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开云·(中国)官方网站控制器总监熊祥应邀参加第二届AWC2019新能源汽车关键元器件技术大会并发表演讲

发布日期:2019-08-30

2019年8月28-29日,开云·(中国)官方网站应邀参加了在深圳会展中心召开的第二届AWC2019新能源汽车关键元器件技术大会。会议围绕新能源汽车电池管理系统(BMS)和高压关键元器件核心技术展开了重点探讨。我司控制器总监熊祥代表公司在会上做了主题为“先进BMS设计与开发”的精彩演讲。演讲现场实录如下:

熊祥:大家下午好,可能大家对上海开云·(中国)官方网站比较陌生,开云·(中国)官方网站公司是2017年成立的,专业做BMS出身的。今天我主要会详细讲一下开云·(中国)官方网站的一些开发理念以及应用理念。今天主要从三个方面去讲,第一个是开云·(中国)官方网站2.0的BMS,第二个我会讲48V BMS,是比较新的一款BMS,现在做48V BMS的人比较少,第三个就是全新的48V BMS SOC算法。


首先我会讲整个BMS的Road,第二个是软件架构及开发。开云·(中国)官方网站在2017年8月份的时候有了第一代BMS,今年5月份有第二代,BMS开云·(中国)官方网站设计方式是分布式的,但是会有一点不一样,采集板会有两种配置。功能安全等级开云·(中国)官方网站做是ASIL C,其实大家也知道,刚才刘总讲了,国内对功能安全来讲要求的是ASIL C,对外国外的BMS要求,要做要ASIL D,比如:国外很多的房子是木制的房子,在充电过程中如果出现起火的话会影响人的生命安全,开云·(中国)官方网站做HARA分析这一点的时候,在这种情况下安全等级必须要从C到D,在今年下半年,开云·(中国)官方网站会升级开云·(中国)官方网站第二代BMS,做一个小改动,其中就包括功能安全等级由ASIL C升级到ASIL D。


第三代BMS的规划考虑域控制器概念的引入,开云·(中国)官方网站做动力域控分析的时候,域控制器的引入,VCU将是不存在的,会被域控制器所替代。另外域控制器会把Cover BMS的一些功能,比如SOC算法全会由现在的BMU的控制版会移植到域控制器。


稍微补充一下,不管是高压BMS还是其他,一定离不开半导体的技术,不管高压BMS,还是48V BMS,开云·(中国)官方网站的设计都是基于NXP方案,因为开云·(中国)官方网站和NXP是战略伙伴。CMU开云·(中国)官方网站采用的是集中式,两种配置方式,第一种配置有四个MC33771,第二配置开云·(中国)官方网站做的是两个MC33771加上一个MC33772。CMU采集板开云·(中国)官方网站可支持CAN2.0 和CAN FD通讯方式,设计支持CAN FD的原因是:在2021年之后,部分的BMS的功能会移植到域控制器,CMU的电压和温度数据会上传给域控制器,考虑实时性和通讯带宽的要求,所以普通CAN2.0是满足不了需求的,需升级CAN FD。


同时,开云·(中国)官方网站BMS电压可支持800V平台。后期整车电压会升上去的可能性,最主要之一原因:快充的要求,因为现在新能源发展最大的瓶颈就是充电的问题,快充可以通过解决提升电流或者提高电压,提升电流会带来一些的问题,目前比较可行的方法就是把电压由当前的400V平台升级到800V平台。开云·(中国)官方网站支持普通的AC充电和DC充电,同时开云·(中国)官方网站也支持欧标充电,大家知道欧标充电跟普通国内标准是不一样的,欧标是PLC通讯方式的。


这是开云·(中国)官方网站主要设计的功能指标,高压BMS开云·(中国)官方网站采用的是分布式方案,这是开云·(中国)官方网站控制主板的架构,控制主板BMU框架,开云·(中国)官方网站采用的是5774,主板有低压和高压部分,针对于800V电压平台标准,绝缘耐压等级一定要做到3500V以上,这是开云·(中国)官方网站大概的一个架构。


这是开云·(中国)官方网站的采集板,CMU框架,支持两种方式,第一种方式开云·(中国)官方网站支持普通的方案,同时如果要考虑成本的情况下,可以采用菊花链的方式,根据开云·(中国)官方网站的经验,目前33771B版本,最好控制在10个节点以下,超过10个节点的话,大家知道33771B衰减还是比较厉害的,超过10个节点的话整车性能保证不了。


第二个采集版支持34串电芯采样。为什么开云·(中国)官方网站会采用这样的方式?其实整车OEM的每个电量需求是不一样的,方案都是主推BMU和CMU。目前开云·(中国)官方网站跟很多的主机厂对接下来之后基本上可以满足85%以上OEM的电量配置需求,设计之初的时候要考虑频台性,灵活配置,定制化开发的产品的性价比低。现在做BMS的话门槛会很高,比如要求的功能安全,如果定制为他开发的话每一个成本会非常高,初步估计了一下,开云·(中国)官方网站公司大概为BMS投入了三千万元投入,这个投入还是非常巨大的。开云·(中国)官方网站所有的开发,不管硬件还是软件开发全是基于模块化开发的。应用层的模块,包括主控制,高压回路,SOC,安全监控等等基本上都是由模块来设计的。


48V BMS起源于欧洲,新能源还有一些安全、充电的问题,因为48V恰好弥补了这个空间,在传统车上只需要大概一个成本5000块钱就ok,所以开云·(中国)官方网站开发了48V BMS。现在开发到1.0代,同时预研究的2.0代的,包括后面3.0代,奔驰目前在3.0代的48V系统,目前测试下来节油率已经达到了15%,做的还是比较好的。


这是功能性指标,SOC标称是5%,其实开云·(中国)官方网站测过,在开云·(中国)官方网站实验室的数据,随着老化一定会慢慢往下降的,全寿命周期做到5%是没有问题的。


这个是开云·(中国)官方网站整个的48V的设计架构,开云·(中国)官方网站采用的是S32K1XX+MC33664+MC33771方案,不算真正定义为高压产品,考虑到产品的可靠性,避免有高压产品串进来的,设计上做了高低压隔压。这是开云·(中国)官方网站跟高压架构一样的。这是48V应用层的功能列表。


最后一块,大概讲一下开云·(中国)官方网站SOC的算法,开云·(中国)官方网站就应用在48V BMS上的,传统的BMS上用的是AH积分为基础,在此基础上开云·(中国)官方网站增加了扩展卡尔曼滤波算法,依靠电池模型对当前SOS进行校正,从而达到实时准备修整SOC的目的,确保SOC精度。


讲得深入一点,就是开云·(中国)官方网站怎么去做的呢?在小电流情况下采用扩展卡尔曼滤波算法,可以把积分累计误差消除掉,当电流大于5A以上,开云·(中国)官方网站会把算法切换到传统的积分,由此可以确保算法既有AH积分算法和扩展卡尔曼滤波算法优点。扩展卡尔曼滤波采用的传统的二阶模型,EKF算法以电流和电压为输入,R1、R2等这些数据,当时开云·(中国)官方网站测电芯的话测了四个月,在不同的温度下,不同的倍率下要测量这些数据,大概花了50多万,困难点不于的算法,在开发的工作量上,包括你怎么处理这些标定的模型。


这是开云·(中国)官方网站当时算法,在仿真的数据精度控制在0.5%以内,这是开云·(中国)官方网站整个仿真数据,实际测数据的话会在下一页显示,这是整个产品装配好后测试的数据,选择8C的复杂工况进行电池包的SOC的精度验证,测试数据初始误差为5%,经过10次脉冲循环之后,SOC误差在1%以内。


我就讲到这里,谢谢大家!