TI博文--通过主机自动反向唤醒功能节省 HEV/EV 的电池电量

1万 · 2020-12-14 18:48

随着越来越多的车辆实现电气化，通过高精度电池监控实现最高级别的功能安全变得至关重要。但是，为了提高电池监控精度，汽车的电池管理系统必须实时高效运转，以监控其中每节电池的性能。

在典型的混合动力汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 配置中，电池管理单元 (BMU) 由一个 12V 的电池供电。为了支持遥控免钥匙进入、安全和电池监控等功能，即使在汽车停车或熄火时，电池也要持续供电。停车后，为了确保电池处于正常状态，微控制器 (MCU) 必须定期唤醒，查看高电压电池组是否出现故障。这种定期唤醒会消耗电流，并可能导致 12V 电池过早将电量放完。

现在，设计工程师和汽车制造商可考虑通过全新的主机自动反向唤醒功能关闭主机 MCU，转而依靠电源管理集成电路 (PMIC) 保持低功耗模式运行并节省 12V 电池的电量。

1万 · 2020-12-14 18:48

了解具有故障唤醒功能的电池设计

如图 1 所示，电动汽车电池组可堆叠至 800V 及以上，从而满足交流电机的负载要求。这些电池组由数百个串联堆叠的电池组成。分布式电池组系统通过在单独的印刷电路板（称为电池感应单元）上连接多个高精度电池监控器，支持包含多节电池的电池组。

BMU 板包括主机 MCU 及电源（PMIC 或系统芯片 [SBC]）和通信接口，该通信接口将 MCU 与电池监控单元上的电池监控器件相连，然后电池监控器件连接实际的电池。该设计支持环形连接，可在电缆发生故障时改变菊花链通信方向。主机 MCU 通过控制器局域网总线与汽车的控制单元连接。通过有效地监控每节电池，电动汽车的 MCU 可确保每节电池都正常运行。

图 1：电池管理系统简图

1万 · 2020-12-14 19:29

通过 TI 的电池监控器和平衡器提高准确性

TI 的 BQ79616-Q1 电池监控器和平衡器可以持续监控高电压电池，即使是在睡眠模式下也是如此。如果电池出现故障，BQ79616-Q1 会通过菊花链配置将故障信息传输到 BQ79600-Q1 通信接口。继而，BQ79600-Q1 被唤醒并命令 PMIC 和 MCU 进入唤醒状态。MCU 无需定期自行唤醒，可以依靠 BQ79616-Q1 监控器唤醒。因此，通过 BQ79600-Q1 以及 BQ79616-Q1 的主机自动反向唤醒功能，可以将 MCU 关闭并让其 PMIC 进入低功耗模式，从而大幅减少 12V 电池的电流消耗，并节省电池电量。

如图 2 所示，当 BQ79616-Q1 处于睡眠模式（低功耗运行模式）时，仍在检测是否出现电池过热和欠温、电池过压和欠压以及热敏电阻过热和欠温故障。由于在睡眠模式下无法进行通信，因此该器件提供了一个可通过心跳（器件处于正常状态）和故障（器件处于故障状态）音调传输故障状态信号的选项。

这些音调的传输方向与通信命令帧的传输方向相同。与通信音调不同的是，心跳和故障音调都是定期传输。心跳和故障音调接收器始终处于睡眠模式。为了使音调信号返回到基本器件（以触发 NFAULT），必须采用一个环形架构来支持在睡眠模式下传输故障状态信号。BQ79600-Q1 监听器会在检测到故障音调后自行进入验证模式，以检查是否真的出现故障。如果出现故障，BQ79600-Q1 将触发 INH 引脚，该高电压输出引脚会施加电压以启用 PMIC。

图 2：通过 TI 电池监控器和平衡器实现主机自动反向唤醒

1万 · 2020-12-14 19:31

结束语

BQ79616-Q1 系列电池监控器和平衡器支持主机自动反向唤醒功能，因此可关闭主机 MCU 并让电源进入超低功耗模式，同时 BQ79600-Q1 监控堆叠的电池监控器件是否出现故障。如果 BQ79600-Q1 或堆叠的 BQ79616-Q1 检测到实际故障，BQ79600-Q1 将通过 INH 引脚唤醒 SBC，进而唤醒 MCU。这种设计可节省 12V 电池电量，而且即使在电动汽车停车或熄火时，也能满足监控电池是否出现过压、欠压、过热、欠温、热敏电阻过热和欠温等故障的功能安全要求。

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