揭开雪佛兰Volt电动车里电子设计的秘密 - 全文

　　电子发烧友网讯：工程师们进行工作不只是个挑战和学习经历，有时也会也会是纯粹的兴趣。这是UBM TechInsights的产品市场经理John Scott-Thomas与Munro&Associate高级经理和Design Prophet的Al Steier在过去的一月里将混合动力车Chevy Volt拆掉以观察是什么引起呼呼和嗡嗡的声音，同时也了解车的工艺是怎样组合在一起的出发点。

　　以下是他们三天内创造性地拆掉VOLT所得到的一些理解。

　　能源的根源：电池组

　　VOLT的锂电池是由排列成T字的四组模块组成，这样就可以将其合适的安放在后座椅的下面和前座椅中间槽这个位置。母线连接这四个模块，同时也有一个紧急断电开关线去保证电池组的安全。

　　共有288个独立单元构成这个完整的电池组，John Scott-Thomas认为这个电池组实际上分割为塑料包装的“切片”或“刀片”，他们都是由分开的两个单元和一个带有五通道冷却剂的散热片组成。从电气学来讲，三个单元的群组是并联的，这些群组中的96%是串联连接的。因此这288个单元产生360V电压，可以提供16KWH的容量。为了延长电池寿命，这些电池决不能充满或者用光，因此只有中间状态的9.6KWH的电能石处于被使用的状态。

　　Scott-Thomas声称LG Chem制造的这个电池是利用锂、锰、尖晶石等的化学反应，同时添加GM许可的来自美国阿贡国家实验室的电池钴化学应用，因此一个镍、锰、钴电池的转变即将发生。

　　VOLT的电池中的循环冷却液是四组中的一组，每一组有独立的控制器和散热器模块！其他三组循环则是为内部的内燃机、电动机/发电机逆变器和插入充电器的电源装换器的冷却服务的。

　　Al Steier说当这电池的温度比较低（低于最佳的操作温度）的时候，这些液体将会被用来加热电池到期操作状态，然后又会用来冷却保证其不超过额定温度。就算汽车没有在行走，控制电路也会激活冷却系统以避免电池在极热天气下变得太热和在极寒天气下变得太冷。因此在泊车的时候要保持充电，避免在以上情况下的电量消耗。

　　Scott-Thomas补充说这个电池组冷却系统用软管夹连接到一起，这就意味着这辆车是一个有限的汽车产品，因为更高的产品量允许使用黄铜接口。他同时声称螺栓把这些电池组钳在一起，每一个有三个检查员的图标，这表示这配件经过仔细检查以确保其质量和性能，这是对得起它的价格的。

　　电池电子：控制和监控

　　如相关的拆卸图片显示，这个复杂的VOLT电池组有着相当精密的控制和监控，这也是整部车的特点。John Scott Thomas注意到这辆车40%的价值在于其电子设备，板上有将近100个MCU是其最有代表性的表现。为了控制这些电子配套设备，需要大约1000万行代码，比波音787梦幻客机的800行还要多。

　　Scott-Thomas认为，从电池组本身看来，拥有一个相当长的电池寿命是一个关键所在。为了这个目的，电池组温度通常被规定在2摄氏度以内，同时这些单元的充电在各单元间是平衡的，这样的话可以保证其在同样的使用频率下具有相当的寿命。在声场各个单元的时候的差异是影响单元寿命的另一个参考，控制软件会将其纳入考虑范围。

　　例如，在充电过程中，每个单元都会被监控的。为了确保每个单元具有相同的最大电压，如果其中的一个在早些时候达到了容量，一个电阻并联会被接通去保证这个单元过度充电，而不会影响其他单元充满电。

　　Scott-Thomas认为：“控制和软件的水平很难鉴别。电池组电压和温度检测每秒有500诊断数据。就算车在不工作情况下控制也会被激活。

　　电池的外围和监控模块被安装在电池组的前部上方。这个部件有四个检测电路板，每一个为一个电池组服务，橙色的代表高压，同时飞思卡尔和LG化学与意法半导体的芯片占了板上元件的大部分。AI Steier再次强调，在生产过程的通过不同检测热源在适当时候的检查可以保证其质量。

　　John Scott-Thomas认为去保证电池电子设备的正确时很艰难的，因为这个系统必须去检测在毫伏特的单元电压。然而每个单元的电压却在最低到几百伏特间浮动，这就需要去注意板的布局，跟踪设计，适当的接地（不同电压情况下的虚拟接地）和电压隔离的技巧。Scott-Thomas同样注意到安全和质量检测，将其增加到汽车设计是一个过程中的工作，带有灵活性和模块性，这使车辆里的新单元、电池组，电子设备和控制的引进变得更容易。

　　最后，整个拆装团队发现VOLT中一个意想不到的电池相关模组，除了在驾驶部位下面的标准的OBDI诊断端口，在副驾驶座下面发现一个密封的模组。这被证实是用来储存电池盒混合动力操作诊断的代码，同时它也预留一个适当的电缆让工程师接入。



充电系统和“大脑中枢”的秘密#e#

　　充电系统和“大脑中枢”

　　电池供电：电压充电系统

　　除了再生制动，能源是通过一个经电力认证的110V的充电器或者可选择220V充电器连接电网充进电池。

　　110家庭充电器是Lear公司制造的，它是一个很简单的元器件，但它的电力电子设备和软件是非常复杂，因此如果电路没有充电，是绝不能充电的。充电继电器和监控电子设备板与电池组和监控系统连接。如上所述，为了实现电源转换，板上模组将AC转为DC去为有独立冷却循环的电池充电。

　　充电器使用时是被插进一个位于左前门挡板后面标准插口。John Scott-Thomas声称拆掉这个外围部分去展示GM对设计细节的重视。为了保护和稳定在高震动环境下的高电压元器件，它们都是被固定和用泡沫隔离的。

　　Al Steier发现了充电器配置中的一个令人费解的特性。虽然充电器插口是在左侧挡板，然而其连接的充电模组却在右大灯的下面。同样的是内燃机控制器在左边，而引擎却在右边。相对于将这些元器件翻转安装，这种安排明显加大了排线量。
 

VOLT的大脑e#

　　VOLT的“大脑”

　　看起来像内燃机变速箱的电动机/发电机机座上是一个液体冷却逆变器模块，它传输电源提供给牵引电机。为了安全，通向这个模块的橙色高压电缆与继电器是断开的。Steier同时声称覆盖的模块也是一个断开的安全回路。位于里面的则是Scott-Thomas声称的整辆车最接近的？“大脑中枢”。

　　当前在日立的板上安装了四个飞思卡尔的32位MCU Qorivva。这四个控制器的其中一个可以看做是一个主导控制，控制着包括汽车和车轮速度的输入、加速（油门）、刹车和电池状态，然后就设置为最有效率的工作状态。

　　这个主控制器（如下图所示）是这四个MCU中最大的一个，其带有3MB的闪存，控制着整个模块一般的区域。这个控制器同时将电动机限制在低自转速率以获得更高的效率。最令John Scott-Thomas震惊的就是其巨大基板面的可利用率。他认为这个大范围的布局在未来通过改变或者添加电路图可以更轻易的修改。

　　另外三个飞思卡尔MCU是用来控制牵引电机、柴油内燃机和离合器齿轮箱套装的，那个套装在有需要的情况下可以由内燃机驱动。

　　其他电子配件和拆车故事

　　如果没有被连接到混合动力驱动系统，VOLT的其他电子设备就是一般的设备。一个气冷的DC-DC转换器代替交流发电机去提供12V的标准汽车系统，去控制车门、大灯、导航、音频和给12V辅助电池充电。

　　拆掉通信模块，拆开车辆中控面板。John Scott-Thomas强调了这些娱乐信息板的稀少，板上面也没有占大空间的东西。处理这些系统也并不需要很强悍的处理能力，因此有很多功能是集合到一块芯片上面。在前面板的电阻式触控开关之间有足够的空间，这样可以避免触发错误的功能。

　　结论：

　　就如拆卸过程中展示一样，VOLT是一个高质量和超细致的设计，同样允许升级和改进。如果消费者有了一定的经验，会对这个混合平台在来年的新发展有非常大的兴趣。

　　附加1：拆解汽车要注意的一些事项：

　　Munro & Associates的AI Steier说道，在其开始拆解这个汽车之前，他尽可能的阅读了他能得到的关于这部车的信息。对混合动力车和电力车来说，一个最基本的步骤是去找到断开服务的位置，然后安全地移开高压设备，保证其安全。

　　拆卸前后的元器件都拍下了很多角度的照片做记录，将其作为了解其材料和生产流程重要的一部分。元器件及其制造者都是将其定义在线路板的水平。如果不能从元器件的说明书看到其参数，那么去掉了IC和ASIC就可以看到其内存容量。

　　附加2：电池不会被耗尽

　　AI Sreier认为经销商将VOLT交付给要拆卸的人和雪佛兰经销商交付其他车给别人是一样的。同样装满了汽油。拆解团队在拆车之前把锂电池系统的电放掉。但汽车的软件启动内燃机避免电池被完全耗完。

　　因此必须先放干汽油然后拆卸大灯和无线这些系统，这个可以耗尽从高压系统再充电的12V电池的电量。但软件系统是不允许电池完全放完电量的，会保留能让车行驶大概35英里的电量。

　　最后请来一个专门从事电动车的公司透过终端应用一个功率电阻器耗尽所有的电量。

　　附加3：VOLT和Pirus的差异

　　在2007年我们曾经拆过一个丰田PIRUS，以下是两者的相同点和像一点，AI Steier找到它们并记录下来。五年前，PIRUS并没有插入再充电能力。

　　1） 因为有一个插座，因此VOLT有一个专为充电服务的额外的AC-DC模块。

　　2） VOLT的电池是锂电池，而PIRUS的是镍氢电池。

　　3） 由于其混合动力安排，VOLT用水冷控制温度，而PIRUS则用气冷。

　　4） 在电子元器件供应方面，VOLT有更多种多样的供应商，设计到很多公司及其技术支持。PIRUS则主要用丰田的技术。

　　5） 两辆车接线盒断线间的高压安全性能也做了比较。