電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：工程師們進(jìn)行工作不只是個(gè)挑戰(zhàn)和學(xué)習(xí)經(jīng)歷，有時(shí)也會(huì)也會(huì)是純粹的興趣。這是UBM TechInsights的產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理John Scott-Thomas與Munro&Associate高級(jí)經(jīng)理和Design Prophet的Al Steier在過(guò)去的一月里將混合動(dòng)力車Chevy Volt拆掉以觀察是什么引起呼呼和嗡嗡的聲音，同時(shí)也了解車的工藝是怎樣組合在一起的出發(fā)點(diǎn)。

　　以下是他們?nèi)靸?nèi)創(chuàng)造性地拆掉VOLT所得到的一些理解。

　　能源的根源：電池組

　　VOLT的鋰電池是由排列成T字的四組模塊組成，這樣就可以將其合適的安放在后座椅的下面和前座椅中間槽這個(gè)位置。母線連接這四個(gè)模塊，同時(shí)也有一個(gè)緊急斷電開(kāi)關(guān)線去保證電池組的安全。

　　共有288個(gè)獨(dú)立單元構(gòu)成這個(gè)完整的電池組，John Scott-Thomas認(rèn)為這個(gè)電池組實(shí)際上分割為塑料包裝的“切片”或“刀片”，他們都是由分開(kāi)的兩個(gè)單元和一個(gè)帶有五通道冷卻劑的散熱片組成。從電氣學(xué)來(lái)講，三個(gè)單元的群組是并聯(lián)的，這些群組中的96%是串聯(lián)連接的。因此這288個(gè)單元產(chǎn)生360V電壓，可以提供16KWH的容量。為了延長(zhǎng)電池壽命，這些電池決不能充滿或者用光，因此只有中間狀態(tài)的9.6KWH的電能石處于被使用的狀態(tài)。

　　Scott-Thomas聲稱LG Chem制造的這個(gè)電池是利用鋰、錳、尖晶石等的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)添加GM許可的來(lái)自美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的電池鈷化學(xué)應(yīng)用，因此一個(gè)鎳、錳、鈷電池的轉(zhuǎn)變即將發(fā)生。

　　VOLT的電池中的循環(huán)冷卻液是四組中的一組，每一組有獨(dú)立的控制器和散熱器模塊！其他三組循環(huán)則是為內(nèi)部的內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)逆變器和插入充電器的電源裝換器的冷卻服務(wù)的。

　　Al Steier說(shuō)當(dāng)這電池的溫度比較低（低于最佳的操作溫度）的時(shí)候，這些液體將會(huì)被用來(lái)加熱電池到期操作狀態(tài)，然后又會(huì)用來(lái)冷卻保證其不超過(guò)額定溫度。就算汽車沒(méi)有在行走，控制電路也會(huì)激活冷卻系統(tǒng)以避免電池在極熱天氣下變得太熱和在極寒天氣下變得太冷。因此在泊車的時(shí)候要保持充電，避免在以上情況下的電量消耗。

　　Scott-Thomas補(bǔ)充說(shuō)這個(gè)電池組冷卻系統(tǒng)用軟管夾連接到一起，這就意味著這輛車是一個(gè)有限的汽車產(chǎn)品，因?yàn)楦叩漠a(chǎn)品量允許使用黃銅接口。他同時(shí)聲稱螺栓把這些電池組鉗在一起，每一個(gè)有三個(gè)檢查員的圖標(biāo)，這表示這配件經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查以確保其質(zhì)量和性能，這是對(duì)得起它的價(jià)格的。

　　電池電子：控制和監(jiān)控

　　如相關(guān)的拆卸圖片顯示，這個(gè)復(fù)雜的VOLT電池組有著相當(dāng)精密的控制和監(jiān)控，這也是整部車的特點(diǎn)。John Scott Thomas注意到這輛車40%的價(jià)值在于其電子設(shè)備，板上有將近100個(gè)MCU是其最有代表性的表現(xiàn)。為了控制這些電子配套設(shè)備，需要大約1000萬(wàn)行代碼，比波音787夢(mèng)幻客機(jī)的800行還要多。

　　Scott-Thomas認(rèn)為，從電池組本身看來(lái)，擁有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的電池壽命是一個(gè)關(guān)鍵所在。為了這個(gè)目的，電池組溫度通常被規(guī)定在2攝氏度以內(nèi)，同時(shí)這些單元的充電在各單元間是平衡的，這樣的話可以保證其在同樣的使用頻率下具有相當(dāng)?shù)膲勖?。在聲?chǎng)各個(gè)單元的時(shí)候的差異是影響單元壽命的另一個(gè)參考，控制軟件會(huì)將其納入考慮范圍。

　　例如，在充電過(guò)程中，每個(gè)單元都會(huì)被監(jiān)控的。為了確保每個(gè)單元具有相同的最大電壓，如果其中的一個(gè)在早些時(shí)候達(dá)到了容量，一個(gè)電阻并聯(lián)會(huì)被接通去保證這個(gè)單元過(guò)度充電，而不會(huì)影響其他單元充滿電。

　　Scott-Thomas認(rèn)為：“控制和軟件的水平很難鑒別。電池組電壓和溫度檢測(cè)每秒有500診斷數(shù)據(jù)。就算車在不工作情況下控制也會(huì)被激活。

　　電池的外圍和監(jiān)控模塊被安裝在電池組的前部上方。這個(gè)部件有四個(gè)檢測(cè)電路板，每一個(gè)為一個(gè)電池組服務(wù)，橙色的代表高壓，同時(shí)飛思卡爾和LG化學(xué)與意法半導(dǎo)體的芯片占了板上元件的大部分。AI Steier再次強(qiáng)調(diào)，在生產(chǎn)過(guò)程的通過(guò)不同檢測(cè)熱源在適當(dāng)時(shí)候的檢查可以保證其質(zhì)量。

　　John Scott-Thomas認(rèn)為去保證電池電子設(shè)備的正確時(shí)很艱難的，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)必須去檢測(cè)在毫伏特的單元電壓。然而每個(gè)單元的電壓卻在最低到幾百伏特間浮動(dòng)，這就需要去注意板的布局，跟蹤設(shè)計(jì)，適當(dāng)?shù)慕拥兀ú煌妷呵闆r下的虛擬接地）和電壓隔離的技巧。Scott-Thomas同樣注意到安全和質(zhì)量檢測(cè)，將其增加到汽車設(shè)計(jì)是一個(gè)過(guò)程中的工作，帶有靈活性和模塊性，這使車輛里的新單元、電池組，電子設(shè)備和控制的引進(jìn)變得更容易。

　　最后，整個(gè)拆裝團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)VOLT中一個(gè)意想不到的電池相關(guān)模組，除了在駕駛部位下面的標(biāo)準(zhǔn)的OBDI診斷端口，在副駕駛座下面發(fā)現(xiàn)一個(gè)密封的模組。這被證實(shí)是用來(lái)儲(chǔ)存電池盒混合動(dòng)力操作診斷的代碼，同時(shí)它也預(yù)留一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娎|讓工程師接入。



充電系統(tǒng)和“大腦中樞”的秘密#e#

　　充電系統(tǒng)和“大腦中樞”

　　電池供電：電壓充電系統(tǒng)

　　除了再生制動(dòng)，能源是通過(guò)一個(gè)經(jīng)電力認(rèn)證的110V的充電器或者可選擇220V充電器連接電網(wǎng)充進(jìn)電池。

　　110家庭充電器是Lear公司制造的，它是一個(gè)很簡(jiǎn)單的元器件，但它的電力電子設(shè)備和軟件是非常復(fù)雜，因此如果電路沒(méi)有充電，是絕不能充電的。充電繼電器和監(jiān)控電子設(shè)備板與電池組和監(jiān)控系統(tǒng)連接。如上所述，為了實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換，板上模組將AC轉(zhuǎn)為DC去為有獨(dú)立冷卻循環(huán)的電池充電。

　　充電器使用時(shí)是被插進(jìn)一個(gè)位于左前門(mén)擋板后面標(biāo)準(zhǔn)插口。John Scott-Thomas聲稱拆掉這個(gè)外圍部分去展示GM對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的重視。為了保護(hù)和穩(wěn)定在高震動(dòng)環(huán)境下的高電壓元器件，它們都是被固定和用泡沫隔離的。

　　Al Steier發(fā)現(xiàn)了充電器配置中的一個(gè)令人費(fèi)解的特性。雖然充電器插口是在左側(cè)擋板，然而其連接的充電模組卻在右大燈的下面。同樣的是內(nèi)燃機(jī)控制器在左邊，而引擎卻在右邊。相對(duì)于將這些元器件翻轉(zhuǎn)安裝，這種安排明顯加大了排線量。
 

VOLT的大腦e#

　　VOLT的“大腦”

　　看起來(lái)像內(nèi)燃機(jī)變速箱的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)座上是一個(gè)液體冷卻逆變器模塊，它傳輸電源提供給牽引電機(jī)。為了安全，通向這個(gè)模塊的橙色高壓電纜與繼電器是斷開(kāi)的。Steier同時(shí)聲稱覆蓋的模塊也是一個(gè)斷開(kāi)的安全回路。位于里面的則是Scott-Thomas聲稱的整輛車最接近的？“大腦中樞”。

　　當(dāng)前在日立的板上安裝了四個(gè)飛思卡爾的32位MCU Qorivva。這四個(gè)控制器的其中一個(gè)可以看做是一個(gè)主導(dǎo)控制，控制著包括汽車和車輪速度的輸入、加速（油門(mén)）、剎車和電池狀態(tài)，然后就設(shè)置為最有效率的工作狀態(tài)。

　　這個(gè)主控制器（如下圖所示）是這四個(gè)MCU中最大的一個(gè)，其帶有3MB的閃存，控制著整個(gè)模塊一般的區(qū)域。這個(gè)控制器同時(shí)將電動(dòng)機(jī)限制在低自轉(zhuǎn)速率以獲得更高的效率。最令John Scott-Thomas震驚的就是其巨大基板面的可利用率。他認(rèn)為這個(gè)大范圍的布局在未來(lái)通過(guò)改變或者添加電路圖可以更輕易的修改。

　　另外三個(gè)飛思卡爾MCU是用來(lái)控制牽引電機(jī)、柴油內(nèi)燃機(jī)和離合器齒輪箱套裝的，那個(gè)套裝在有需要的情況下可以由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。

　　其他電子配件和拆車故事

　　如果沒(méi)有被連接到混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，VOLT的其他電子設(shè)備就是一般的設(shè)備。一個(gè)氣冷的DC-DC轉(zhuǎn)換器代替交流發(fā)電機(jī)去提供12V的標(biāo)準(zhǔn)汽車系統(tǒng)，去控制車門(mén)、大燈、導(dǎo)航、音頻和給12V輔助電池充電。

　　拆掉通信模塊，拆開(kāi)車輛中控面板。John Scott-Thomas強(qiáng)調(diào)了這些娛樂(lè)信息板的稀少，板上面也沒(méi)有占大空間的東西。處理這些系統(tǒng)也并不需要很強(qiáng)悍的處理能力，因此有很多功能是集合到一塊芯片上面。在前面板的電阻式觸控開(kāi)關(guān)之間有足夠的空間，這樣可以避免觸發(fā)錯(cuò)誤的功能。

　　結(jié)論：

　　就如拆卸過(guò)程中展示一樣，VOLT是一個(gè)高質(zhì)量和超細(xì)致的設(shè)計(jì)，同樣允許升級(jí)和改進(jìn)。如果消費(fèi)者有了一定的經(jīng)驗(yàn)，會(huì)對(duì)這個(gè)混合平臺(tái)在來(lái)年的新發(fā)展有非常大的興趣。

　　附加1：拆解汽車要注意的一些事項(xiàng)：

　　Munro & Associates的AI Steier說(shuō)道，在其開(kāi)始拆解這個(gè)汽車之前，他盡可能的閱讀了他能得到的關(guān)于這部車的信息。對(duì)混合動(dòng)力車和電力車來(lái)說(shuō)，一個(gè)最基本的步驟是去找到斷開(kāi)服務(wù)的位置，然后安全地移開(kāi)高壓設(shè)備，保證其安全。

　　拆卸前后的元器件都拍下了很多角度的照片做記錄，將其作為了解其材料和生產(chǎn)流程重要的一部分。元器件及其制造者都是將其定義在線路板的水平。如果不能從元器件的說(shuō)明書(shū)看到其參數(shù)，那么去掉了IC和ASIC就可以看到其內(nèi)存容量。

　　附加2：電池不會(huì)被耗盡

　　AI Sreier認(rèn)為經(jīng)銷商將VOLT交付給要拆卸的人和雪佛蘭經(jīng)銷商交付其他車給別人是一樣的。同樣裝滿了汽油。拆解團(tuán)隊(duì)在拆車之前把鋰電池系統(tǒng)的電放掉。但汽車的軟件啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)避免電池被完全耗完。

　　因此必須先放干汽油然后拆卸大燈和無(wú)線這些系統(tǒng)，這個(gè)可以耗盡從高壓系統(tǒng)再充電的12V電池的電量。但軟件系統(tǒng)是不允許電池完全放完電量的，會(huì)保留能讓車行駛大概35英里的電量。

　　最后請(qǐng)來(lái)一個(gè)專門(mén)從事電動(dòng)車的公司透過(guò)終端應(yīng)用一個(gè)功率電阻器耗盡所有的電量。

　　附加3：VOLT和Pirus的差異

　　在2007年我們?cè)?jīng)拆過(guò)一個(gè)豐田PIRUS，以下是兩者的相同點(diǎn)和像一點(diǎn)，AI Steier找到它們并記錄下來(lái)。五年前，PIRUS并沒(méi)有插入再充電能力。

　　1） 因?yàn)橛幸粋€(gè)插座，因此VOLT有一個(gè)專為充電服務(wù)的額外的AC-DC模塊。

　　2） VOLT的電池是鋰電池，而PIRUS的是鎳氫電池。

　　3） 由于其混合動(dòng)力安排，VOLT用水冷控制溫度，而PIRUS則用氣冷。

　　4） 在電子元器件供應(yīng)方面，VOLT有更多種多樣的供應(yīng)商，設(shè)計(jì)到很多公司及其技術(shù)支持。PIRUS則主要用豐田的技術(shù)。

　　5） 兩輛車接線盒斷線間的高壓安全性能也做了比較。