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度普新能源確立以“賦能新能源·新出行“為企業使命,堅持通過技術創新推動新能源產業進步

度普新能源控制器總監熊祥應邀參加第二屆AWC2019新能源汽車關鍵元器件技術大會并發表演講

發布日期:2019-08-30

2019年8月28-29日,度普新能源應邀參加了在深圳會展中心召開的第二屆AWC2019新能源汽車關鍵元器件技術大會。會議圍繞新能源汽車電池管理系統(BMS)和高壓關鍵元器件核心技術展開了重點探討。我司控制器總監熊祥代表公司在會上做了主題為“先進BMS設計與開發”的精彩演講。演講現場實錄如下:

熊祥:大家下午好,可能大家對上海度普比較陌生,我們公司是2017年成立的,專業做BMS出身的。今天我主要會詳細講一下我們的一些開發理念以及應用理念。今天主要從三個方面去講,第一個是度普2.0的BMS,第二個我會講48V BMS,是比較新的一款BMS,現在做48V BMS的人比較少,第三個就是全新的48V BMS SOC算法。


首先我會講整個BMS的Road,第二個是軟件架構及開發。我們在2017年8月份的時候有了第一代BMS,今年5月份有第二代,BMS我們設計方式是分布式的,但是會有一點不一樣,采集板會有兩種配置。功能安全等級我們做是ASIL C,其實大家也知道,剛才劉總講了,國內對功能安全來講要求的是ASIL C,對外國外的BMS要求,要做要ASIL D,比如:國外很多的房子是木制的房子,在充電過程中如果出現起火的話會影響人的生命安全,我們做HARA分析這一點的時候,在這種情況下安全等級必須要從C到D,在今年下半年,我們會升級我們第二代BMS,做一個小改動,其中就包括功能安全等級由ASIL C升級到ASIL D。


第三代BMS的規劃考慮域控制器概念的引入,我們做動力域控分析的時候,域控制器的引入,VCU將是不存在的,會被域控制器所替代。另外域控制器會把Cover BMS的一些功能,比如SOC算法全會由現在的BMU的控制版會移植到域控制器。


稍微補充一下,不管是高壓BMS還是其他,一定離不開半導體的技術,不管高壓BMS,還是48V BMS,我們的設計都是基于NXP方案,因為我們和NXP是戰略伙伴。CMU我們采用的是集中式,兩種配置方式,第一種配置有四個MC33771,第二配置我們做的是兩個MC33771加上一個MC33772。CMU采集板我們可支持CAN2.0 和CAN FD通訊方式,設計支持CAN FD的原因是:在2021年之后,部分的BMS的功能會移植到域控制器,CMU的電壓和溫度數據會上傳給域控制器,考慮實時性和通訊帶寬的要求,所以普通CAN2.0是滿足不了需求的,需升級CAN FD。


同時,我們BMS電壓可支持800V平臺。后期整車電壓會升上去的可能性,最主要之一原因:快充的要求,因為現在新能源發展最大的瓶頸就是充電的問題,快充可以通過解決提升電流或者提高電壓,提升電流會帶來一些的問題,目前比較可行的方法就是把電壓由當前的400V平臺升級到800V平臺。我們支持普通的AC充電和DC充電,同時我們也支持歐標充電,大家知道歐標充電跟普通國內標準是不一樣的,歐標是PLC通訊方式的。


這是我們主要設計的功能指標,高壓BMS我們采用的是分布式方案,這是我們控制主板的架構,控制主板BMU框架,我們采用的是5774,主板有低壓和高壓部分,針對于800V電壓平臺標準,絕緣耐壓等級一定要做到3500V以上,這是我們大概的一個架構。


這是我們的采集板,CMU框架,支持兩種方式,第一種方式我們支持普通的方案,同時如果要考慮成本的情況下,可以采用菊花鏈的方式,根據我們的經驗,目前33771B版本,最好控制在10個節點以下,超過10個節點的話,大家知道33771B衰減還是比較厲害的,超過10個節點的話整車性能保證不了。


第二個采集版支持34串電芯采樣。為什么我們會采用這樣的方式?其實整車OEM的每個電量需求是不一樣的,方案都是主推BMU和CMU。目前我們跟很多的主機廠對接下來之后基本上可以滿足85%以上OEM的電量配置需求,設計之初的時候要考慮頻臺性,靈活配置,定制化開發的產品的性價比低。現在做BMS的話門檻會很高,比如要求的功能安全,如果定制為他開發的話每一個成本會非常高,初步估計了一下,我們公司大概為BMS投入了三千萬元投入,這個投入還是非常巨大的。我們所有的開發,不管硬件還是軟件開發全是基于模塊化開發的。應用層的模塊,包括主控制,高壓回路,SOC,安全監控等等基本上都是由模塊來設計的。


48V BMS起源于歐洲,新能源還有一些安全、充電的問題,因為48V恰好彌補了這個空間,在傳統車上只需要大概一個成本5000塊錢就ok,所以我們開發了48V BMS。現在開發到1.0代,同時預研究的2.0代的,包括后面3.0代,奔馳目前在3.0代的48V系統,目前測試下來節油率已經達到了15%,做的還是比較好的。


這是功能性指標,SOC標稱是5%,其實我們測過,在我們實驗室的數據,隨著老化一定會慢慢往下降的,全壽命周期做到5%是沒有問題的。


這個是我們整個的48V的設計架構,我們采用的是S32K1XX+MC33664+MC33771方案,不算真正定義為高壓產品,考慮到產品的可靠性,避免有高壓產品串進來的,設計上做了高低壓隔壓。這是我們跟高壓架構一樣的。這是48V應用層的功能列表。


最后一塊,大概講一下我們SOC的算法,我們就應用在48V BMS上的,傳統的BMS上用的是AH積分為基礎,在此基礎上我們增加了擴展卡爾曼濾波算法,依靠電池模型對當前SOS進行校正,從而達到實時準備修整SOC的目的,確保SOC精度。


講得深入一點,就是我們怎么去做的呢?在小電流情況下采用擴展卡爾曼濾波算法,可以把積分累計誤差消除掉,當電流大于5A以上,我們會把算法切換到傳統的積分,由此可以確保算法既有AH積分算法和擴展卡爾曼濾波算法優點。擴展卡爾曼濾波采用的傳統的二階模型,EKF算法以電流和電壓為輸入,R1、R2等這些數據,當時我們測電芯的話測了四個月,在不同的溫度下,不同的倍率下要測量這些數據,大概花了50多萬,困難點不于的算法,在開發的工作量上,包括你怎么處理這些標定的模型。


這是我們當時算法,在仿真的數據精度控制在0.5%以內,這是我們整個仿真數據,實際測數據的話會在下一頁顯示,這是整個產品裝配好后測試的數據,選擇8C的復雜工況進行電池包的SOC的精度驗證,測試數據初始誤差為5%,經過10次脈沖循環之后,SOC誤差在1%以內。


我就講到這里,謝謝大家!

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