在主機廠的新車型發布會上,經常我們能聽到“新車型是基于最新的XXX純電平臺打造,具有XXX優點…”的宣傳。通常一個品牌為了通用性,只會打造一個純電平臺,然后衍生出不同的車型。
但是奧迪不同,現階段光純電平臺就有4個,分別是高性能跑車的J1平臺,也就是保時捷的Taycan的平臺;油改電的MLBevo平臺;與大眾共用的MEB平臺,即ID系列的換殼,如奧迪的純電Q4就是大眾ID.4的換殼;最后是比較先進的PPE平臺,與保時捷共同開發,首款車型是Q6,而后是A6 Avant e-tron。
圖1 奧迪4大純電平臺
e-tron GT是基于J1平臺打造的,并且是第一款搭載800V高壓系統的車型,充電5分鐘續航100km。下面主要從高壓系統、網絡架構、ADAS幾方面來梳理。
01.高壓系統
所謂的高壓系統,就是電壓在250V以上的設備。對于e-tron GT而言,其高壓系統如圖2所示,包括高壓電池、高壓Booster、充電機等。
圖2 高壓系統總覽
圖3高壓電池總覽
高壓系統中,動力電池肯定是大頭,其爆炸圖如圖3所示,順理成章,我們先來揭開它的技術細節,動力電池的基本參數:
1.模組數量為33個;
2.電芯為162s2p;
3.最大充電功率為270kW;
4.電池包重量約為650kg;
5.額定電壓為726V;
電池模組的連接方式,如圖4所示,由于e-tron GT電池分有兩層,左邊為底層的電池連接,右邊18、19、20為上層電池的連接。
圖5電池模組的連接方式
每個電池模組內部都集成一個模組控制單元,其作用是測量6個電芯的電壓、溫度,以及最大100mA的被動均衡,這意味著能量是通過電阻發熱的形式消耗。被動均衡的啟動條件是,當電池管理系統監控到電芯的電壓偏差達到20%,并且電池包的電池容量超過30%。
模組控制器安裝在模組橫向靠縱梁的位置,如圖6所示。
圖6模組之間連接,以及控制器的安裝位置
每個模組內部由12個電芯組成,連接方式為6串2并,每個電芯的額定電壓為3.65V,容量為66Ah,那模組的對外電壓為21.9V,如圖7所示。
圖7模組內部
高壓Booster
高壓booster是車輛內部電壓的轉換模塊,也是能量分配模塊,如圖8所示。
圖8 高壓booster
它具有三條電壓轉換鏈路:
1.將400V轉為800V的鏈路,主要是用于當外部充電樁為400V時,需要將其轉換為800V作為動力電池的輸入電壓。
其升壓原理是一個電荷泵,將電容器串聯起來,示意圖如圖9所示。
圖9400V升800V示意圖
2.將800V轉為400V的鏈路,因為除了動力電池之外,其他高壓部件均為400V,包括空調壓縮機、電驅動力總成等。
3.將800V轉為12V,給低壓蓄電池充電以及電壓用電器供電,這不僅是在車輛使用過程中起作用,當車輛停在停車場很長時間時,通常會出現電壓蓄電池虧電,給車主帶來麻煩,e-tron GT上做了個人性化的處理,當系統檢測到蓄電池電壓過低時,并且動力電池電壓大于10%,高壓booster會自動啟動給低壓蓄電池充電,并且蓄電池饋電尷尬的場景。
總體來說,整個高壓系統的技術比較中規中矩,在800V高壓部件中,也僅有充電鏈路是支持的,其他高壓部件還是沿用400V,不像現代的IONIQ 5的高壓系統(如圖10所示),基本是一步到位,全部800V。
這一點可能也可以看出,德國造車比較穩健、保守,新技術是一步一步上的,但是在當前車型也是快速迭代的背景下,這種節湊可能已經不適應了,這一點從大眾的ID系列也可以看的出,一打開車門,看到座艙,總感覺回到了諾基亞時代。
圖10現代的IONIQ 5的高壓系統
02.低壓12V蓄電池
e-torn GT除了是奧迪第一款使用800V充電系統之外,也是第一款低壓蓄電池采用鋰電池(磷酸鐵鋰電池)的車型,與傳統的鉛酸蓄電池相比,其具有:
1.重量減少,與同等容量的鉛酸蓄電池相比,重量減少約50%;
2.使用壽命延長2.5倍,循環穩定性高7倍;
3.顯著提高電壓穩定性;
4.體積相比鉛酸電池減少約20%;
蓄電池內部共集成8個電芯,以4串2的方式連接,每個電芯的額定電壓為3.3V, 那蓄電池的額定電壓為13.2V。電池的控制單元被安裝在電池外殼頂部,并且控制線路與供電線路是分開的,而特斯拉的則是將控制板集成到內部,并且控制線路與供電線路集成到一個接插件中,相比而言,特斯拉的集成度更高。
圖11特斯拉的12V蓄電池
圖13e-torn GT的12V蓄電池
12V蓄電池在不同電壓水平時的運行策略:
1.當電壓大于15.5V,并且持續120s,電池將不允許充電,直到電壓降到15.5V以下;
2.當電壓小于10V,不在對外供電,當充電鏈路打開后,才會重新進行低壓供電;
3.當電池電壓小于8V,認為電池已經損壞,需要更換;
12V蓄電池的充電鏈路是:動力電池的800V經高壓booster,轉換為12V,為12V蓄電池充電,如14所示。
圖1412V蓄電池的充電鏈路
除此之外,上文也提到了,在車輛靜置時,當低壓蓄電池的容量低于一定值時,動力電池會自動激活為12V蓄電池充電的策略。
其具體的邏輯是當12V蓄電池的容量小于8Ah,并且動力電池的SOC大于10%,充電鏈路被激活,當12V蓄電池的電量達到20Ah,或者充了30分鐘,充電鏈路會斷開。在長時間靜置的過程中,這個鏈路最多被激活8次。
03.網絡架構
網絡架構是一個車輛的電氣骨架,用于車載控制器控制流的交互。e-torn GT的網絡架構主要由幾個局域網絡構成,包括舒適CAN網絡、舒適CAN2網絡、擴展CAN網絡等。
舒適CAN網絡
該網絡主要是用于車門、后備箱、防盜、座椅等的控制,局域網的架構如圖14所示,該網絡以500kbp的CAN總線為主。
其中J136是座椅控制單元,與轉向柱聯動;J223是電動擾流板控制單元;J386是車門控制單元;J926是后座車門控制單元;J387是前排乘客車門控制單元;J393是舒適控制單元;G578是防盜傳感器;H12是警報器喇叭;J938是后尾箱電機控制單元;J521是前排乘客控制單元,J533是數據總線診斷單元,J453是方向盤控制單元。J605是后尾箱控制單元。
圖15 舒適CAN網絡
舒適CAN2網絡
舒適CAN2 網絡主要是車輛附件的控制,包括后視鏡、大燈、雨刮、座椅通風等,以LIN總線為主,如圖16所示。
其中J519為板載供電控制單元;EX5為后視鏡;G397為雨水和燈光傳感器;J866為電動可調轉向柱的控制單元;MX1/MX2分別為前左右大燈;J979為制熱和空調控制器等。
圖16舒適CAN2網絡
擴展CAN網絡
擴展CAN網絡主要連接胎壓檢測控制J502、變道輔助控制單元J769/770、倒車攝像系統控制單元J772、夜視系統的控制單元J853、引擎聲浪模擬控制單元J1167/J1177。
圖17擴展CAN網絡
Flexray網絡
Flexray網絡主要用于底盤線控,主要還是因為Flexray總線的安全性以及可靠性,而在國內,目前底盤線控主要還是基于CAN來做的。話不多說,直接上拓撲圖,如圖18所示。
其中J104是車身穩定裝置,是ADAS線控制動的一部分。J234是氣囊控制單元,J500是EPS電動助力轉向。J527是轉向柱控制單元,J539是博世的iBooster。J1121是ADAS控制單元,1-12是超聲波傳感器。J1019是后輪轉向控制。J1234是前軸電驅動,J1235是后軸電驅動。J428為自適應巡航ECU,與主雷達相連,J1088為前左雷達,J1089為前右雷達。J769為變道輔助單元,J770為左后雷達。
圖18 Flexray網絡
診斷CAN/以太網網絡
該網絡主要連接OBD口,用于通過診斷讀取內部數據,包括故障碼、配置參數等,另外也可以刷新內部控制器的軟件,由于有些控制器軟件很大,所以現在大部分車都引入了基于以太網的診斷鏈路。
該網絡中J533為網關,J794為Infotainment單元,J949為E-call。下圖中J898為AR HUD。
圖19 診斷CAN/ETH網絡
總體來說,整個網絡架構并沒有什么新穎的地方,也沒有去繼承大哥ID系列的中央域控架構,中規中矩。
04.ADAS系統
從功能性來看,e-torn上的ADAS系統為普通的L2級駕駛輔助系統,與2017版的A6/A7/A8/Q7/Q8上的完全一致,包括自適應巡航、泊車輔助、城市輔助等功能,也沒啥可梳理的,直接上一張整體的架構圖供大家參考吧,如圖20所示。
其中G203-G206、G252-G255、G568-G717是12個超聲波傳感器;J1121連接為ADAS控制單元,R243-R246是360全景4個攝像頭,J685為中控顯示屏,J104為ESC,J794為Infotainment單元。
圖20 ADAS系統架構圖
05.總結
總體而言,在當前新技術層出不窮的背景下,從技術層面來說,像e-tron這種性能車,技術都中規中矩,并沒有亮眼的地方,不像國產品牌,在新技術的應用上都很激進。雖然是老品牌,在新時代,不能吃老本了。
審核編輯 :李倩
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原文標題:奧迪首款800V車型技術總覽
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