ID.3和大众的电动化平台部分拆解分析

汽车电子与软件 2021-10-06 21:07

2019年推出的大众ID.3是欧洲最畅销的电动车之一,并为电动车市场开启了一个有趣的篇章。ID.3是大众在ID系列中推出的第一款纯电动车,具有代表性意义。

ID.3是大众从燃油车过渡到电动车的转折点,同时加强了其制造平台战略。ID系列被称为大众的第三大篇章,接续着标志性的甲壳虫和高尔夫之后。当然,支撑这一发展的是全球排放法规的需求。

几年前,大众转向了模块化平台战略,最近的是2012年推出的MBQ平台,目的是在各品牌之间共享尽可能多的零部件,同时仍为差异化和兼容各种类型发动机保留充足的空间。由于可以改变轴距和平台宽度,它还可以适应不同尺寸的车型。该平台系统适用的是横向前置发动机和前驱的车辆。

这种制造理念已转移到新的MEB平台生产电动车。在MEB平台上制造的首批电动车包括针对欧洲的ID.3,以及计划在美国和亚洲销售的ID.4。


MEB平台是一个可扩展电动车专用的架构,并将成为大众集团其他品牌所有电动车型的基础。它还被授权给福特使用,这项协议对于帮助大众收回巨大的开发成本至关重要,并将通过规模效益保持低价。

影响电动车普及的关键因素之一是成本。大众平台战略中的共享设计元素提供了关键优势,包括购买力和更快的开发速度,从而降低成本,同时提供丰富的技术解决方案,这些都是推动电动车普及所需的。

System Plus咨询公司的CEO Romain Fraux谈到了ID.3的一些关键硬件创新。

Fraux表示,从大众高尔夫到SEAT Leon,再到奥迪A3 Sportback和斯柯达Octavia等,MQB平台是其与众不同之处。现在,这种架构理念已被大众通过MEB平台转移到电动车。Fraux说,模块化平台的最大好处是允许某些部件标准化,以便它们可用于所有可能的车型。“我们谈论的是结构件、支撑件,还有构成实际底板的模块,最重要的是机械装置、发动机、变速箱、变速器和设备。

MEB平台为车身和内饰设计提供了灵活性,这些设计对车辆的风格特征具有决定性作用,如轴距。它还提供了一个可扩展的电池系统,为电池布局提供了各种可能性。电池包可以有5×2或6×2的结构;不是每个电芯都必须是相的成组结构。

Fraux研究了ID.3的两个关键系统:ADAS和电动化系统。

他说:“对于ADAS,我们分析了由法雷奥的新一代摄像头和大陆的中短程雷达构成的前向辅助系统,前方碰撞预警系统可监测交通情况,并可以从声音和视觉上提醒与前方车辆可能发生的追尾事故。还有海拉RS4用于盲点监测、变道辅助和后方交叉交通预警。

他还补充说:“对于电动化部分,我们分析了逆变器、车载充电器和BMS。


ADAS解决方案

ID.3被认为是L2 ADAS,大多数都是与MBQ平台的高尔夫8相同的组件。

Fraux说:“在摄像头系统方面没有任何惊喜。我们可以看到,设计有一点点不同,但组件的选择是相似的。”

前方碰撞预警系统可以帮助监测交通情况,并从声音和视觉上提醒司机与前方车辆可能发生的追尾事故。如果它感觉到马上要发生碰撞,AEB可以通过增加制动压力来支持司机,或者,如果司机根本没有反应,则会进行自动紧急制动。

行人监测功能可以对前方横穿马路的行人进行预警,并且在某些情况下,如果司机没有对警告做出反应,可以自动刹车,帮助减轻与行人相撞的事故。

前向摄像头辅助系统使用与高尔夫8相同的摄像头,采用了法雷奥最新一代前向摄像头,由Mobileye EyeQ4M、OV的OV10642 CIS 130MP传感器以及瑞萨的RH850/P1H-C系列32位MCU组成。

130MP的传感器支持1280×1080像素的有源阵列和60fps的原始图像输出。RH850/P1H-C系列具有32位与双核CPU、安全技术、代码闪存、数据闪存、RAM模块、DMA控制器、许多用于汽车应用的通信接口、A/D转换器、记时器单元等。


前向雷达采用大陆第五代77GHz的双板设计,由恩智浦的WLCSP单片MMIC 3Tx4Rx和32位MCU组成。一块板用于计算控制,另一块板用于传感。


与高尔夫8类似,海拉RS4具有盲点监测、变道辅助和后方交叉交通预警功能。该电路板由英飞凌的TC26x TriCore MCU和ST的STRADA431 MMIC组成。STRADA431是用于汽车雷达的单片收发器,覆盖24-24.25GHz频段,以符合ISM频段应用。

电动化系统
电动车的动力总成系统涉及多个解决方案,从车载充电器到电池及其管理系统。目前电池在驱动着整体成本,主要是由每个电芯的成本和其机械保护壳决定的。

ID.3电气系统的四个主要部分是博世的DC/DC、Huber的BMS、法雷奥-西门子的逆变器和Kostal的车载充电器。ID.3的电机和单速变速器在后桥正前方,并采用了APP 310无刷永磁电机。“APP”的缩写意味着电机和变速器与车轴平行布置,而数字代表最大扭矩310Nm。这个数字表示加速度的概念。


ID.3的核心是电池。有三种规格的可供选择:45kWh(续航330km),58kWh(续航420km),以及最大的77kWh(续航550km)。后者有12个模组,每个模组由24个电芯组成。工作电压为408V,可进行直流快充,最高可支持125kW。

电池系统有液冷系统,安装在一个铝制外壳中,该外壳也有一个集成的减震支撑,以保持内部组件的完整性。

如下图所示,逆变器由法雷奥-西门子设计,采用英飞凌的IGBT和MCU,还有英特尔的CPLD。英飞凌的IGBT是FS820R08A6P2B(820A/750V),为150kW逆变器优化的六组模块。该功率模块实现了EDT2 IGBT芯片,这是一种汽车微图案trench-field-stop单元设计。该芯片组具有基准电流密度,结合短路保护和增加的阻断电压,可让逆变器在恶劣的环境条件下可靠运行。


逆变器由三阶组成。第一个是输入,从电池包输出直流电压,由几个电容器和EMI滤波器组成。第二阶是使用直流链路电容的DC/DC转换,它过滤并平滑直流母线轨道中的直流电压。最后通过高频开关启动转换,将反向电力输送给电机。

直流链路必须平衡由IGBT产生的波动瞬时功率。可以使用不同的电容器技术,如铝电解、薄膜和陶瓷。由于每个电容器都有一定的阻抗(和自感),直流链路节点上的波纹会影响性能。正如Fraux指出的那样,这种逆变器的成本约为335美元,主要是由于电子元件。英飞凌的IGBT和MCU占了整个逆变器成本的近30%。


车载充电器由中国的Kostal生产,尺寸为480*313*102mm,重量为10.48kg。硬件是瑞萨的MCU和英飞凌的IGBT/MOSFET,如下图所示。



电池包是由几个串联和并联的电池模组构成。BMS包括一个或多个电源转换级和一个基于MCU的嵌入式系统,用于处理与电源子系统有关的所有方面。在电动车充电或放电过程中,必须监测到每个电池的状态。ID.3的BMS由四个子系统和一个主系统构成,采用ST和恩智浦的解决方案,如下图所示。


BMS管理整个电芯阵列(单体电池或整个电池包),确定一个安全的操作区域,即电池包在其中保证最佳的技术和能源性能。实际上,BMS是一个完全控制所有诊断和安全功能的电子系统,用于管理车辆上的高压和平衡电荷。

随着电动车的普及,对BMS行业的影响是相当大的,因为电动车是由几十或几百个电池驱动的。任何管理不善都可能引发巨大问题。BMS可以优化电动车的性能,并确保电池的安全。



[参考文章]
Under the Hood: the ID.3 and VW’s electrification platform — Maurizio Di Paolo Emilio


from A to B


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