3 yılında tanıtılan Volkswagen (VW) ID.2019 hatchback, Avrupa'nın en çok satan elektrikli araçlarından (EV'ler) biri olarak kabul ediliyor ve EV pazarında 2030 yılına kadar çok daha fazla modelin göreceği ilginç bir sayfa açtı. ID.3, VW'nin “ID”de piyasaya sürülen ilk tamamen elektrikli aracıdır. ailesini temsil ediyor ve “herkes için yeni bir elektrikli mobilite çağını” temsil ediyor.
ID.3, Alman şirketinin markaları genelinde içten yanmalı motorlardan akülü elektrikli araçlara geçiş yönünde başlattığı dönüşümü vurguluyor ve üretim platformu stratejisini güçlendiriyor. Kimlik. Araç sınıfı, çok başarılı ve ikonik Beetle ve Golf'ten sonra VW'nin üçüncü büyük bölümü olarak adlandırılıyor. Bu gelişmenin temelinde elbette küresel emisyon düzenlemelerine uyma ihtiyacı yatıyor.
Volkswagen Grubu, birkaç yıl önce şirketin modülleri ve sistemleri markalar ve modeller arasında paylaşmasına olanak tanıyan modüler bir platform stratejisine geçti. Bunlardan en yenilerinden biri, 2012 yılında tanıtılan MBQ esnek modüler platformdur; bu platform, çeşitli markalar arasında mümkün olduğu kadar çok bileşeni paylaşırken, aynı zamanda özelleştirme ve geniş bir motor tipi yelpazesiyle uyumluluk için geniş alan bırakmak üzere tasarlanmıştır. Ayrıca dingil mesafesi (ön ve arka tekerlekler arasındaki mesafe) ve platform genişliğinin değiştirilebilme imkanı sayesinde farklı modellerin boyutlarına da uyum sağlayabilmektedir. Platform sistemi enine, önden motorlu ve önden çekişli araçları hedef alıyor.
Bu üretim felsefesi, e-mobilitenin tasarım gerekliliklerini karşılayan yeni MEB (modüler elektrikli tahrik matrisi) platformuyla tamamen elektrikli araçların üretimine aktarıldı. MEB platformu üzerinde üretilen ilk elektrikli araçlardan bazıları arasında Avrupa pazarına yönelik ID.3 ve ABD ve Asya'da satılacak ID.4 crossover yer alıyor.
Şekil 1: Volkswagen'in MEB ve MBQ platformları. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
MEB platformu, elektrikli araçlar için özel olarak oluşturulmuş, ölçeklenebilir bir mimaridir ve diğer VW Grubu markalarının tüm EV modellerini destekleyecektir. Ayrıca Ford tarafından da kullanım lisansı alınmıştır. Yakın zamanda onaylanan bu anlaşma, VW'nin büyük geliştirme maliyetlerini karşılamasına yardımcı olmak açısından çok önemli ve ölçek ekonomileri yoluyla fiyatları düşük tutmasına olanak sağlayacak.
Elektrikli araçların benimsenmesini etkileyen en önemli faktörlerden biri maliyettir. Tüketiciler bir fiyat primi ödemek istemiyorlar. VW platform stratejisindeki ortak tasarım öğeleri, satın alma gücü ve daha hızlı geliştirme dahil olmak üzere önemli avantajlar sunuyor; bu da maliyetlerin düşmesine neden olurken, tamamı EV'lerin benimsenmesini teşvik etmek için gereken zengin bir teknik çözümler seti sunuyor.
System Plus Consulting CEO'su Romain Fraux, EE Times ile yaptığı röportajda, kompakt ve ekonomik ID.3 EV'de uygulanan önemli donanım yeniliklerini tartıştı. Volkswagen Grubu, modüler yaratımların gücünden yararlanarak aynı temeli paylaşan farklı markalardan birçok model yarattı.
Volkswagen Golf'ten SEAT Leon'a, Audi A3 Sportback'ten Škoda Octavia'ya ve diğerlerine kadar, MBQ platformu onu farklı kılan şeydir ve şimdi bu inşaat felsefesi Teutonic Group tarafından yeni elektrikli otomobil üretimine aktarılmıştır. Fraux, MEB platformunun özellikle ID.3 ve ID.4 versiyonları için olduğunu söyledi. İddialı bir hedef, bu, ticari bir zorluktur ve teknoloji maliyetleri düşürmek ve her zaman güncel ürünler yaratmak için tasarlandığını ekledi.
Fraux, modüler bir platformun en büyük faydasının, belirli parçaların tüm olası model çeşitleri için kullanılabilecek şekilde standartlaştırılmasına izin vermesi olduğunu söyledi. "Yapısal parçalardan, destek elemanlarından ve ayrıca asıl döşemeyi oluşturan modüllerden ve hepsinden önemlisi mekaniklerden, motorlardan, vites kutularından, şanzımandan ve ekipmandan bahsediyoruz."
MEB platformu, dingil mesafesi gibi aracın stilistik karakteri için belirleyici olan gövde ve iç tasarımlarda esneklik sağlıyor. Ayrıca pil düzeni için çeşitli olanaklara sahip ölçeklenebilir bir pil sistemi sunar. Pil takımı 5×2 hücreli ya da 6×2 hücreli yapıya sahip olabilir; her hücrenin mutlaka bir pil içermesi gerekmez modül.
Fraux, MEB platformu üzerine inşa edilen ilk model olan ID.3'te iki temel sistemi inceledi: gelişmiş sürücü destek sistemleri (ADAS) ve elektrifikasyon. Şekil 2.
“ADAS için ön desteği Valeo'nun son nesil kamerası ve Continental'in orta ve kısa menzilli radarıyla analiz ettik” dedi. "Önden çarpışma uyarı sistemi (ön destek sistemine dahil) trafiğin izlenmesine yardımcı olabilir ve önde giden araçla olası bir arkadan çarpışma konusunda sizi sesli ve görsel olarak uyarabilir. ADAS için kör nokta izleme, şerit değiştirme asistanı ve arka çapraz trafik uyarısı için Hella RS4 var.”
"Elektrifikasyon için invertörü, yerleşik şarj cihazını ve akü yönetim sistemini [BMS] analiz ettik" diye ekledi.
Şekil 2: Analiz edilen ana ADAS ve elektrifikasyon sistemleri. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
ADAS çözümleri
ID.3 çok çeşitli sürücü destek sistemleriyle donatılmıştır. Seviye 2 ADAS olarak kabul edilen ID.3, daha önce System Plus Consulting tarafından değerlendirilen ve MBQ platformu üzerine inşa edilen Golf 8 ile aynı tedarikçileri ve çoğu durumda aynı bileşenleri kullanıyor.
Fraux, kamera sistemlerinde sürpriz olmadığını söyledi. "Kartların tasarımının biraz farklı olduğunu görebiliyoruz ancak bileşen seçimi benzer."
Önden çarpışma uyarı sistemi (ön destek sistemine dahildir) trafiğin izlenmesine yardımcı olabilir ve önde hareket eden araçla olası bir arkadan çarpışma konusunda sürücüyü sesli ve görsel olarak uyarabilir. Bir çarpışmanın yakın olduğunu algılarsa, otonom acil frenleme (ön yardıma dahil), sürücüyü artan fren basıncıyla destekleyebilir veya sürücü hiç tepki vermezse frenleri otomatik olarak uygulayabilir.
Yaya izleme (ön yardıma dahil) özelliği, aracın önünden geçen yayalar konusunda uyarıda bulunabilir ve belirli koşullar altında, sürücünün uyarılara yanıt vermemesi durumunda bir yaya ile çarpışmanın sonucunu hafifletmeye yardımcı olmak için otomatik olarak fren yapabilir.
Golf 8 ile aynı kamerayı kullanan ön kamera desteği, Valeo'nun Intel/Mobileye EyeQ4M'li en yeni nesil ön kamera kartı, OmniVision'ın OV10642 CIS 1.3 megapiksel (MP) kamerasından oluşur. algılayıcıve Renesas'ın RH850/P1H-C Serisi 32 bit mikro denetleyicisi (MCU).
1.3 MP sensör, 1280 × 1080 piksellik aktif diziyi ve saniyede 60 kareye kadar RAW görüntü çıkışını destekler. RH850/P1H-C Serisi, çift çekirdekli CPU'lara sahip 32 bit, güvenlik teknolojisi, kod flaşı, veri flaşı, RAM modülleri, DMA denetleyicileri, otomotiv uygulamalarında kullanılan birçok iletişim arayüzü, A/D dönüştürücüler, zamanlayıcı üniteleri, vesaire.
Şekil 3: Valeo'nun ön kamera kartı. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
Ön radar, iki kartlı tasarıma sahip Continental'in beşinci nesil 77 GHz teknolojisine sahiptir. NXP'nin bir WLCSP'deki tek çipli MMIC 3Tx4Rx'inden ve 32 bit MCU'dan oluşur. Bir kart hesaplama kontrolü için, diğeri ise algılama için kullanılır.
Şekil 4: Continental'in ön destek radar sistemi. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
Golf 8'e benzer şekilde Hella RS4'te de kör nokta izleme, şerit değiştirme asistanı ve arka çapraz trafik uyarısı bulunuyor. Anakart, Infineon'un TC26x TriCore MCU'sundan ve STMicroelectronics'in STRADA431 MMIC'sinden oluşuyor. STRADA431, ISM bant uygulamalarıyla uyumlu olması amacıyla 24 ila 24.25 GHz frekans bandını kapsayan, otomotiv radarına yönelik tek çipli bir alıcı-vericidir.
Elektrifikasyon sistemleri
Bir EV'nin güç aktarma sistemi, yerleşik şarj cihazından aküye ve yönetim sistemine kadar çeşitli çözümleri içerir. Günümüzün bataryası genel maliyeti artırıyor ve bu esas olarak hücre başına maliyet ve mekanik koruma kasası tarafından belirleniyor.
ID.3'ün elektrik sistemlerinin dört ana parçası, Bosch'un DC/DC dönüştürücüsü, Huber Automotive'in akü yönetim sistemi (BMS), Valeo-Siemens'in invertörü ve Kostal'ın yerleşik şarj cihazıdır (Şekil 5). ID.3, arka aksın hemen önüne monte edilmiş bir motorla ve tek vitesli şanzımanla donatılmıştır ve APP 310 fırçasız sabit mıknatıslı elektrik motorunu kullanır. "APP" kısaltması, motor ve şanzımanın akslara paralel düzenlendiği anlamına gelirken sayı, 310 Nm üretebilen maksimum torku temsil eder. Bu sayı ivme hakkında fikir verir.
Şekil 5: Ana elektrifikasyon sistemleri. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
ID.3'ün kalbinde pil yer alıyor. Üç pil boyutu mevcuttur: 45 kWh (330 km'ye kadar menzille), 58 kWh (420 km'ye kadar menzille) ve en büyüğü, 77 km menzille 550 kWh. İkincisi, her biri 12 lityum iyon hücresinden oluşan 24 modüle sahiptir. 408 V'ta çalışır ve 125 kW'a kadar doğru akımla da şarj edilebilir.
Pil, optimum sıcaklık yönetimi için özel bir sıvı soğutma sistemine sahiptir ve içindeki bileşenlerin bütünlüğünü korumak için entegre şok emici çerçeveye sahip bir alüminyum kasaya yerleştirilmiştir.
İnvertör, şekilde gösterildiği gibi Şekil 6, Valeo Siemens tarafından tasarlanmıştır ve Infineon'un teknolojisini kullanır IGBT ve Intel'in CPLD'si ile MCU teknolojileri. Infineon'un IGBT'si FS820R08A6P2B'dir (820 A/750 V): 150 kW'lık invertörler için optimize edilmiş altılı paket modül. Güç modülü, otomotiv mikro desenli hendek-alan durdurma hücresi tasarımı olan EDT2 IGBT çip neslini uygular. Yonga seti, kısa devre ile birlikte referans akım yoğunluğuna sahiptir.devre sağlamlık ve artan engelleme Voltaj zorlu çevre koşullarında güvenilir invertör çalışması için.
Şekil 6: İnvertörün sökülmesi. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
İnvertör üç aşamadan oluşur. Birincisi, akü grubundan bir DC voltajı çıkaran ve çeşitli kapasitörlerden ve EMI filtrelerinden oluşan giriş aşamasıdır. İkinci aşama, DC bağlantısı kullanılarak DC/DC dönüşümüdür. kondansatörDC bara raylarındaki DC voltajını filtreleyen ve düzelten. Son aşama, yüksek frekanslı anahtarlama yoluyla dönüşümü başlatır ve ters çevrilmiş gücü yüke (elektrik motoru) iletir.
DC bağlantısı, IGBT aşamaları tarafından üretilen bir "dalgalanma" ile sonuçlanan anlık dalgalanan gücü dengelemelidir. Çözümde alüminyum elektrolitik, film ve seramik gibi farklı kapasitör teknolojileri kullanılabilir. DC bağlantı düğümlerindeki dalgalanmalar performansı etkiler çünkü her kapasitörün belirli bir empedansı (ve kendi kendine indüktansı) vardır. Fraux'un belirttiği gibi bu invertörün maliyeti, esas olarak elektronik bileşenler nedeniyle yaklaşık 335 dolardır. Infineon'un IGBT'leri ve MCU'ları toplam invertör maliyetinin yaklaşık %30'unu oluşturur. (Şekil 7).
Şekil 7: İnvertörün blok şeması. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
Yerleşik şarj cihazı, 480 × 313 × 102 mm boyutlarında ve 10.48 kg ağırlığında Kostal tarafından Çin'de üretilmektedir (Şekil 8). Donanım seçimi Renesas'ın MCU'suna ve Infineon'un IGBT/'sine yönelikti.mosfetblok şemasında gösterildiği gibi Şekil 9.
Şekil 8: Yerleşik şarj cihazının sökülmesi. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
Şekil 9: Yerleşik şarj cihazının blok şeması. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
EV'lere monte edilen pil paketleri, hem seri hem de paralel olarak bağlanan birkaç hücre modülünden oluşur. Hücre modüllerinin yönetimi için ihtiyaç duyulan elektronik devreye akü yönetim sistemi adı verilmektedir. Bir BMS, bir veya daha fazla güç dönüştürme aşamasını ve güç alt sistemiyle ilgili tüm hususları ele almak için MCU tabanlı bir gömülü sistemi içerir. Bir EV aküsünün şarj edilmesi veya boşaltılması işlemi sırasında, akü paketine ait her bir hücrenin durumunun izlenmesi zorunludur. ID.3'ün BMS'si, şekilde gösterildiği gibi, STMicroelectronics ve NXP çözümlerine sahip dört yardımcı birim ve bir ana birimden oluşur. Şekil 10.
Şekil 10: NXP, BMS'nin ana sağlayıcısıdır. Büyütmek için yukarıdaki resme tıklayın (Kaynak: System Plus Consulting)
BMS, lityum pil dizisinin tamamını (tek hücreler veya tüm pil paketleri) yöneterek güvenli bir çalışma alanı belirler; yani pil paketinin en iyi teknik ve enerji performansını garanti ettiği alan. BMS, pratikte, araçtaki yüksek voltajın yönetimi ve elektrik yükünün dengelenmesi için tüm teşhis ve güvenlik fonksiyonlarının tam kontrolüne yönelik bir elektronik sistemdir.
EV'lerin giderek daha fazla benimsenmesiyle birlikte, EV'ler onlarca veya yüzlerce hücre tarafından çalıştırıldığından BMS sektörü üzerindeki etkisi önemli olacaktır. Herhangi bir yanlış yönetim, büyük elektrik sorunlarına neden olabilir. BMS, elektrikli otomobilin performansını optimize eder ve akü paketinin güvenliğini sağlar.
Orijinal makale kardeş yayın EE Times'da yayınlandı.
"Efendi/köle" terimine alternatif terminoloji için çok ama çok sayıda öneri var, bunların hiçbiri üzerinde geniş çapta mutabakata varılmadı. Endüstri terminolojisini belirlemek için genellikle IEEE'ye güvenilir; organizasyon bunu yapma sürecindedir. Şimdilik, yeni bir standart veya ortaya çıkan fikir birliğine bağlı olarak EE Times standart terminolojiyi kullanmaya devam ediyor. Okumak: IEEE'nin 'Master / Slave'i Kullanımdan Kaldırma Zamanı Geldi