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      2021 IAS展
      電子元件

      通過主機自動反向喚醒功能,節省混合動力汽車/電動汽車的電池電量!

        2021年01月12日  

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

        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。為了支持遙控鑰匙輸入、安全和電池監控等功能,即使在汽車停車或熄火時,電池也要持續供電。停車后,為了確保電池處于正常狀態,微控制器(MCU)必須被定期喚醒,查看高電壓電池組是否出現故障。這種定期喚醒會消耗電量,并可能導致12V電池過早將電量放完。

        現在,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電壓達到800V及以上,從而滿足交流電機的負載要求。這些電池組由數百個串聯堆疊的電池組成。分布式電池組系統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控器,支持包含多節電池的電池組。

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

      圖1:電池管理系統簡圖

      通過TI的電池監控器和平衡器提高準確性

        TI的BQ79616-Q1 電池監控器和平衡器可以持續監控高電壓電池,即使是在睡眠模式下也是如此。如果電池出現故障,BQ79616-Q1 會通過菊花鏈配置將故障信息傳輸到 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。MCU無需定期自行喚醒,可以依靠 BQ79616-Q1 監控器喚醒。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,它仍在檢測電池單元是否出現過熱和欠溫、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)和故障(器件處于故障狀態)音調傳輸故障狀態信號的選項。

        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NFAULT狀態),必須采用一個環形架構以支持在睡眠模式下傳輸故障狀態信號。BQ79600-Q1 監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故障。如果出現故障,BQ79600-Q1 將觸發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電池監控器和平衡器實現主機自動反向喚醒

      結論

        BQ79616-Q1 系列電池監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 監控堆疊的電池監控器件是否出現故障。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,也能滿足監控電池單元是否出現過壓、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。

      標簽:德州儀器 TI我要反饋
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