Volkswagen (VW) ID.3 hatchback ซึ่งเปิดตัวในปี 2019 ถือเป็นหนึ่งในรถยนต์ไฟฟ้าที่มียอดขายสูงสุดในยุโรป และได้เปิดบทที่น่าสนใจในตลาด EV ซึ่งจะมีรถรุ่นอื่นๆ อีกมากมายภายในปี 2030 ID.3 เป็นรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบคันแรกของ VW ที่เปิดตัวใน "ID" ครอบครัวและเป็นตัวแทนของ “ยุคใหม่แห่งการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสำหรับทุกคน”
ID.3 เน้นย้ำถึงการเปลี่ยนแปลงที่ริเริ่มโดยบริษัทเยอรมันในการเปลี่ยนจากเครื่องยนต์สันดาปเป็น EVs แบตเตอรีในแบรนด์ต่างๆ ในขณะที่เสริมกลยุทธ์แพลตฟอร์มการผลิต ไอดี ประเภทของยานพาหนะเรียกว่าบทสำคัญที่สามของ VW ต่อจาก Beetle and Golf ที่ประสบความสำเร็จและเป็นสัญลักษณ์ พื้นฐานของการพัฒนาคือความจำเป็นในการปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านการปล่อยมลพิษทั่วโลก
Volkswagen Group ได้เปลี่ยนไปใช้กลยุทธ์แพลตฟอร์มโมดูลาร์เมื่อหลายปีก่อน ซึ่งช่วยให้บริษัทสามารถแชร์โมดูลและระบบต่างๆ กับแบรนด์และรุ่นต่างๆ ได้ หนึ่งในรุ่นล่าสุดคือแพลตฟอร์มโมดูลาร์ที่ยืดหยุ่นของ MBQ ซึ่งเปิดตัวในปี 2012 ซึ่งออกแบบมาเพื่อแบ่งปันส่วนประกอบให้มากที่สุดระหว่างแบรนด์ต่างๆ ในขณะที่ยังคงเหลือพื้นที่เพียงพอสำหรับการปรับแต่งและความเข้ากันได้กับเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ นอกจากนี้ยังสามารถปรับให้เข้ากับขนาดของรุ่นต่างๆ ได้อีกด้วย เนื่องจากฐานล้อสามารถปรับเปลี่ยนได้ (ระยะห่างระหว่างล้อหน้าและล้อหลัง) และความกว้างของแท่น ระบบแท่นตั้งเป้าสำหรับยานพาหนะแนวขวาง เครื่องยนต์วางหน้า และขับเคลื่อนล้อหน้า
ปรัชญาการผลิตนี้ถูกส่งต่อไปยังการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบด้วยแพลตฟอร์ม MEB (modular electric drive matrix) ใหม่ ซึ่งตรงกับข้อกำหนดด้านการออกแบบสำหรับ e-mobility รถยนต์ไฟฟ้ารุ่นแรกบางรุ่นที่สร้างขึ้นบนแพลตฟอร์ม MEB ได้แก่ ID.3 สำหรับตลาดยุโรปและครอสโอเวอร์ ID.4 ซึ่งจะจำหน่ายในสหรัฐอเมริกาและเอเชีย
รูปที่ 1: แพลตฟอร์ม MEB และ MBQ ของ Volkswagen คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
แพลตฟอร์ม MEB เป็นสถาปัตยกรรมที่ปรับขนาดได้ ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าโดยเฉพาะ และจะสนับสนุนรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นต่างๆ จากแบรนด์ VW Group อื่นๆ มันยังได้รับอนุญาตให้ใช้โดยฟอร์ด ข้อตกลงที่ได้รับการยืนยันเมื่อเร็ว ๆ นี้มีความสำคัญในการช่วยให้ VW กู้คืนต้นทุนการพัฒนาจำนวนมากและจะช่วยให้ราคาต่ำผ่านการประหยัดจากขนาด
ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่ส่งผลต่อการนำ EV มาใช้คือต้นทุน ผู้บริโภคไม่ต้องการจ่ายเบี้ยประกันภัย องค์ประกอบการออกแบบที่ใช้ร่วมกันในกลยุทธ์แพลตฟอร์ม VW นำเสนอข้อได้เปรียบที่สำคัญ ซึ่งรวมถึงกำลังซื้อและการพัฒนาที่รวดเร็วกว่า ส่งผลให้มีต้นทุนที่ต่ำลงในขณะที่นำเสนอชุดโซลูชันทางเทคนิคที่หลากหลาย ซึ่งทั้งหมดนี้จำเป็นต่อการขับเคลื่อนการนำ EV มาใช้
ในการให้สัมภาษณ์กับ EE Times นั้น Romain Fraux ซีอีโอของ System Plus Consulting ได้กล่าวถึงนวัตกรรมฮาร์ดแวร์หลักที่นำมาใช้กับ ID.3 EV ที่มีขนาดกะทัดรัดและประหยัด ในแง่ของความแข็งแกร่งของการสร้างสรรค์แบบโมดูลาร์ Volkswagen Group ได้สร้างรถหลายรุ่นจากแบรนด์ต่างๆ ที่มีฐานเดียวกัน
ตั้งแต่ Volkswagen Golf ไปจนถึง SEAT Leon ไปจนถึง Audi A3 Sportback และ Škoda Octavia และอื่นๆ แพลตฟอร์ม MBQ คือสิ่งที่ทำให้มันแตกต่าง และตอนนี้ ปรัชญาการก่อสร้างนี้ได้ถูกถ่ายโอนไปยังการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าโดย Teutonic Group ด้วยแนวคิดใหม่ แพลตฟอร์ม MEB โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเวอร์ชัน ID.3 และ ID.4 Fraux กล่าว วัตถุประสงค์อันทะเยอทะยาน ถือเป็นความท้าทายทางการค้าที่หาประโยชน์จากก เทคโนโลยี ออกแบบมาเพื่อลดต้นทุนและสร้างผลิตภัณฑ์ที่ทันสมัยอยู่เสมอ เขากล่าวเสริม
ประโยชน์สูงสุดของแพลตฟอร์มโมดูลาร์คือช่วยให้บางส่วนได้รับมาตรฐานเพื่อให้สามารถใช้กับตัวแปรรุ่นที่เป็นไปได้ทั้งหมด Fraux กล่าว “เรากำลังพูดถึงชิ้นส่วนโครงสร้าง องค์ประกอบรองรับ และโมดูลที่ประกอบเป็นแผ่นพื้นจริง และเหนือสิ่งอื่นใดคือกลไก เครื่องยนต์ กระปุกเกียร์ ระบบเกียร์ และอุปกรณ์”
แพลตฟอร์ม MEB ให้ความยืดหยุ่นในการออกแบบตัวถังและภายในซึ่งมีความสำคัญต่อลักษณะสไตล์ของรถ เช่น ระยะฐานล้อ นอกจากนี้ยังมอบระบบแบตเตอรี่ที่ปรับขนาดได้พร้อมความเป็นไปได้หลากหลายสำหรับรูปแบบแบตเตอรี่ ก้อนแบตเตอรี่สามารถมีโครงสร้าง 5 × 2 เซลล์หรือ 6 × 2 เซลล์ก็ได้ ไม่ใช่ทุกเซลล์จำเป็นต้องมีแบตเตอรี่ โมดูล.
Fraux ได้ตรวจสอบระบบหลักสองระบบใน ID.3 ซึ่งเป็นรุ่นแรกที่จะสร้างบนแพลตฟอร์ม MEB: ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) และการใช้พลังงานไฟฟ้า ดังแสดงใน รูป 2.
“สำหรับ ADAS เราวิเคราะห์ระบบช่วยเหลือด้านหน้าด้วยกล้องรุ่นล่าสุดของ Valeo และเรดาร์ระยะกลางและระยะใกล้โดย Continental” เขากล่าว ระบบเตือนการชนด้านหน้า [รวมอยู่ในระบบช่วยด้านหน้า] สามารถช่วยตรวจสอบการจราจรและสามารถเตือนคุณทั้งทางเสียงและทางสายตาถึงการชนท้ายรถที่อาจเกิดขึ้นกับรถที่กำลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้า สำหรับ ADAS มี Hella RS4 สำหรับการเฝ้าสังเกตจุดบอด ระบบช่วยเปลี่ยนเลน และการแจ้งเตือนทางด้านหลัง”
“สำหรับการใช้พลังงานไฟฟ้า เราได้วิเคราะห์อินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์ชาร์จออนบอร์ด และระบบจัดการแบตเตอรี่ [BMS]” เขากล่าวเสริม
รูปที่ 2: วิเคราะห์ ADAS หลักและระบบไฟฟ้า คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
ADAS โซลูชั่น
ID.3 มาพร้อมกับระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ที่หลากหลาย ID.2 ถือเป็น ADAS ระดับ 3 โดยใช้ประโยชน์จากซัพพลายเออร์รายเดียวกัน และในกรณีส่วนใหญ่ ส่วนประกอบเดียวกันกับ Golf 8 ซึ่งประเมินโดย System Plus Consulting ก่อนหน้านี้ ซึ่งสร้างขึ้นบนแพลตฟอร์ม MBQ
Fraux กล่าวว่าไม่มีความประหลาดใจในระบบกล้อง “เราเห็นได้ว่าการออกแบบการ์ดแตกต่างกันเล็กน้อย แต่การเลือกส่วนประกอบก็คล้ายกัน”
ระบบเตือนการชนด้านหน้า (รวมอยู่ในระบบช่วยเหลือด้านหน้า) สามารถช่วยตรวจสอบการจราจรและแจ้งเตือนผู้ขับขี่ทั้งทางเสียงและทางสายตาต่อการชนท้ายรถที่อาจเกิดขึ้นกับรถที่กำลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้า หากตรวจพบว่ากำลังเกิดการชน การเบรกฉุกเฉินอัตโนมัติ (รวมอยู่ในระบบช่วยหน้า) จะสามารถรองรับคนขับด้วยแรงดันเบรกที่เพิ่มขึ้น หรือหากคนขับไม่ตอบสนองเลย ก็สามารถใช้เบรกได้โดยอัตโนมัติ
ระบบติดตามคนเดินถนน (รวมอยู่ในระบบช่วยเหลือด้านหน้า) สามารถเตือนคนเดินถนนที่ข้ามด้านหน้ารถ และในบางกรณี สามารถเบรกโดยอัตโนมัติเพื่อช่วยบรรเทาผลจากการชนกับคนเดินเท้าหากคนขับไม่ตอบสนองต่อคำเตือน
การใช้กล้องตัวเดียวกับ Golf 8 ตัวช่วยกล้องด้านหน้าประกอบด้วยบอร์ดกล้องหน้ารุ่นล่าสุดของ Valeo พร้อม Intel/Mobileye EyeQ4M, OV10642 CIS ของ OmniVision 1.3 ล้านพิกเซล (MP) เซ็นเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) แบบ 850 บิต ซีรีส์ RH1/P32H-C ของ Renesas
เซ็นเซอร์ 1.3-MP รองรับอาร์เรย์แอ็คทีฟ 1280 × 1080 พิกเซลและเอาต์พุตภาพ RAW สูงสุด 60 เฟรมต่อวินาที ซีรีส์ RH850/P1H-C มีซีพียูแบบดูอัลคอร์ 32 บิต, เทคโนโลยีความปลอดภัย, รหัสแฟลช, แฟลชข้อมูล, โมดูล RAM, ตัวควบคุม DMA, อินเทอร์เฟซการสื่อสารจำนวนมากที่ใช้ในงานยานยนต์, ตัวแปลง A/D, หน่วยจับเวลา, เป็นต้น
รูปที่ 3: แผงกล้องด้านหน้าของ Valeo คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
เรดาร์ด้านหน้ามีเทคโนโลยี 77-GHz รุ่นที่ห้าของคอนติเนนตัลด้วยการออกแบบสองบอร์ด ประกอบด้วย MMIC 3Tx4Rx แบบชิปเดียวของ NXP ใน WLCSP และ MCU 32 บิต บอร์ดหนึ่งใช้สำหรับควบคุมการคำนวณและอีกบอร์ดหนึ่งใช้สำหรับตรวจจับ
รูปที่ 4: ระบบเรดาร์ช่วยด้านหน้าของคอนติเนนตัล คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
คล้ายกับ Golf 8 Hella RS4 มีระบบตรวจสอบจุดบอด ระบบช่วยเปลี่ยนเลน และระบบเตือนการจราจรด้านหลัง บอร์ดประกอบด้วย TC26x TriCore MCU จาก Infineon และ STRADA431 MMIC จาก STMicroelectronics STRADA431 เป็นเครื่องรับส่งสัญญาณแบบชิปเดียวสำหรับเรดาร์ยานยนต์ซึ่งครอบคลุมย่านความถี่ตั้งแต่ 24 ถึง 24.25 GHz เพื่อให้สอดคล้องกับการใช้งานย่านความถี่ ISM
ระบบไฟฟ้า
ระบบส่งกำลังของ EV ประกอบด้วยโซลูชั่นต่างๆ ตั้งแต่เครื่องชาร์จออนบอร์ดไปจนถึงแบตเตอรี่และระบบการจัดการ แบตเตอรี่ในปัจจุบันเป็นตัวขับเคลื่อนต้นทุนโดยรวม ซึ่งพิจารณาจากต้นทุนต่อเซลล์และเคสป้องกันทางกลเป็นหลัก
สี่ส่วนหลักของระบบไฟฟ้าของ ID.3 ได้แก่ ตัวแปลง DC/DC จาก Bosch ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จาก Huber Automotive อินเวอร์เตอร์จาก Valeo-Siemens และเครื่องชาร์จออนบอร์ดจาก Kostal (รูป 5). ID.3 นั้นติดตั้งมอเตอร์ไว้ด้านหน้าเพลาล้อหลังและระบบส่งกำลังแบบความเร็วเดียว และใช้มอเตอร์ไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรแบบไม่มีแปรง APP 310 ตัวย่อ “APP” หมายความว่ามอเตอร์และระบบส่งกำลังถูกจัดเรียงขนานกับเพลา ในขณะที่ตัวเลขแสดงถึงแรงบิดสูงสุดที่สามารถผลิตได้ 310 นิวตันเมตร ตัวเลขนี้ให้แนวคิดเรื่องการเร่งความเร็ว
รูปที่ 5: ระบบไฟฟ้าหลัก คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
หัวใจของ ID.3 คือแบตเตอรี่ มีแบตเตอรี่สามขนาดให้เลือก: 45 kWh (มีระยะทางสูงสุด 330 km), 58 kWh (มีระยะทางสูงสุด 420 km) และใหญ่ที่สุด 77 kWh ด้วยช่วง 550-km หลังมี 12 โมดูล แต่ละโมดูลประกอบด้วยเซลล์ลิเธียมไอออน 24 เซลล์ มันทำงานที่ 408 V และยังสามารถชาร์จด้วยกระแสตรงสูงสุด 125 กิโลวัตต์
แบตเตอรี่มีระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยเฉพาะเพื่อการจัดการอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด และบรรจุอยู่ในปลอกอลูมิเนียมที่มีกรอบดูดซับแรงกระแทกในตัวเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของส่วนประกอบภายใน
อินเวอร์เตอร์ ดังแสดงใน รูป 6ออกแบบโดย Valeo Siemens และใช้ของ Infineon IGBT และเทคโนโลยี MCU ด้วย CPLD ของ Intel IGBT ของ Infineon คือ FS820R08A6P2B (820 A/750 V): โมดูลหกแพ็กที่ได้รับการปรับแต่งมาสำหรับอินเวอร์เตอร์ขนาด 150 กิโลวัตต์ โมดูลพลังงานใช้การสร้างชิป EDT2 IGBT ซึ่งเป็นการออกแบบเซลล์หยุดสนามเพลาะรูปแบบไมโครของยานยนต์ ชิปเซ็ตมีความหนาแน่นกระแสไฟมาตรฐานรวมกับกระแสไฟสั้นวงจรไฟฟ้า ความทนทานและการบล็อกที่เพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้า สำหรับการทำงานของอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อถือได้ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่รุนแรง
รูปที่ 6: การถอดประกอบอินเวอร์เตอร์ คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
อินเวอร์เตอร์ประกอบด้วยสามขั้นตอน ขั้นแรกคือระยะอินพุตที่ส่งออกแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากชุดแบตเตอรี่ และประกอบด้วยตัวเก็บประจุหลายตัวและตัวกรอง EMI ขั้นตอนที่สองคือการแปลง DC/DC โดยใช้ DC-link capacitorซึ่งกรองและทำให้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงในรางบัส DC เรียบขึ้น ขั้นตอนสุดท้ายเริ่มต้นการแปลงผ่านการสวิตชิ่งความถี่สูง และจ่ายพลังงานกลับด้านให้กับโหลด (มอเตอร์ไฟฟ้า)
DC-link ต้องสร้างสมดุลระหว่างพลังงานที่ผันผวนในทันทีซึ่งส่งผลให้เกิด "ระลอกคลื่น" ที่เกิดจากขั้นตอน IGBT โซลูชันสามารถใช้เทคโนโลยีตัวเก็บประจุที่แตกต่างกัน เช่น อะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์ ฟิล์ม และเซรามิก ระลอกคลื่นที่โหนด DC-link ส่งผลต่อประสิทธิภาพเนื่องจากตัวเก็บประจุแต่ละตัวมีอิมพีแดนซ์จำนวนหนึ่ง (และการเหนี่ยวนำตัวเอง) ค่าใช้จ่ายของอินเวอร์เตอร์นี้ตามที่ Fraux ชี้ให้เห็นคือประมาณ $ 335 ส่วนใหญ่เกิดจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ IGBT และ MCU ของ Infineon คิดเป็นเกือบ 30% ของต้นทุนอินเวอร์เตอร์ทั้งหมด (รูป 7).
รูปที่ 7: บล็อกไดอะแกรมของอินเวอร์เตอร์ คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
ที่ชาร์จออนบอร์ดผลิตโดย Kostal ในประเทศจีน ด้วยขนาด 480 × 313 × 102 มม. และน้ำหนัก 10.48 กก. (รูป 8). การเลือกฮาร์ดแวร์มุ่งไปที่ MCU ของ Renesas และ IGBT/ ของ InfineonMOSFETดังแสดงในแผนภาพบล็อกใน รูป 9.
รูปที่ 8: การถอดอุปกรณ์ชาร์จออนบอร์ด คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
รูปที่ 9: บล็อกไดอะแกรมของเครื่องชาร์จออนบอร์ด คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
ชุดแบตเตอรี่ที่ติดตั้งบน EV ประกอบด้วยโมดูลเซลล์หลายโมดูลที่เชื่อมต่อทั้งแบบอนุกรมและแบบขนาน วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นสำหรับการจัดการโมดูลเซลล์เรียกว่าระบบการจัดการแบตเตอรี่ BMS ประกอบด้วยขั้นตอนการแปลงพลังงานตั้งแต่หนึ่งขั้นตอนขึ้นไป และระบบฝังตัวที่ใช้ MCU สำหรับการจัดการทุกด้านที่เกี่ยวข้องกับระบบย่อยกำลัง ในระหว่างกระบวนการชาร์จหรือคายประจุแบตเตอรี่ EV จำเป็นต้องตรวจสอบสถานะของแต่ละเซลล์ที่เป็นของก้อนแบตเตอรี่ BMS ของ ID.3 ประกอบด้วยสี่ทาสและมาสเตอร์พร้อมโซลูชันจาก STMicroelectronics และ NXP ดังแสดงใน รูป 10.
รูปที่ 10: NXP เป็นผู้ให้บริการหลักสำหรับ BMS คลิกที่ภาพด้านบนเพื่อขยาย (ที่มา: System Plus Consulting)
BMS จะจัดการอาร์เรย์ของเซลล์ลิเธียมทั้งหมด (เซลล์เดียวหรือทั้งก้อนแบตเตอรี่) โดยกำหนดพื้นที่การทำงานที่ปลอดภัย กล่าวคือ ซึ่งก้อนแบตเตอรี่รับประกันประสิทธิภาพทางเทคนิคและพลังงานที่ดีที่สุด ในทางปฏิบัติ BMS เป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการควบคุมฟังก์ชันการวินิจฉัยและความปลอดภัยทั้งหมดสำหรับการจัดการไฟฟ้าแรงสูงบนรถและการปรับสมดุลของประจุไฟฟ้า
ด้วยการใช้ EVs ที่เพิ่มขึ้น ผลกระทบต่อภาค BMS จะมีมาก เนื่องจาก EVs ใช้พลังงานจากเซลล์นับสิบหรือหลายร้อยเซลล์ การจัดการที่ผิดพลาดอาจทำให้เกิดปัญหาทางไฟฟ้ามหาศาล BMS เพิ่มประสิทธิภาพของรถยนต์ไฟฟ้าและรับรองความปลอดภัยของแบตเตอรี่
บทความต้นฉบับโพสต์ที่สิ่งพิมพ์ของน้องสาว EE Times
มีข้อเสนอมากมายสำหรับคำศัพท์ทางเลือกสำหรับ "อาจารย์/ทาส" ซึ่งไม่มีใครเห็นพ้องต้องกันในวงกว้าง มักใช้ IEEE เพื่อกำหนดคำศัพท์ทางอุตสาหกรรม องค์กรอยู่ในขั้นตอนการดำเนินการดังกล่าว สำหรับตอนนี้ EE Times ยังคงใช้คำศัพท์มาตรฐานที่อยู่ระหว่างรอมาตรฐานใหม่หรือฉันทามติที่เกิดขึ้นใหม่ อ่าน: ถึงเวลาที่ IEEE จะเลิกใช้ 'Master / Slave'