通過(guò)主機(jī)自動(dòng)反向喚醒功能節(jié)省HEV/EV的電池電量

隨著越來(lái)越多的車輛實(shí)現(xiàn)電氣化，通過(guò)高精度電池監(jiān)控實(shí)現(xiàn)最高級(jí)別的功能安全變得至關(guān)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(shí)時(shí)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，以監(jiān)控其中每節(jié)電池的性能。

在典型的混合動(dòng)力汽車 (HEV) 和電動(dòng)汽車 (EV) 配置中，電池管理單元 (BMU) 由一個(gè) 12V 的電池供電。為了支持遙控免鑰匙進(jìn)入、安全和電池監(jiān)控等功能，即使在汽車停車或熄火時(shí)，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(huì)消耗電流，并可能導(dǎo)致 12V 電池過(guò)早將電量放完。

現(xiàn)在，設(shè)計(jì)工程師和汽車制造商可考慮通過(guò)全新的主機(jī)自動(dòng)反向喚醒功能關(guān)閉主機(jī) MCU，轉(zhuǎn)而依靠電源管理集成電路 (PMIC) 保持低功耗模式運(yùn)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(shè)計(jì)

如圖 1 所示，電動(dòng)汽車電池組可堆疊至 800V 及以上，從而滿足交流電機(jī)的負(fù)載要求。這些電池組由數(shù)百個(gè)串聯(lián)堆疊的電池組成。分布式電池組系統(tǒng)通過(guò)在單獨(dú)的印刷電路板（稱為電池感應(yīng)單元）上連接多個(gè)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(jī) 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(shí)際的電池。該設(shè)計(jì)支持環(huán)形連接，可在電纜發(fā)生故障時(shí)改變菊花鏈通信方向。主機(jī) MCU 通過(guò)控制器局域網(wǎng)總線與汽車的控制單元連接。通過(guò)有效地監(jiān)控每節(jié)電池，電動(dòng)汽車的 MCU 可確保每節(jié)電池都正常運(yùn)行。

圖 1：電池管理系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

通過(guò) TI 的電池監(jiān)控器和平衡器提高準(zhǔn)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(huì)通過(guò)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(jìn)入喚醒狀態(tài)。MCU 無(wú)需定期自行喚醒，可以依靠 BQ79616-Q1 監(jiān)控器喚醒。因此，通過(guò) BQ79600-Q1 以及 BQ79616-Q1 的主機(jī)自動(dòng)反向喚醒功能，可以將 MCU 關(guān)閉并讓其 PMIC 進(jìn)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(dāng) BQ79616-Q1 處于睡眠模式（低功耗運(yùn)行模式）時(shí)，仍在檢測(cè)是否出現(xiàn)電池過(guò)熱和欠溫、電池過(guò)壓和欠壓以及熱敏電阻過(guò)熱和欠溫故障。由于在睡眠模式下無(wú)法進(jìn)行通信，因此該器件提供了一個(gè)可通過(guò)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(diào)傳輸故障狀態(tài)信號(hào)的選項(xiàng)。

這些音調(diào)的傳輸方向與通信命令幀的傳輸方向相同。與通信音調(diào)不同的是，心跳和故障音調(diào)都是定期傳輸。心跳和故障音調(diào)接收器始終處于睡眠模式。為了使音調(diào)信號(hào)返回到基本器件（以觸發(fā) NFAULT），必須采用一個(gè)環(huán)形架構(gòu)來(lái)支持在睡眠模式下傳輸故障狀態(tài)信號(hào)。BQ79600-Q1 監(jiān)聽(tīng)器會(huì)在檢測(cè)到故障音調(diào)后自行進(jìn)入驗(yàn)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(huì)施加電壓以啟用 PMIC。

圖 2：通過(guò) TI 電池監(jiān)控器和平衡器實(shí)現(xiàn)主機(jī)自動(dòng)反向喚醒

結(jié)束語(yǔ)

BQ79616-Q1 系列電池監(jiān)控器和平衡器支持主機(jī)自動(dòng)反向喚醒功能，因此可關(guān)閉主機(jī) MCU 并讓電源進(jìn)入超低功耗模式，同時(shí) 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(cè)到實(shí)際故障，BQ79600-Q1 將通過(guò) INH 引腳喚醒 SBC，進(jìn)而喚醒 MCU。這種設(shè)計(jì)可節(jié)省 12V 電池電量，而且即使在電動(dòng)汽車停車或熄火時(shí)，也能滿足監(jiān)控電池是否出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、欠溫、熱敏電阻過(guò)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(píng)估模塊用戶指南》。
• 閱讀以下白皮書(shū)：
  • 《電動(dòng)汽車電池管理中的有線通信與無(wú)線通信》。
  • 《實(shí)現(xiàn)汽車電氣化的電池管理功能安全注意事項(xiàng)》。