隨著越來越多的車輛實現(xiàn)電氣化，通過高精度電池監(jiān)控實現(xiàn)最高級別的功能安全變得至關重要。但是，為了提高電池監(jiān)控精度，汽車的電池管理系統(tǒng)必須實時高效運轉，以監(jiān)控其中每節(jié)電池的性能。

在典型的混合動力汽車 (HEV) 和電動汽車 (EV) 配置中，電池管理單元 (BMU) 由一個 12V 的電池供電。為了支持遙控免鑰匙進入、安全和電池監(jiān)控等功能，即使在汽車停車或熄火時，電池也要持續(xù)供電。停車后，為了確保電池處于正常狀態(tài)，微控制器 (MCU) 必須定期喚醒，查看高電壓電池組是否出現(xiàn)故障。這種定期喚醒會消耗電流，并可能導致 12V 電池過早將電量放完。

現(xiàn)在，設計工程師和汽車制造商可考慮通過全新的主機自動反向喚醒功能關閉主機 MCU，轉而依靠電源管理集成電路 (PMIC) 保持低功耗模式運行并節(jié)省 12V 電池的電量。

了解具有故障喚醒功能的電池設計

如圖 1 所示，電動汽車電池組可堆疊至 800V 及以上，從而滿足交流電機的負載要求。這些電池組由數(shù)百個串聯(lián)堆疊的電池組成。分布式電池組系統(tǒng)通過在單獨的印刷電路板（稱為電池感應單元）上連接多個高精度電池監(jiān)控器，支持包含多節(jié)電池的電池組。

BMU 板包括主機 MCU 及電源（PMIC 或系統(tǒng)芯片 [SBC]）和通信接口，該通信接口將 MCU 與電池監(jiān)控單元上的電池監(jiān)控器件相連，然后電池監(jiān)控器件連接實際的電池。該設計支持環(huán)形連接，可在電纜發(fā)生故障時改變菊花鏈通信方向。主機 MCU 通過控制器局域網(wǎng)總線與汽車的控制單元連接。通過有效地監(jiān)控每節(jié)電池，電動汽車的 MCU 可確保每節(jié)電池都正常運行。

圖 1：電池管理系統(tǒng)簡圖

通過 TI 的電池監(jiān)控器和平衡器提高準確性

TI 的 BQ79616-Q1 電池監(jiān)控器和平衡器可以持續(xù)監(jiān)控高電壓電池，即使是在睡眠模式下也是如此。如果電池出現(xiàn)故障，BQ79616-Q1 會通過菊花鏈配置將故障信息傳輸?shù)?BQ79600-Q1 通信接口。繼而，BQ79600-Q1 被喚醒并命令 PMIC 和 MCU 進入喚醒狀態(tài)。MCU 無需定期自行喚醒，可以依靠 BQ79616-Q1 監(jiān)控器喚醒。因此，通過 BQ79600-Q1 以及 BQ79616-Q1 的主機自動反向喚醒功能，可以將 MCU 關閉并讓其 PMIC 進入低功耗模式，從而大幅減少 12V 電池的電流消耗，并節(jié)省電池電量。

如圖 2 所示，當 BQ79616-Q1 處于睡眠模式（低功耗運行模式）時，仍在檢測是否出現(xiàn)電池過熱和欠溫、電池過壓和欠壓以及熱敏電阻過熱和欠溫故障。由于在睡眠模式下無法進行通信，因此該器件提供了一個可通過心跳（器件處于正常狀態(tài)）和故障（器件處于故障狀態(tài)）音調傳輸故障狀態(tài)信號的選項。

這些音調的傳輸方向與通信命令幀的傳輸方向相同。與通信音調不同的是，心跳和故障音調都是定期傳輸。心跳和故障音調接收器始終處于睡眠模式。為了使音調信號返回到基本器件（以觸發(fā) NFAULT），必須采用一個環(huán)形架構來支持在睡眠模式下傳輸故障狀態(tài)信號。BQ79600-Q1 監(jiān)聽器會在檢測到故障音調后自行進入驗證模式，以檢查是否真的出現(xiàn)故障。如果出現(xiàn)故障，BQ79600-Q1 將觸發(fā) INH 引腳，該高電壓輸出引腳會施加電壓以啟用 PMIC。

圖 2：通過 TI 電池監(jiān)控器和平衡器實現(xiàn)主機自動反向喚醒

結束語

BQ79616-Q1 系列電池監(jiān)控器和平衡器支持主機自動反向喚醒功能，因此可關閉主機 MCU 并讓電源進入超低功耗模式，同時 BQ79600-Q1 監(jiān)控堆疊的電池監(jiān)控器件是否出現(xiàn)故障。如果 BQ79600-Q1 或堆疊的 BQ79616-Q1 檢測到實際故障，BQ79600-Q1 將通過 INH 引腳喚醒 SBC，進而喚醒 MCU。這種設計可節(jié)省 12V 電池電量，而且即使在電動汽車停車或熄火時，也能滿足監(jiān)控電池是否出現(xiàn)過壓、欠壓、過熱、欠溫、熱敏電阻過熱和欠溫等故障的功能安全要求。

其他資源

• 查閱《BQ79616-Q1、BQ75614-Q1 和 BQ79656-Q1 評估模塊用戶指南》。
• 閱讀以下白皮書：
  • 《電動汽車電池管理中的有線通信與無線通信》。
  • 《實現(xiàn)汽車電氣化的電池管理功能安全注意事項》。