一文详解奥迪e-tron内部系统 |附下载

lichengwan

e-tron作为奥迪的高性能电动SUV，其内部的低压供电系统、网络架构、高压系统、BMS是什么样子呢？今天我们来一起窥视一下。之前分开写过各个部件，这次整合了一下，并且把e-tron的资料分享给大家，见文末。
01

低压供电系统

首先来看看低压供电系统，低压供电系统中均为12V，整个系统如下图所示，其中：



电压供电系统A:蓄电池A19：变压器J104：ABS控制单元J293：散热器风扇控制单元J367：电池监控单元J500：动力转向控制单元1：12V蓄电池的主保险丝座2：主保险丝2(右侧)3：主保险丝座2，12V充电端正极4：保险丝盒继电器架（右侧）5：右A柱下部的保险丝盒和继电器座6：前排乘客脚部保险丝盒和继电器座7：行李箱中保险丝盒和继电器托盘（左侧）低压供电系统中蓄电池为AGM型，电池容量为68Ah。低压蓄电池的策略如下：在keyoff下，无外界充电器的情况下，当12V蓄电池的容量降至8Ah时，高压电池接通，为12V蓄电池充电。该充电过程在充电持续20min后或12V蓄电池容量上升到20Ah时结束。在每个点火循环内，上述循环的充放电过程最多进行8次；当高压蓄电池容量降至10%时，就不在为12V蓄电池充电。
02

整车通信网络架构

在今年这个软件定义汽车、整车电子电气架构讨论的很火情形下，对于e-tron的网络架构估计比较关注，但是从整体来看，如下图所示，并没有带来多大的惊喜，并不像大众那样激进的推进中央控制单元的形式，e-tron采用域控制器的形式，例如J393和J519，并且的网络架构中总线依旧以CAN、LIN为主，在少部分地方使用了100M的以太网、LVDS和MOST，不同的总线速率如下图所示。有一个点比较好奇，奥迪比较喜欢使用FLexRay，MOST、LVDS这几类总线，这些在其他厂商很少看到。


网络架构


控制器名称



网络中总线速率
关于FLexRay有一点可以关注一下，e-tron在一个FlexRay分支上使用了A、B两个通道，其中一个通道用于数据冗余，如果A通道出现故障，车辆诊断仪可以通过B通道读取故障信息，检查特定的控制单元，如下图所示。


FlexRay总线冗余设计
下面挑两个主要的控制器详解一下。车载电源控制单元（J519）
车载电源控制单元（J519）

车载电源控制单元J519是奥迪e-tron的主要控制单元之一。J519的任务包括读取大量传感器并激活执行器，外部照明灯和刮水器。并且还实现了许多集成功能，例如驻车辅助系统或座椅加热装置的激活，激活奥迪e-tron上的空调。此外，它通过专用CAN连接至驾驶员辅助系统控制单元J1121和大灯输出模块（大灯输出模块1）。最后J519还是许多LINserver的主控制单元。


J519控制单元

舒适视同中央控制单元J393

舒适系统中央控制单元主要通过两路CAN总线，与其下游的控制器进行交互，它位于行李箱侧饰板（左侧）的后面，控制的功能包括：挡风玻璃加热，防盗警报，尾灯控制等。


J393控制单元
03

高压系统

上述分析过e-tron的低压网络和网络架构，下面来看看奥迪e-tron的高压系统，首先来看一张整体照，如下图所示，了解其包含的组件，包括高压电池1AX2、高压电池继电器控制单元SX6、高压PTC等。



奥迪的高压系统

高压电池1 AX2

高压电池1 AX2固定在车辆下方的中央，作为支撑车身的组件。高压电池系统由 36个电池组组成。电池盒通过带电位均衡线连接到车身。高压电池的继电器控制单元SX6安装在高压电池上。电池模块控制单元安装在高压电池内部。电池调节控制单元J840位于A柱（右侧）中，如下图所示。



高压电池爆炸图

高压电池的标称电压为396V，容量为240Ah，充电功率150kW，重量为699kg。


高压电池参数

电池模组

每个电池组(如下图所示)由12个电池组成。四个单元的组并联连接，产生的总电量为240 Ah。其中的三个电池组串联连接，每个电池模块产生11伏的电压。
60 Ah + 60 Ah + 60 Ah + 60 Ah = 240 Ah

串联连接：

3.67 V + 3.67 V + 3.67 V = 11 V

三个电池模块连接到一个电池模块控制单元。

电池模块控制单元具有以下功能：

>三个电池模块的电压测量

>电池温度测量

>电池组平衡

电池模块控制单元通过CAN与电池调节控制单元J840和高压电池开关单元SX6通信。电池顶部的传感器可测量电池的温度。电池模块通过橙色线连接到电池模块控制单元。



电池组

安全电路

奥迪e-tron的高压系统具有四条安全路径：

>安全电路1穿过电池调节控制单元J840，电动空调压缩机V470，高压加热器2（PTC）Z190，高压加热器（PTC）Z115，维护连接器TW和高压电池SX6的开关单元。

>安全电路2位于电压转换器A19中。

>安全电路3位于高压电池AX4的充电单元1中。

>安全电路4在高压电池AX5的充电单元2中。

根据碰撞的严重程度，可通过重新打开点火开关或在某些情况下使用车辆诊断测试仪来重新激活高压系统。

这些安全电路是通过高压组件的12V回路线。

电池调节控制单元J840，电压转换器A19，高压电池AX4的充电单元1和高压电池AX5的充电单元2将状态报告给数据总线诊断接口J533。如果安全电路中断，例如当拔下连接器时，数据总线诊断接口J533从受影响的控制单元接收消息，并且可以通过CAN发送，并显示在仪表板J285。



安全电路

04

BMS系统

下面我们来看看奥迪e-tron的电池系统，如下图所示，其基本的参数：
电池容量：95kWh；额定电压：396V；模组数量：36，12个电芯/模组；单电芯能量：2.64kWh；连接方式：108S 4P。

电池系统结构图上图的右下角是BMS，它是由一个电池管理控制器(BMC)，12个电池模组控制器(CMC),电池接线盒(BJB)和电流电压传感器(CVS)组成，详细的结构如下图所示，另外整个BMS是由Marquardt和Dr?xlmaier提供的。


BMS
首先看一下BMC，其主芯片为32bit的SPC5746，电源芯片为MCZ33905，CAN收发器为TJA1051。其一路内CAN，用于与CMC和BJB通信，两路外CAN，其中至少一路与电机控制器通信，一路对外的LIN总线，2路高边输出(具体结构参考图3)，其是有Marquardt 提供的，其主要功能包括：
1、SOC和SOH的监控；
2、输出控制；3、热管理；4、互锁监控；
5、CAN/LIN通信。

BMC结构图BJB 是由Draxlmaier提供的，其包含主继电器的高侧(VND5160, ST)和低侧开关(ND7NV04, ST)。两个结合16/24位分辨率ADC (MCP3911, Microchip)的板载簧片继电器用于监测隔离电压。主芯片为MPC5744P，电源芯片为MC33908，另外该电源芯片集成了CAN收发器的功能，例外还采用了TJA1042收发器，其具体结构图如下图所示。

BJB结构图其中：
CON1：用于与BMC和CMC的CAN通信、12V低压供电以及Crash信号输出；
CON2：用于备份的crash信号输出；CON3：六路高边输出和六路低边输出，以及4路温度输入；
CON4：传感器供电和与CVS的CAN通信；
CON5：三种高压的测量；
CON6：与高压继电器相连。
CMC是由Marquardt提供的，MCU为SPC5602，电源监控芯片为MC33771，供电和CAN收发器由NXP的UJA1164提供，其结构如下图所示。每个CMC处理3个电池模组，包括电压电流的监控，电池均衡，以及电池温度监控，另外通过光耦和可控恒流源将故障信号从接插件CON2输出。

CMC结构图最后看一看CVS，CVS是由Draxlmaier提供的，其具有5个同步高压测量(利用AS8510和MCP3919)和两个冗余电流测量(MCP3919和MM9Z1J638BM2EP)。数据处理由电池监测传感器(MM9Z1J638BM2EP，freescale)管理，详细结构如下图所示。

CVS的结构图
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wmwlove

作为汽车工程师，深知奥迪e-tron内部系统的复杂性及其高性能特点。关于e-tron的低压供电系统，它采用12V电源，包括蓄电池、变压器及多个控制单元。高压系统则关乎电动车的核心，为电机及电池组提供电力。网络架构基于CAN总线，实现各部件间的通讯。BMS即电池管理系统，负责监控电池状态。本文整合了各部件的详细信息，并附带了e-tron的资料供下载。详细的系统解析及图表示另文阐述。