Хэтчбек Volkswagen (VW) ID.3, представленный в 2019 году, считается одним из самых продаваемых электромобилей (EV) в Европе и открыл интересную главу на рынке электромобилей, на которой к 2030 году появится гораздо больше моделей. ID.3 - это первый полностью электрический автомобиль VW, запущенный в «ID». семьи и представляет собой «новую эру электромобильности для всех».
В ID.3 подчеркивается, что немецкая компания начала менять двигатели внутреннего сгорания на аккумуляторные электромобили во всех своих брендах, укрепляя при этом стратегию своей производственной платформы. ID. Класс автомобилей называют третьей главной главой VW после очень успешных и культовых Beetle and Golf. В основе разработки, конечно же, лежит необходимость соблюдать глобальные нормы выбросов.
Несколько лет назад Volkswagen Group перешла к стратегии модульной платформы, которая позволяет компании совместно использовать модули и системы между брендами и моделями. Одной из последних является гибкая модульная платформа MBQ, представленная в 2012 году, которая предназначена для совместного использования как можно большего количества компонентов между различными брендами, при этом оставляя достаточно места для настройки и совместимости с широким спектром типов двигателей. Он также может адаптироваться к размерам различных моделей благодаря возможности варьировать колесную базу (расстояние между передними и задними колесами) и ширину платформы. Система платформы предназначена для автомобилей с поперечным, передним и передним приводом.
Эта производственная философия была перенесена на производство полностью электрических транспортных средств с новой платформой MEB (модульная матрица электропривода), которая соответствует требованиям к конструкции электронной мобильности. Некоторые из первых электромобилей, построенных на платформе MEB, включают ID.3 для европейского рынка и кроссовер ID.4, который будет продаваться в США и Азии.
Рис. 1. Платформы MEB и MBQ Volkswagen. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Платформа MEB - это масштабируемая архитектура, которая была создана исключительно для электромобилей и будет лежать в основе всех моделей электромобилей других брендов VW Group. Он также был лицензирован для использования Ford. Это недавно подтвержденное соглашение имеет решающее значение для помощи VW в возмещении огромных затрат на разработку и позволит удерживать цены на низком уровне за счет экономии на масштабе.
Одним из ключевых факторов, влияющих на внедрение электромобилей, является стоимость. Потребители не хотят платить надбавку. Общие элементы дизайна в стратегии платформы VW предлагают ключевые преимущества, включая покупательную способность и более быструю разработку, что приводит к снижению затрат при предоставлении богатого набора технических решений, необходимых для стимулирования внедрения электромобилей.
В интервью EE Times Ромен Фраукс, генеральный директор System Plus Consulting, обсудил ключевые аппаратные инновации, реализованные на компактном и экономичном электромобиле ID.3 EV. Благодаря модульной конструкции Volkswagen Group создала несколько моделей разных брендов, которые имеют одну и ту же основу.
От Volkswagen Golf до SEAT Leon, Audi A3 Sportback, Škoda Octavia и других — платформа MBQ — это то, что отличает их, и теперь эта философия конструкции была перенесена Teutonic Group на производство электромобилей с новым Платформа MEB, особенно для версий ID.3 и ID.4, сказал Фро. Это амбициозная цель, это коммерческая задача, в которой используется technology разработан для сокращения затрат и создания всегда актуальной продукции, добавил он.
По словам Фраукс, самым большим преимуществом модульной платформы является то, что она позволяет стандартизировать определенные детали, чтобы их можно было использовать для всех возможных вариантов модели. «Речь идет о конструктивных деталях, опорных элементах, а также о модулях, из которых состоит сам кузов, и, прежде всего, о механике, двигателях, коробках передач, трансмиссии и оборудовании».
Платформа MEB обеспечивает гибкость в дизайне кузова и интерьера, которые имеют решающее значение для стилистического характера автомобиля, например, колесной базы. Он также предоставляет масштабируемую аккумуляторную систему с различными возможностями размещения аккумуляторов. Аккумуляторный блок может иметь структуру 5 × 2 элемента или 6 × 2 элемента; не каждый элемент обязательно должен содержать батарею модуль.
Fraux исследовал две ключевые системы в ID.3, первой модели, построенной на платформе MEB: усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS) и электрификация, как показано на Рисунок 2.
«Для ADAS мы проанализировали передний ассистент с камерой последнего поколения Valeo и радар среднего и ближнего действия от Continental», - сказал он. «Система предупреждения о лобовом столкновении [входит в комплект переднего ассистента] может помочь контролировать движение и предупредить вас акустически и визуально о потенциальном ударе сзади с движущимся впереди автомобилем. Для ADAS есть Hella RS4 для мониторинга слепых зон, помощи при смене полосы движения и предупреждения о перекрестном движении сзади ».
«Для электрификации мы проанализировали инвертор, бортовое зарядное устройство и систему управления батареями [BMS]», - добавил он.
Рисунок 2: Анализ основных систем ADAS и электрификации. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Решения ADAS
ID.3 оснащен широким спектром систем помощи водителю. Считающийся ADAS уровня 2, ID.3 использует тех же поставщиков и, в большинстве случаев, те же компоненты, что и Golf 8, ранее оцененный System Plus Consulting, построенный на платформе MBQ.
«Никаких сюрпризов в системах камер не было», - сказал Фраукс. «Мы видим, что дизайн карт немного отличается, но выбор компонентов аналогичен».
Система предупреждения о лобовом столкновении (включенная в систему помощи при переднем расположении) может помочь контролировать движение и предупредить водителя акустически и визуально о потенциальном столкновении сзади с движущимся впереди автомобилем. Если он чувствует, что столкновение неминуемо, автономное экстренное торможение (включенное в переднюю помощь) может поддержать водителя повышенным тормозным давлением или, если водитель вообще не реагирует, оно может задействовать тормоза автоматически.
Функция мониторинга пешеходов (включенная в систему помощи при передних сиденьях) может предупреждать пешеходов, переходящих перед автомобилем, и, при определенных обстоятельствах, может автоматически тормозить, чтобы смягчить последствия столкновения с пешеходом, если водитель не реагирует на предупреждения.
Передняя камера, использующая ту же камеру, что и Golf 8, состоит из платы фронтальной камеры Valeo последнего поколения с Intel / Mobileye EyeQ4M, OmniVision OV10642 CIS 1.3 мегапикселя (МП). датчики 850-разрядный микроконтроллер (MCU) Renesas серии RH1 / P32H-C.
Датчик 1.3-МП поддерживает активный массив с разрешением 1280 × 1080 пикселей и вывод изображения RAW со скоростью до 60 кадров в секунду. Серия RH850 / P1H-C имеет 32-разрядную версию с двухъядерными процессорами, технологией безопасности, флэш-кодом кода, флэш-памятью данных, модулями ОЗУ, контроллерами DMA, множеством интерфейсов связи, которые используются в автомобильных приложениях, аналого-цифровыми преобразователями, блоками таймера, и т.п.
Рисунок 3: Плата передней камеры Valeo. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Передний радар выполнен на базе 77-ГГц технологии пятого поколения Continental с двухплатной конструкцией. Он состоит из однокристальной MMIC 3Tx4Rx NXP в WLCSP и 32-битного MCU. Одна плата используется для управления вычислением, а другая - для считывания.
Рис. 4. Передняя радиолокационная система Continental. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Подобно Golf 8, Hella RS4 оснащен функцией контроля слепых зон, ассистентом смены полосы движения и предупреждением о перекрестном движении сзади. Плата состоит из MCU TC26x TriCore от Infineon и MMIC STRADA431 от STMicroelectronics. STRADA431 - это однокристальный приемопередатчик для автомобильных радаров, который покрывает диапазон частот от 24 до 24.25 ГГц, чтобы быть совместимым с приложениями диапазона ISM.
Системы электрификации
Система трансмиссии электромобиля включает в себя несколько решений, от бортового зарядного устройства до аккумулятора и системы управления им. Сегодняшняя батарея определяет общую стоимость, и это в основном определяется стоимостью элемента и его механической защиты.
Четыре основные части электрических систем ID.3 - это преобразователь постоянного тока в постоянный от Bosch, система управления батареями (BMS) от Huber Automotive, инвертор от Valeo-Siemens и бортовое зарядное устройство от Kostal (Рисунок 5). ID.3 оснащен двигателем, установленным непосредственно перед задней осью, односкоростной трансмиссией и бесщеточным электродвигателем с постоянными магнитами APP 310. Аббревиатура «APP» означает, что двигатель и трансмиссия расположены параллельно осям, а число представляет максимальный крутящий момент, способный создать 310 Нм. Это число дает представление об ускорении.
Рисунок 5: Основные системы электрификации. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
В основе ID.3 лежит аккумулятор. Доступны три типоразмера батареи: 45 кВтч (дальность до 330 км), 58 кВтч (дальность до 420 км) и самая большая, 77 кВтч, дальность действия 550 км. Последний имеет 12 модулей, каждый из которых состоит из 24 литий-ионных элементов. Он работает от 408 В, а также может заряжаться постоянным током до 125 кВт.
Аккумулятор имеет специальную систему жидкостного охлаждения для оптимального управления температурой и помещен в алюминиевый корпус, который также имеет интегрированную амортизирующую рамку для поддержания целостности компонентов внутри.
Инвертор, как показано на Рисунок 6, разработан Valeo Siemens и использует технологию Infineon. IGBT и технологии MCU с Intel CPLD. IGBT компании Infineon — FS820R08A6P2B (820 А/750 В): модуль из шести блоков, оптимизированный для инверторов мощностью 150 кВт. Модуль питания реализует генерацию чипа EDT2 IGBT, который представляет собой автомобильную микросхему конструкции ячейки с траншейным полем. Чипсет имеет эталонную плотность тока в сочетании ссхема жесткость и повышенная блокировка напряжение для надежной работы инвертора в суровых условиях окружающей среды.
Рисунок 6: Разборка инвертора. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Инвертор состоит из трёх ступеней. Первый — это входной каскад, который выдает постоянное напряжение от аккумуляторной батареи и состоит из нескольких конденсаторов и фильтров электромагнитных помех. Второй этап — преобразование постоянного тока в постоянный с использованием звена постоянного тока. конденсатор, который фильтрует и сглаживает напряжение постоянного тока на шинах постоянного тока. Последний этап инициирует преобразование посредством высокочастотного переключения и передает инвертированную мощность на нагрузку (электродвигатель).
Линия постоянного тока должна уравновешивать колебания мгновенной мощности, которые возникают в виде «пульсаций», генерируемых каскадами IGBT. Решение может использовать различные конденсаторные технологии, такие как алюминиевый электролитический, пленочный и керамический. Пульсации в узлах звена постоянного тока влияют на производительность, потому что каждый конденсатор имеет определенное сопротивление (и самоиндукцию). Стоимость этого инвертора, как указал Фраукс, составляет около 335 долларов, в основном из-за электронных компонентов. На IGBT и MCU Infineon приходится почти 30% от общей стоимости инверторов. (Рисунок 7).
Рисунок 7: Блок-схема инвертора. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Бортовое зарядное устройство производится компанией Kostal в Китае, имеет габариты 480 × 313 × 102 мм и вес 10.48 кг (Рисунок 8). Выбор оборудования был направлен на MCU Renesas и IGBT / Infineon.MOSFET, как показано на блок-схеме в Рисунок 9.
Рисунок 8: Разборка бортового зарядного устройства. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Рисунок 9: Блок-схема бортового зарядного устройства. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
Батарейные блоки, установленные на электромобилях, состоят из нескольких модулей ячеек, соединенных как последовательно, так и параллельно. Электронная схема, необходимая для управления модулями ячеек, называется системой управления батареями. BMS включает в себя один или несколько каскадов преобразования мощности и встроенную систему на основе MCU для обработки всех аспектов, связанных с подсистемой питания. Во время процесса зарядки или разрядки аккумулятора электромобиля обязательно контролировать состояние каждой ячейки, принадлежащей аккумуляторной батарее. BMS ID.3 состоит из четырех ведомых устройств и ведущего устройства с решениями от STMicroelectronics и NXP, как показано на Рисунок 10.
Рисунок 10: NXP является основным поставщиком BMS. Щелкните изображение выше, чтобы увеличить (Источник: System Plus Consulting)
BMS управляет всем набором литиевых элементов (отдельные элементы или целые аккумуляторные блоки), определяя безопасную рабочую зону, т. Е. В которой аккумуляторный блок гарантирует наилучшие технические и энергетические характеристики. На практике BMS представляет собой электронную систему для полного контроля всех функций диагностики и безопасности для управления высоким напряжением на борту транспортного средства и балансировки электрического заряда.
С ростом внедрения электромобилей влияние на сектор BMS будет значительным, поскольку электромобили питаются от десятков или сотен ячеек. Любое неправильное управление могло вызвать серьезные проблемы с электричеством. BMS оптимизирует производительность электромобиля и обеспечивает безопасность аккумуляторной батареи.
Оригинал статьи размещен в дочернем издании EE Times.
Существует очень много предложений по терминологии, альтернативной терминологии «ведущий / ведомый», но ни одно из них не получило широкого согласия. IEEE часто используется для определения отраслевой терминологии; организация находится в процессе этого. На данный момент, в ожидании нового стандарта или появляющегося консенсуса, EE Times продолжает использовать стандартную терминологию. Читать: Пришло время IEEE отказаться от "ведущего / ведомого"