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

　　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位置。母線連接這四個模塊，同時也有一個緊急斷電開關(guān)線去保證電池組的安全。

　　共有288個獨立單元構(gòu)成這個完整的電池組，John Scott-Thomas認(rèn)為這個電池組實際上分割為塑料包裝的“切片”或“刀片”，他們都是由分開的兩個單元和一個帶有五通道冷卻劑的散熱片組成。從電氣學(xué)來講，三個單元的群組是并聯(lián)的，這些群組中的96%是串聯(lián)連接的。因此這288個單元產(chǎn)生360V電壓，可以提供16KWH的容量。為了延長電池壽命，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制造的這個電池是利用鋰、錳、尖晶石等的化學(xué)反應(yīng)，同時添加GM許可的來自美國阿貢國家實驗室的電池鈷化學(xué)應(yīng)用，因此一個鎳、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、電動機/發(fā)電機逆變器和插入充電器的電源裝換器的冷卻服務(wù)的。

　　Al Steier說當(dāng)這電池的溫度比較低（低于最佳的操作溫度）的時候，這些液體將會被用來加熱電池到期操作狀態(tài)，然后又會用來冷卻保證其不超過額定溫度。就算汽車沒有在行走，控制電路也會激活冷卻系統(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。因此在泊車的時候要保持充電，避免在以上情況下的電量消耗。

　　Scott-Thomas補充說這個電池組冷卻系統(tǒng)用軟管夾連接到一起，這就意味著這輛車是一個有限的汽車產(chǎn)品，因為更高的產(chǎn)品量允許使用黃銅接口。他同時聲稱螺栓把這些電池組鉗在一起，每一個有三個檢查員的圖標(biāo)，這表示這配件經(jīng)過仔細(xì)檢查以確保其質(zhì)量和性能，這是對得起它的價格的。

　　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。John Scott Thomas注意到這輛車40%的價值在于其電子設(shè)備，板上有將近100個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1000萬行代碼，比波音787夢幻客機的800行還要多。

　　Scott-Thomas認(rèn)為，從電池組本身看來，擁有一個相當(dāng)長的電池壽命是一個關(guān)鍵所在。為了這個目的，電池組溫度通常被規(guī)定在2攝氏度以內(nèi)，同時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Ｔ诼晥龈鱾€單元的時候的差異是影響單元壽命的另一個參考，控制軟件會將其納入考慮范圍。

　　例如，在充電過程中，每個單元都會被監(jiān)控的。為了確保每個單元具有相同的最大電壓，如果其中的一個在早些時候達(dá)到了容量，一個電阻并聯(lián)會被接通去保證這個單元過度充電，而不會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每秒有500診斷數(shù)據(jù)。就算車在不工作情況下控制也會被激活。

　　電池的外圍和監(jiān)控模塊被安裝在電池組的前部上方。這個部件有四個檢測電路板，每一個為一個電池組服務(wù)，橙色的代表高壓，同時飛思卡爾和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再次強調(diào)，在生產(chǎn)過程的通過不同檢測熱源在適當(dāng)時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)備的正確時很艱難的，因為這個系統(tǒng)必須去檢測在毫伏特的單元電壓。然而每個單元的電壓卻在最低到幾百伏特間浮動，這就需要去注意板的布局，跟蹤設(shè)計，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，將其增加到汽車設(shè)計是一個過程中的工作，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，整個拆裝團隊發(fā)現(xiàn)VOLT中一個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)一個密封的模組。這被證實是用來儲存電池盒混合動力操作診斷的代碼，同時它也預(yù)留一個適當(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，能源是通過一個經(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，它是一個很簡單的元器件，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，為了實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換，板上模組將AC轉(zhuǎn)為DC去為有獨立冷卻循環(huán)的電池充電。

　　充電器使用時是被插進(jìn)一個位于左前門擋板后面標(biāo)準(zhǔn)插口。John Scott-Thomas聲稱拆掉這個外圍部分去展示GM對設(shè)計細(xì)節(jié)的重視。為了保護和穩(wěn)定在高震動環(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令人費解的特性。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)燃機控制器在左邊，而引擎卻在右邊。相對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”

　　看起來像內(nèi)燃機變速箱的電動機/發(fā)電機機座上是一個液體冷卻逆變器模塊，它傳輸電源提供給牽引電機。為了安全，通向這個模塊的橙色高壓電纜與繼電器是斷開的。Steier同時聲稱覆蓋的模塊也是一個斷開的安全回路。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飛思卡爾的32位MCU Qorivva。這四個控制器的其中一個可以看做是一個主導(dǎo)控制，控制著包括汽車和車輪速度的輸入、加速（油門）、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)。

　　這個主控制器（如下圖所示）是這四個MCU中最大的一個，其帶有3MB的閃存，控制著整個模塊一般的區(qū)域。這個控制器同時將電動機限制在低自轉(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)為這個大范圍的布局在未來通過改變或者添加電路圖可以更輕易的修改。

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

　　其他電子配件和拆車故事

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

　　拆掉通信模塊，拆開車輛中控面板。John Scott-Thomas強調(diào)了這些娛樂信息板的稀少，板上面也沒有占大空間的東西。處理這些系統(tǒng)也并不需要很強悍的處理能力，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關(guān)之間有足夠的空間，這樣可以避免觸發(fā)錯誤的功能。

　　結(jié)論：

　　就如拆卸過程中展示一樣，VOLT是一個高質(zhì)量和超細(xì)致的設(shè)計，同樣允許升級和改進(jìn)。如果消費者有了一定的經(jīng)驗，會對這個混合平臺在來年的新發(fā)展有非常大的興趣。

　　附加1：拆解汽車要注意的一些事項：

　　Munro & Associates的AI Steier說道，在其開始拆解這個汽車之前，他盡可能的閱讀了他能得到的關(guān)于這部車的信息。對混合動力車和電力車來說，一個最基本的步驟是去找到斷開服務(wù)的位置，然后安全地移開高壓設(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明書看到其參數(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。拆解團隊在拆車之前把鋰電池系統(tǒng)的電放掉。但汽車的軟件啟動內(nèi)燃機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線這些系統(tǒng)，這個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，會保留能讓車行駛大概35英里的電量。

　　最后請來一個專門從事電動車的公司透過終端應(yīng)用一個功率電阻器耗盡所有的電量。

　　附加3：VOLT和Pirus的差異

　　在2007年我們曾經(jīng)拆過一個豐田PIRUS，以下是兩者的相同點和像一點，AI Steier找到它們并記錄下來。五年前，PIRUS并沒有插入再充電能力。

　　1） 因為有一個插座，因此VOLT有一個專為充電服務(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。