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拆解与发现Chevy Volt车的电子秘密

来源:    作者:    发布时间:2016-11-10 11:47:03    浏览量:

提示

.车上遍布质检章,证明Volt制造时有严格的品控。

.电气布局便于整合新的模块和IC。

.加固性功能(如泡沫与胶带),适应高要求的汽车环境。大量的软件诊断功能,确定汽车的安全与可靠性。

有时候,工程师得到的任务不仅会挑战自己以往的经验,而且纯粹是种娱乐。这就有一个例子:UBM TechInsights的产品营销经理John Scott-Thomas与Munro & Associates的高级经理与“设计先知”Al Steier最近完成了一个拆解Chevy Volt插电式混动型汽车的工插件电感工厂作,查看了这款车的秘密,以及设计人员如何在汽车内整合各种技术。通过对Volt三天的创造性拆卸工作,他们了解了有关该车的很多东西(见附文“汽车解剖分析”)。

电池块

288芯的Volt锂离子电池块,由四个排列成T字形的模块组成,置于后座下以及与前座的“通道”内。四个模块连接到汇流条,电池块触点上连接着一个安全断路器(图1)。

图1: 375磅(170公斤)的锂离子电池块是Volt车的心脏。汽车的系统与软件维持着电池块的健康,以获得更长的使用寿命(感谢Munro & Associates)。
图1: 375磅(170公斤)的锂离子电池块是Volt车的心脏。汽车的系统与软件维持着电池块的健康,以获得更长的使用寿命(感谢Munro & Associates)。

电池块被物理上分成多个包裹塑料壳的薄片,每个片内有两个电池芯。一个携有五通道冷却剂的散热片将两只电池芯分隔开来。电气上,三只电池芯为一组,互相并联,这样的96组再串联,从而使288只电池芯产生360V电压,容量为16 kWhr。为延长电池寿命,电池永远不会满充或完全放电,因此它只使用电池容量“中段”的9.4 kWhr。

LG Chem是电池的生产商,它采用了锂锰尖晶石化学类型,但GM已从美国Argonne国家实验室获得了钴化学电池的许可,这表明它可能在近期转换到镍锰钴电池。电池冷却液电路是Volt四个电路中的一个,每个都有自己的控制器和制冷模块。其它三个冷却循环分别用于内燃引擎,两个电机/发电机转换器,以及电力线插入充电器的电源转换器。

电感厂家电池工作温度低于最佳运行温度时,液体将电池加热到运行状态,然后对其做冷却以避免过热。即使汽车未开动,控制电路也会激活冷却循环,以防止在酷暑下电池过热输出电感器,或寒冷天气下电池过冷。因此,当汽车并未使用时,也要将Volt接在它的外接充电器上,从而避免这些状况下耗尽电池电量。

电池块冷却循环采用的是软管夹连接,这表明该车是限量产生的汽车。大批量的生产会采用硬焊式连接。软管夹与每个电池块上都有三个质检员的印章,表明组装经过了仔细的检查,确保这个8000美元的Volt核心部件的质量与功能。

控制与监控

拆解表明,复杂的Volt电池块同样也有复杂的控制与监控,这也是整部车的特点。Scott-Thomas发现,汽车价值的40%在它的电子部分,特征是几乎有100只车载微控制器。大约1000万行代码用于控制这套电子组件,比波音787 Dreamliner的800万行控制代码还要多。

对于电池块,Scott-Thomas注意到,电池的长寿命是一个重要的目标。为此,制造商将电池块的温度波动调节在2°F之间,并对各个电池芯之间的充电作均衡,从而每个寿命周期都有相同的速率。控制软件还会考虑到制造的差异,以及老化中的其它变量。

例如,控制器会在充电时监控每个电池芯的电压。为确保每个电池芯都有相同的最大充电量,如果某个电池芯先充满,则该电池芯接一个电阻旁路,防止其过充,而其它电池芯继续充电。Scott-Thomas称:“控制与软件的水平难以估量”。汽车的控制器监控着电池块的电压与温度,每秒要做10次500个诊断,哪怕汽车处于停车状态。

电池接口与监控模块均装在电池块的前面。这个单元有四块橙红色监控PCB,表示内有高压,每个PCB用于一个电池块(图2)。占据这些PCB的芯片来自飞思卡尔、LG Chem以及意法半导体公司;LG Chem与意法半导体芯片采用了双极CMOS DMOS(扩散金属氧化物半导体)技术。中压电路板为蓝色,低压PCB为绿色。整个制造过程都有质量检查;每个电池连接器上都有多名质检员的质检章。

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