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奧迪電池管理系統解析

2021-09-06 來源:汽車電子瞭望臺

前段時間向公眾號“汽車ECU開發”運營的吳飛兄弟要了奧迪E-tron的一些資料,涉及的比較細,我覺得可以整理下供大家參考。總體的感受是:

 

  • 奧迪在一個電池包里面用了太多的MCU、CAN收發器了,在芯片供應充分的情況下沒問題,但在芯片緊缺的時候,要湊齊15個MCU、14個SBC和16+以上的CAN收發器才能讓這個電池包工作起來,困難被放大了;


  • 奧迪在電池的使用策略方面,還是相對保守的,這也使得安全系數更高——直接告訴用戶總電量95kwh,但出于安全的目的只開放83.6kwh的可用電量,其他12%被封存起來;


  • 熔絲和繼電器的配組,是將充電和放電分開,這樣有利于處理不同狀態下的短路,可以比較好地進行匹配;特別是在大電流充電下,熔絲規格可以選擇調整搭配。

 

接下來展開說一下,供各位讀者參考。


一、奧迪自己定義的一些內容

 

(1)為什么可用電池能量的比例這么低?


奧迪的幾個電池系統都有這個問題,如下圖所示95kWh的電池,可用能量83.6kWh,這個和我們國內的可用能量比例的差異還挺大。

 

備注:E-tron后續升級有一個110kWh的電池包

 

表1 奧迪的電池系統1AX2

 

實際在這份材料的定義中,是這么分配83.6kWh的——在德國的工程師來看,4%的上限和8%的下限,相當于有12%的電量是沒辦法使用的(對應11.4kWh的能量)。下面這張圖可以看出,在8%的SOC狀態下對駕駛者直接顯示0%,而96%則直接對應100%。

 

圖1 奧迪的SOC使用策略

 

(2)BDU的內部結構


這個BDU的設計結構圖如下所示,主要包含后驅、前驅、快充和輔助配電等幾個主要的接口。

 

圖2 奧迪BDU的設計

 

根據這里的數據,我們能看到以下信息:

 

  • 預充電阻為15歐;


  • 一共配置了5個直流接觸器,一對快充接觸器和一對主正主負和PCC的預充接觸器;


  • 熔絲的配置,是快充Fuse和快充基礎一起進行匹配;前驅和后驅分別和MCP和MCN主正和主負進行匹配,這樣可以在快充和驅動短路的時候有針對性的設計熔斷時間;


  • 考慮到充電器和其他小熔絲熔斷的可能性比較高,單獨做了個BJB 的Fuse Box;

 

圖3 奧迪BDU的結構圖的情況


二、電池管理系統的構成

 

圖4 奧迪的電池管理系統總體功能構成

 

在這里有好幾塊板子:


  • 電池管理(由Marquardt和Dr?xlmaier提供):我習慣叫BMU,奧迪的叫法是BMC,放在電池包外。

 


根據拆解信息來看,主芯片MCU為SPC5746,電源芯片為SBC MCZ33905(含一路CAN和一路LIN),兩路外CAN收發器為TJA1051。2路高邊輸出的芯片為ST VN5E160S。BMU里面還保留了一個TI的MSP430G223

 

  • 采樣管理:我習慣叫CMU,功能如下,1托3并且使用CAN總線,這個習慣一直延續到MEB的設計中。在這里的均衡策略,是需要電池在30%的SOC狀態下才能允許,并且在電池壓差在1%的時候開始均衡

 


根據拆解信息來看,AFE的芯片采用的是MC33771,單片機采用了SPC5602D,供電采用了NXP的UJA1164,和AFE的隔離采用的是變壓器MU1228NL,AFE的狀態檢測通過管夠ACPL K49L進行輸出。

 

  • BJB電池高壓管理(由Draxlmaier提供的):主要的目的是管理高壓接觸器,并且每隔30s進行絕緣檢查

 


根據拆解信息來看,它的供電芯片為SBC MC33908(繼承了CAN收發器),主芯片MCU為MPC5744P。繼電器驅動采用高邊開關ST VND5160 和低邊開關ST ND7NV04。

 

做絕緣檢測采用的是ADC (Microchip 的MCP3911),做高壓檢測采用了LM2903進行采樣,內網的數據收發采用了TJA1042收發器。


小結:


在這里我們可以做個簡單的加法:不算CVA的shunt,一共用了15個MCU芯片,14個SBC芯片,還有一堆CAN收發器。對分布式通信系統而言,一臺電動汽車的電池包系統對于MCU的消耗,基本夠一臺簡單的傳統車的使用了。

 

這也能從另一個側面反映出,在芯片短缺方面,國內的狀況比國外稍微好一點的情況。從總線和硬件技術架構里面,國內外的技術路線還是有差異的。


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