奧迪電池管理系統(tǒng)解析

前段時間向公眾號“汽車ECU開發(fā)”運(yùn)營的吳飛兄弟要了奧迪E-tron的一些資料，涉及的比較細(xì)，我覺得可以整理下供大家參考?？傮w的感受是：

• 奧迪在一個電池包里面用了太多的MCU、CAN收發(fā)器了，在芯片供應(yīng)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(fā)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(shù)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(tài)下的短路，可以比較好地進(jìn)行匹配；特別是在大電流充電下，熔絲規(guī)格可以選擇調(diào)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(nèi)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(tǒng)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(nèi)的可用能量比例的差異還挺大。

備注：E-tron后續(xù)升級有一個110kWh的電池包

表1 奧迪的電池系統(tǒng)1AX2

實(shí)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(dāng)于有12%的電量是沒辦法使用的（對應(yīng)11.4kWh的能量）。下面這張圖可以看出，在8%的SOC狀態(tài)下對駕駛者直接顯示0%，而96%則直接對應(yīng)100%。

圖1 奧迪的SOC使用策略

（2）BDU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

這個BDU的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如下所示，主要包含后驅(qū)、前驅(qū)、快充和輔助配電等幾個主要的接口。

圖2 奧迪BDU的設(shè)計

根據(jù)這里的數(shù)據(jù)，我們能看到以下信息：

• 預(yù)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(fù)和PCC的預(yù)充接觸器；
• 熔絲的配置，是快充Fuse和快充基礎(chǔ)一起進(jìn)行匹配；前驅(qū)和后驅(qū)分別和MCP和MCN主正和主負(fù)進(jìn)行匹配，這樣可以在快充和驅(qū)動短路的時候有針對性的設(shè)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(dú)做了個BJB 的Fuse Box；

圖3 奧迪BDU的結(jié)構(gòu)圖的情況

二、電池管理系統(tǒng)的構(gòu)成

圖4 奧迪的電池管理系統(tǒng)總體功能構(gòu)成

在這里有好幾塊板子：

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

根據(jù)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(fā)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(xí)慣叫CMU，功能如下，1托3并且使用CAN總線，這個習(xí)慣一直延續(xù)到MEB的設(shè)計中。在這里的均衡策略，是需要電池在30%的SOC狀態(tài)下才能允許，并且在電池壓差在1%的時候開始均衡

根據(jù)拆解信息來看，AFE的芯片采用的是MC33771，單片機(jī)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(tài)檢測通過管夠ACPL K49L進(jìn)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(jìn)行絕緣檢查

根據(jù)拆解信息來看，它的供電芯片為SBC MC33908（繼承了CAN收發(fā)器），主芯片MCU為MPC5744P。繼電器驅(qū)動采用高邊開關(guān)ST VND5160 和低邊開關(guān)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(jìn)行采樣，內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收發(fā)采用了TJA1042收發(fā)器。

小結(jié)：

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(fā)器。對分布式通信系統(tǒng)而言，一臺電動汽車的電池包系統(tǒng)對于MCU的消耗，基本夠一臺簡單的傳統(tǒng)車的使用了。

這也能從另一個側(cè)面反映出，在芯片短缺方面，國內(nèi)的狀況比國外稍微好一點(diǎn)的情況。從總線和硬件技術(shù)架構(gòu)里面，國內(nèi)外的技術(shù)路線還是有差異的。