引擎蓋下：ID.3 和大眾的電氣化平臺(tái)

ID.3 EV 標(biāo)志著大眾汽車成為大眾可負(fù)擔(dān)的全電動(dòng) ID 系列中的第一款車型的里程碑。

大眾 (VW) ID.3 掀背車于 2019 年推出，被認(rèn)為是歐洲最暢銷的電動(dòng)汽車 (EV) 之一，并在 EV 市場(chǎng)開(kāi)啟了一個(gè)有趣的篇章，將會(huì)看到更多車型的推出到 2030 年推出的車型。ID.3 是大眾在“ID”中推出的首款全電動(dòng)汽車。家庭，代表著“人人共享電動(dòng)汽車的新時(shí)代”。

ID.3 突顯了這家德國(guó)公司在其品牌中從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向電池電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)變，同時(shí)加強(qiáng)了其制造平臺(tái)戰(zhàn)略。身份證。類車輛是大眾汽車?yán)^非常成功和標(biāo)志性的甲殼蟲(chóng)和高爾夫之后的第三個(gè)主要篇章。當(dāng)然，發(fā)展的基礎(chǔ)是需要遵守全球排放法規(guī)。

幾年前，大眾汽車集團(tuán)轉(zhuǎn)向模塊化平臺(tái)戰(zhàn)略，使公司能夠跨品牌和車型共享模塊和系統(tǒng)。最新的產(chǎn)品之一是 2012 年推出的 MBQ 靈活模塊化平臺(tái)，旨在在各個(gè)品牌之間共享盡可能多的組件，同時(shí)仍為定制和與各種發(fā)動(dòng)機(jī)類型的兼容性留出充足的空間。由于可以改變軸距（前后輪之間的距離）和平臺(tái)寬度，它還可以適應(yīng)不同車型的尺寸。該平臺(tái)系統(tǒng)針對(duì)橫向、前置發(fā)動(dòng)機(jī)和前輪驅(qū)動(dòng)車輛。

這種制造理念已經(jīng)轉(zhuǎn)移到使用新的 MEB（模塊化電驅(qū)動(dòng)矩陣）平臺(tái)生產(chǎn)全電動(dòng)汽車，符合電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)要求。一些基于 MEB 平臺(tái)的首批電動(dòng)汽車包括面向歐洲市場(chǎng)的 ID.3 和將在美國(guó)和亞洲銷售的 ID.4 跨界車。

圖 1：大眾汽車的 MEB 和 MBQ 平臺(tái)。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

MEB 平臺(tái)是專為電動(dòng)汽車創(chuàng)建的可擴(kuò)展架構(gòu)，將支持其他大眾集團(tuán)品牌的所有電動(dòng)汽車車型。它也已獲得福特使用許可。這項(xiàng)最近確認(rèn)的協(xié)議對(duì)于幫助大眾收回其巨大的開(kāi)發(fā)成本至關(guān)重要，并將使其通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)保持低價(jià)。

影響電動(dòng)汽車采用的關(guān)鍵因素之一是成本。消費(fèi)者不想支付額外的價(jià)格。大眾平臺(tái)戰(zhàn)略中的共享設(shè)計(jì)元素提供了關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，包括購(gòu)買力和更快的開(kāi)發(fā)，從而降低了成本，同時(shí)提供了一套豐富的技術(shù)解決方案，所有這些都是推動(dòng)電動(dòng)汽車采用所需的。

在接受《電力電子新聞》采訪時(shí)，System Plus Consulting首席執(zhí)行官羅曼·弗勞克斯（Romain Fraux）討論了緊湊經(jīng)濟(jì)的ID.3電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵硬件創(chuàng)新?；谀K化創(chuàng)新的優(yōu)勢(shì)，大眾汽車集團(tuán)已經(jīng)從共享同一基礎(chǔ)的不同品牌創(chuàng)建了多個(gè)模型。

Fraux表示：“從大眾高爾夫（Volkswagen Golf）到SEAT Leon，再到奧迪A3 Sportback和?KODA Octavia等，MBQ平臺(tái)是其與眾不同的地方，現(xiàn)在，這一建設(shè)理念已經(jīng)轉(zhuǎn)移到條頓集團(tuán)使用新MEB平臺(tái)生產(chǎn)電動(dòng)汽車，尤其是ID.3和ID.4版本的電動(dòng)汽車?！??！斑@是一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)，它是一個(gè)商業(yè)挑戰(zhàn)，利用一種旨在降低成本和創(chuàng)造始終是最新的產(chǎn)品的技術(shù)，”他補(bǔ)充說(shuō)。

Fraux說(shuō)：“模塊化平臺(tái)的最大好處是允許對(duì)某些部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以便它們可以用于所有可能的型號(hào)變體。”?！拔覀冇懻摰氖墙Y(jié)構(gòu)部件、支撐元件，以及構(gòu)成實(shí)際地板的模塊，尤其是機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、變速箱和設(shè)備?！?/p>

MEB 平臺(tái)為車身和內(nèi)部設(shè)計(jì)提供了靈活性，這些設(shè)計(jì)對(duì)車輛的類別和風(fēng)格特征（例如軸距）具有決定性意義。它還提供了一個(gè)可擴(kuò)展的電池系統(tǒng)，為電池布局提供了各種可能性。電池組可以有 5 × 2-cell 或 6 × 2-cell 結(jié)構(gòu)；并非每個(gè)電池都必須包含電池模塊。

Fraux 研究了 ID.3 中的兩個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，這是在 MEB 平臺(tái)上構(gòu)建的第一個(gè)模型：高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 和電氣化，如圖 2所示。

“對(duì)于 ADAS，我們使用法雷奧的上一代攝像頭和大陸集團(tuán)的中短程雷達(dá)分析了前部輔助系統(tǒng)，”他說(shuō)?！扒跋蚺鲎簿嫦到y(tǒng)[包含在前向輔助系統(tǒng)中]可以幫助監(jiān)控交通狀況，并可以在聲音和視覺(jué)上提醒您與前方行駛的車輛可能發(fā)生的追尾碰撞。對(duì)于 ADAS，有用于盲點(diǎn)監(jiān)控、車道變換輔助和后方交叉路口警報(bào)的 Hella RS4?！?/p>

“對(duì)于電氣化，我們分析了逆變器、車載充電器和電池管理系統(tǒng) [BMS]，”他補(bǔ)充道。

圖 2：分析的主要 ADAS 和電氣化系統(tǒng)。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

ADAS 解決方案

ID.3 配備了廣泛的駕駛員輔助系統(tǒng)。ID.3 被認(rèn)為是 2 級(jí) ADAS，利用相同的供應(yīng)商，在大多數(shù)情況下，使用與 Golf 8 相同的組件，之前由 System Plus Consulting評(píng)估，建立在 MBQ 平臺(tái)上。

Fraux 說(shuō)，攝像頭系統(tǒng)沒(méi)有任何意外?！拔覀兛梢钥吹娇ㄆ脑O(shè)計(jì)略有不同，但組件的選擇是相似的。”

前方碰撞警告（包括在前方輔助系統(tǒng)中）系統(tǒng)可以幫助監(jiān)控交通情況，并在聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)上提醒駕駛員注意與前方行駛的車輛可能發(fā)生的追尾碰撞。如果它感知到即將發(fā)生碰撞，自動(dòng)緊急制動(dòng)（包括在前輔助系統(tǒng)中）可以通過(guò)增加制動(dòng)壓力來(lái)支持駕駛員，或者，如果駕駛員根本沒(méi)有反應(yīng)，它可以自動(dòng)施加制動(dòng)。

行人監(jiān)控（包括在前方輔助系統(tǒng)中）功能可以警告行人在車輛前方橫穿，并且在某些情況下，如果駕駛員沒(méi)有響應(yīng)警告，可以自動(dòng)制動(dòng)以幫助減輕與行人發(fā)生碰撞的后果

使用與 Golf 8 相同的攝像頭，前置攝像頭輔助系統(tǒng)包括 Valeo 最新一代前置攝像頭板和 Intel/Mobileye EyeQ4M、Omnivision 的 OV10642 CIS 1.3 兆像素 (MP) 傳感器和 Renesas 的 RH850/P1H-C 系列 32 位微控制器 (MCU) ）。

1.3-MP 傳感器支持 1280 × 1080 像素的有源陣列和高達(dá)每秒 60 幀的 RAW 圖像輸出。RH850/P1H-C 系列具有 32 位雙核 CPU、安全技術(shù)、代碼閃存、數(shù)據(jù)閃存、RAM 模塊、DMA 控制器、許多用于汽車應(yīng)用的通信接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器單元、等等

圖 3：法雷奧的前置攝像頭板。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

前置雷達(dá)采用大陸第五代 77-GHz 技術(shù)，采用兩板設(shè)計(jì)。它由 NXP 在 WLCSP 中的單芯片 MMIC 3Tx4Rx 和 32 位 MCU 組成。一塊板用于計(jì)算控制，另一塊板用于傳感。

圖 4：大陸集團(tuán)的前置輔助雷達(dá)系統(tǒng)。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

與 Golf 8 類似，Hella RS4 具有盲點(diǎn)監(jiān)控、變道輔助和后方交叉路口警報(bào)。該板由英飛凌的 TC26x Tricore MCU 和意法半導(dǎo)體的 STRADA431 MMIC 組成。STRADA431 是一款用于汽車?yán)走_(dá)的單芯片收發(fā)器，能夠覆蓋 24 至 24.25 GHz 的頻段，以符合 ISM 頻段應(yīng)用。

電氣化系統(tǒng)

電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成系統(tǒng)涉及多種解決方案，從車載充電器到電池及其管理系統(tǒng)。今天的電池驅(qū)動(dòng)了整體成本，這主要取決于每個(gè)電池的成本及其機(jī)械保護(hù)外殼。

ID.3 電氣系統(tǒng)的四個(gè)主要部分是博世的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、Huber Automotive 的電池管理系統(tǒng) (BMS)、Valeo-Siemens 的逆變器和 Kostal 的車載充電器（圖 5） . ID.3 配備了一個(gè)安裝在后橋前面的電機(jī)和一個(gè)單速變速器，并使用 APP 310 無(wú)刷永磁電機(jī)。縮寫“APP”表示電機(jī)和變速器平行于車橋布置，數(shù)字代表最大扭矩，可產(chǎn)生310牛·米。這個(gè)數(shù)字給出了加速度的概念。

圖 5：主要電氣化系統(tǒng)。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

ID.3 的核心是電池。三種電池尺寸可供選擇：45 kWh（續(xù)航里程高達(dá) 330 公里）、58 kWh（續(xù)航里程高達(dá) 420 公里）和最大的 77 kWh 續(xù)航里程 550 公里。后者有12個(gè)模塊，每個(gè)模塊由24個(gè)鋰離子電池組成。它的工作電壓為 408 V，也可以使用高達(dá) 125 kW 的直流電進(jìn)行充電。

電池具有專用的液體冷卻系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)最佳溫度管理，并安裝在鋁制外殼中，該外殼還具有集成的減震框架，以保持內(nèi)部組件的完整性。

如圖 6所示，逆變器由法雷奧西門子設(shè)計(jì)，采用英飛凌的 IGBT 和 MCU 技術(shù)以及英特爾的 CPLD。英飛凌的 IGBT 是 FS820R08A6P2B (820 A/750 V)：針對(duì) 150 kW 逆變器優(yōu)化的六組模塊。電源模塊實(shí)現(xiàn)了EDT2 IGBT芯片代，這是一種汽車微圖案溝槽場(chǎng)終止單元設(shè)計(jì)。該芯片組具有基準(zhǔn)電流密度、短路耐用性和更高的阻斷電壓，可在惡劣的環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)可靠的逆變器運(yùn)行。

圖 6：逆變器拆卸。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

逆變器由三個(gè)階段組成。第一個(gè)是輸入級(jí)，從電池組輸出直流電壓，由多個(gè)電容器和 EMI 濾波器組成。第二階段是使用直流母線電容器的 DC/DC 轉(zhuǎn)換，它過(guò)濾和平滑直流母線中的直流電壓。最后一級(jí)通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，并將逆變電源提供給負(fù)載（電動(dòng)機(jī)）。

直流鏈路必須平衡由 IGBT 級(jí)產(chǎn)生的“紋波”導(dǎo)致的波動(dòng)瞬時(shí)功率。解決方案可以使用不同的電容器技術(shù)，例如鋁電解、薄膜和陶瓷。直流鏈路節(jié)點(diǎn)處的紋波會(huì)影響性能，因?yàn)槊總€(gè)電容器都有一定的阻抗（和自感）。正如 Fraux 指出的那樣，這種逆變器的成本約為 335 美元，主要是由于電子元件。英飛凌的 IGBT 和 MCU 占逆變器總成本的近 30%。（圖 7）。

圖 7：逆變器框圖。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

車載充電器由中國(guó)科世達(dá)制造，尺寸為480×313×102毫米，重量為10.48公斤（圖8）。硬件選擇主要針對(duì)瑞薩的 MCU 和英飛凌的 IGBT/MOSFET，如圖 9中的框圖所示。

圖 8：車載充電器拆卸。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

圖 9：車載充電器框圖。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

安裝在電動(dòng)汽車上的電池組由多個(gè)串聯(lián)和并聯(lián)連接的電池模塊組成。電池模塊管理所需的電子電路是電池管理系統(tǒng)。BMS 包括一個(gè)或多個(gè)電源轉(zhuǎn)換級(jí)和一個(gè)基于 MCU 的嵌入式系統(tǒng)，用于處理與電源子系統(tǒng)相關(guān)的所有方面。在電動(dòng)汽車電池充電或放電過(guò)程中，必須監(jiān)控屬于電池組的每個(gè)電池的狀態(tài)。ID.3 的 BMS 由四個(gè)從機(jī)和一個(gè)主機(jī)組成，采用 STMicroelectronics 和 NXP 的解決方案，如圖 9所示。

圖 10：NXP 是 BMS 的主要供應(yīng)商。點(diǎn)擊上圖放大（來(lái)源：System Plus Consulting）

BMS 管理整個(gè)鋰電池陣列（單節(jié)電池或整個(gè)電池組），確定安全工作區(qū)域，即電池組保證最佳技術(shù)和能源性能的區(qū)域。實(shí)際上，BMS 是一個(gè)電子系統(tǒng)，用于完全控制所有診斷和安全功能，以管理車輛上的高壓和平衡電荷。

隨著電動(dòng)汽車的日益普及，對(duì) BMS 行業(yè)的影響將是巨大的，因?yàn)殡妱?dòng)汽車由數(shù)十或數(shù)百個(gè)電池供電。任何管理不善都可能引發(fā)巨大的電氣問(wèn)題。BMS優(yōu)化了電動(dòng)汽車的性能并確保了電池組的安全。

審核編輯 黃昊宇