拆解与发现Chevy Volt车的电子秘密

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）。

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。

当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，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。

图2 :在电池接口/电池监控PCB上，每只电池芯上的传感器都监护着温度与电压。它们的数据被送至集线器，在那里，每10个电池芯的读数由一个电路数字化，送给微控制器。光电耦合器将一个公共总线送至转换器模块中的主控制器

保持电池电路的正常是困难的工作；系统必须在每个电池芯的顶部测量数微伏电压，而电池芯可能对地有几百伏特电压。这个工作需要注意PCB布局、走线设计、接地面，以及电压隔离技术。Scott-Thomas发现，汽车的设计是一个进行中的工作，具有灵活性和模块化特点，这样便于引入新的电池芯、电池块、电路与控制。

拆解团队意外地在Volt中发现了一个与电池有关的模块。除了驾驶员边上仪表板上的标准车载诊断端口以外，