奥迪电池管理系统解析

前段时间向公众号“汽车ECU开发”运营的吴飞兄弟要了奥迪E-tron的一些资料，涉及的比较细，我觉得可以整理下供大家参考。总体的感受是：

• 奥迪在一个电池包里面用了太多的MCU、CAN收发器了，在芯片供应充分的情况下没问题，但在芯片紧缺的时候，要凑齐15个MCU、14个SBC和16+以上的CAN收发器才能让这个电池包工作起来，困难被放大了；
• 奥迪在电池的使用策略方面，还是相对保守的，这也使得安全系数更高——直接告诉用户总电量95kwh，但出于安全的目的只开放83.6kwh的可用电量，其他12%被封存起来；
• 熔丝和继电器的配组，是将充电和放电分开，这样有利于处理不同状态下的短路，可以比较好地进行匹配；特别是在大电流充电下，熔丝规格可以选择调整搭配。

接下来展开说一下，供各位读者参考。

一、奥迪自己定义的一些内容

（1）为什么可用电池能量的比例这么低？

奥迪的几个电池系统都有这个问题，如下图所示95kWh的电池，可用能量83.6kWh，这个和我们国内的可用能量比例的差异还挺大。

备注：E-tron后续升级有一个110kWh的电池包

表1 奥迪的电池系统1AX2

实际在这份材料的定义中，是这么分配83.6kWh的——在德国的工程师来看，4%的上限和8%的下限，相当于有12%的电量是没办法使用的（对应11.4kWh的能量）。下面这张图可以看出，在8%的SOC状态下对驾驶者直接显示0%，而96%则直接对应100%。

图1 奥迪的SOC使用策略

（2）BDU的内部结构

这个BDU的设计结构图如下所示，主要包含后驱、前驱、快充和辅助配电等几个主要的接口。

图2 奥迪BDU的设计

根据这里的数据，我们能看到以下信息：

• 预充电阻为15欧；
• 一共配置了5个直流接触器，一对快充接触器和一对主正主负和PCC的预充接触器；
• 熔丝的配置，是快充Fuse和快充基础一起进行匹配；前驱和后驱分别和MCP和MCN主正和主负进行匹配，这样可以在快充和驱动短路的时候有针对性的设计熔断时间；
• 考虑到充电器和其他小熔丝熔断的可能性比较高，单独做了个BJB 的Fuse Box；

图3 奥迪BDU的结构图的情况

二、电池管理系统的构成

图4 奥迪的电池管理系统总体功能构成

在这里有好几块板子：

• 电池管理（由Marquardt和Dräxlmaier提供）：我习惯叫BMU，奥迪的叫法是BMC，放在电池包外。

根据拆解信息来看，主芯片MCU为SPC5746，电源芯片为SBC MCZ33905（含一路CAN和一路LIN），两路外CAN收发器为TJA1051。2路高边输出的芯片为ST VN5E160S。BMU里面还保留了一个TI的MSP430G223

• 采样管理：我习惯叫CMU，功能如下，1托3并且使用CAN总线，这个习惯一直延续到MEB的设计中。在这里的均衡策略，是需要电池在30%的SOC状态下才能允许，并且在电池压差在1%的时候开始均衡

根据拆解信息来看，AFE的芯片采用的是MC33771，单片机采用了SPC5602D，供电采用了NXP的UJA1164，和AFE的隔离采用的是变压器MU1228NL，AFE的状态检测通过管够ACPL K49L进行输出。

• BJB电池高压管理（由Draxlmaier提供的）：主要的目的是管理高压接触器，并且每隔30s进行绝缘检查

根据拆解信息来看，它的供电芯片为SBC MC33908（继承了CAN收发器），主芯片MCU为MPC5744P。继电器驱动采用高边开关ST VND5160 和低边开关ST ND7NV04。

做绝缘检测采用的是ADC (Microchip 的MCP3911)，做高压检测采用了LM2903进行采样，内网的数据收发采用了TJA1042收发器。

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小结：在这里我们可以做个简单的加法：不算CVA的shunt，一共用了15个MCU芯片，14个SBC芯片，还有一堆CAN收发器。对分布式通信系统而言，一台电动汽车的电池包系统对于MCU的消耗，基本够一台简单的传统车的使用了。

这也能从另一个侧面反映出，在芯片短缺方面，国内的状况比国外稍微好一点的情况。从总线和硬件技术架构里面，国内外的技术路线还是有差异的。