌 경고 시스템은 교통량을 모니터링하는 데 도움이 될 수 있으며 전방 차량과의 잠재적인 후방 충돌에 대해 청각적 및 시각적으로 경고할 수 있습니다. ADAS의 경우 사각지대 모니터링, 차선 변경 지원 및 후방 교차 교통 경고를 위한 Hella RS4가 있습니다.”
그는 “전기화를 위해 인버터, 온보드 충전기, 배터리 관리 시스템(BMS)을 분석했다”고 덧붙였다.
그림 2: 주요 ADAS 및 전기화 시스템 분석. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. (출처: 시스템플러스 컨설팅)
ADAS 솔루션
ID.3에는 다양한 운전자 지원 시스템이 장착되어 있습니다. 레벨 2 ADAS로 간주되는 ID.3은 MBQ 플랫폼에 구축된 이전에 System Plus Consulting에서 평가한 Golf 8과 대부분의 경우 동일한 구성 요소를 활용합니다.
Fraux는 카메라 시스템에 놀라움이 없었다고 말했습니다. "카드의 디자인은 약간 다르지만 구성 요소의 선택은 비슷하다는 것을 알 수 있습니다."
전방 충돌 경고(전방 보조 장치에 포함) 시스템은 교통량을 모니터링하고 전방 차량과의 잠재적인 후방 충돌을 청각 및 시각적으로 운전자에게 경고할 수 있습니다. 충돌이 임박했음을 감지하면 자율 비상 제동(프론트 어시스트에 포함)이 높아진 브레이크 압력으로 운전자를 지원하거나, 운전자가 전혀 반응하지 않을 경우 자동으로 브레이크를 적용할 수 있습니다.
보행자 모니터링(프론트 어시스트에 포함) 기능은 차량 앞을 횡단하는 보행자에게 경고할 수 있으며 특정 상황에서 운전자가 경고에 응답하지 않는 경우 보행자와의 충돌 결과를 완화하기 위해 자동으로 제동할 수 있습니다.
Golf 8과 동일한 카메라를 사용하는 전면 카메라 지원은 Intel/Mobileye EyeQ4M, OmniVision의 OV10642 CIS 1.3메가픽셀(MP)이 포함된 Valeo의 최신 세대 전면 카메라 보드로 구성됩니다. 감지기및 Renesas의 RH850/P1H-C 시리즈 32비트 마이크로컨트롤러(MCU)입니다.
1.3MP 센서는 1280 × 1080 픽셀의 활성 어레이와 초당 최대 60프레임의 RAW 이미지 출력을 지원합니다. RH850/P1H-C 시리즈는 32비트 듀얼 코어 CPU, 보안 기술, 코드 플래시, 데이터 플래시, RAM 모듈, DMA 컨트롤러, 자동차 애플리케이션에 사용되는 많은 통신 인터페이스, A/D 변환기, 타이머 장치, 등.
그림 3: Valeo의 전면 카메라 보드. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
전면 레이더는 77보드 디자인의 Continental 3세대 4GHz 기술을 특징으로 합니다. WLCSP 및 32비트 MCU의 NXP 단일 칩 MMIC XNUMXTxXNUMXRx로 구성됩니다. 한 보드는 컴퓨팅 제어에 사용되고 다른 보드는 감지에 사용됩니다.
그림 4: Continental의 전방 지원 레이더 시스템. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
Golf 8과 유사하게 Hella RS4는 사각지대 모니터링, 차선 변경 보조 및 후방 교차 교통 경고 기능을 제공합니다. 이 보드는 Infineon의 TC26x TriCore MCU와 STMicroelectronics의 STRADA431 MMIC로 구성됩니다. STRADA431은 ISM 대역 애플리케이션을 준수하기 위해 24 ~ 24.25GHz의 주파수 대역을 커버하는 자동차 레이더용 단일 칩 트랜시버입니다.
전화 시스템
EV의 파워트레인 시스템에는 온보드 충전기에서 배터리 및 관리 시스템에 이르기까지 여러 솔루션이 포함됩니다. 오늘날의 배터리는 전체 비용을 주도하며 이는 주로 셀당 비용과 기계적 보호 케이스에 의해 결정됩니다.
ID.3의 전기 시스템의 네 가지 주요 부분은 Bosch의 DC/DC 컨버터, Huber Automotive의 배터리 관리 시스템(BMS), Valeo-Siemens의 인버터 및 Kostal의 온보드 충전기입니다.그림 5). ID.3는 리어 액슬 바로 앞에 장착된 모터와 310단 변속기가 장착되어 있으며 APP 310 브러시리스 영구 자석 전기 모터를 사용합니다. 약어 "APP"는 모터와 변속기가 차축에 평행하게 배열되어 있음을 의미하며 숫자는 XNUMXNm을 생성할 수 있는 최대 토크를 나타냅니다. 이 숫자는 가속도에 대한 아이디어를 제공합니다.
그림 5: 주요 전화 시스템. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
ID.3의 핵심은 배터리입니다. 배터리 크기는 45kWh(최대 330km), 58kWh(최대 420km), 최대 77kWh(550km) 등 12가지다. 후자는 각각 24개의 리튬 이온 전지로 구성된 408개의 모듈을 가지고 있습니다. 125V에서 작동하며 최대 XNUMXkW의 직류로 재충전할 수도 있습니다.
배터리에는 최적의 온도 관리를 위한 전용 액체 냉각 시스템이 있으며 내부 구성 요소의 무결성을 유지하기 위해 통합된 충격 흡수 프레임이 있는 알루미늄 케이스에 보관됩니다.
인버터는 그림과 같이 그림 6, Valeo Siemens가 설계했으며 Infineon의 IGBT Intel의 CPLD를 사용한 MCU 기술입니다. Infineon의 IGBT는 820kW 인버터에 최적화된 08팩 모듈인 FS6R2A820P750B(150A/2V)입니다. 전력 모듈은 자동차 마이크로 패턴 트렌치 필드 스톱 셀 설계인 EDTXNUMX IGBT 칩 세대를 구현합니다. 칩셋은 짧은 전류 밀도와 결합된 벤치마크 전류 밀도를 갖습니다.회로 견고성 및 증가된 차단 전압 열악한 환경 조건에서 안정적인 인버터 작동을 위해
그림 6: 인버터 분해. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
인버터는 3단계로 구성됩니다. 첫 번째는 배터리 팩에서 DC 전압을 출력하는 입력단으로, 여러 개의 커패시터와 EMI 필터로 구성됩니다. 두 번째 단계는 DC 링크를 사용한 DC/DC 변환입니다. 콘덴서, 이는 DC 버스 레일의 DC 전압을 필터링하고 평활화합니다. 마지막 단계에서는 고주파 스위칭을 통해 변환을 시작하고 반전된 전력을 부하(전기 모터)에 전달합니다.
DC 링크는 IGBT 단계에서 생성된 "리플"로 발생하는 변동하는 순간 전력의 균형을 유지해야 합니다. 솔루션은 알루미늄 전해, 필름 및 세라믹과 같은 다양한 커패시터 기술을 사용할 수 있습니다. 각 커패시터에는 일정한 양의 임피던스(및 자체 인덕턴스)가 있기 때문에 DC 링크 노드의 리플은 성능에 영향을 미칩니다. Fraux가 지적했듯이 이 인버터의 비용은 주로 전자 부품으로 인해 약 335달러입니다. Infineon의 IGBT 및 MCU는 전체 인버터 비용의 거의 30%를 차지합니다. (그림 7).
그림 7: 인버터의 블록 다이어그램. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
온보드 충전기는 중국의 Kostal에서 제조하며 크기는 480 × 313 × 102mm이고 무게는 10.48kg입니다(그림 8). 하드웨어 선택은 Renesas의 MCU와 Infineon의 IGBT/이끼, 블록 다이어그램에 표시된 것처럼 그림 9.
그림 8: 온보드 충전기 분해. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
그림 9: 온보드 충전기의 블록 다이어그램. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
전기차에 탑재되는 배터리 팩은 직렬과 병렬로 연결된 여러 개의 셀 모듈로 구성된다. 셀 모듈의 관리에 필요한 전자회로를 배터리 관리 시스템이라고 합니다. BMS에는 전력 하위 시스템과 관련된 모든 측면을 처리하기 위한 하나 이상의 전력 변환 단계와 MCU 기반 임베디드 시스템이 포함됩니다. EV 배터리의 충전 또는 방전 과정에서 배터리 팩에 속한 각 셀의 상태를 모니터링하는 것은 필수입니다. ID.3의 BMS는 XNUMX개의 슬레이브와 STMicroelectronics 및 NXP의 솔루션이 포함된 마스터로 구성됩니다. 그림 10.
그림 10: NXP는 BMS의 주요 공급자입니다. 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 (출처: System Plus Consulting)
BMS는 리튬 셀의 전체 어레이(단일 셀 또는 전체 배터리 팩)를 관리하여 배터리 팩이 최고의 기술 및 에너지 성능을 보장하는 안전한 작동 영역을 결정합니다. BMS는 실제로 차량에 탑재된 고전압 관리와 전하 균형을 위한 모든 진단 및 안전 기능을 완벽하게 제어하는 전자 시스템입니다.
EV의 채택이 증가함에 따라 EV는 수십 또는 수백 개의 셀로 구동되기 때문에 BMS 부문에 미치는 영향은 상당할 것입니다. 잘못된 관리는 큰 전기 문제를 유발할 수 있습니다. BMS는 전기차의 성능을 최적화하고 배터리 팩의 안전성을 보장합니다.
자매 출판물인 EE Times에 게시된 원본 기사.
"마스터/슬레이브"에 대한 대체 용어에 대한 많은 제안이 있지만 널리 동의된 것은 없습니다. IEEE는 종종 산업 용어를 결정하는 데 의존합니다. 조직은 그렇게 하는 과정에 있습니다. 현재로서는 새로운 표준이나 새로운 합의가 있을 때까지 EE Times는 계속해서 표준 용어를 사용하고 있습니다. 읽다: IEEE가 '마스터/슬레이브'를 은퇴할 때입니다.