內容概覽

 

1 電動汽車對電池管理係統的要求

 

不斷變化的市場條件將催生更嚴苛的安全要求標準。

 

2 監測電池電壓和溫度

 

高精度電池監測器有助於確保滿足更嚴格的功能安全標準。

 

3 冗餘設計

 

冗餘通信協議可提供容錯機製

，並確保電池組的正常運行和安全狀態。

 

電動汽車對電池管理係統的要求

 

全世界的交通運輸行業正在經曆一場革命。在過去 20 年裏， 鋰離子電池技術的進步使人們有望在未來將電力儲存在電池組中，為汽車
、摩托車、卡車和公共汽車提供動力。

 

同(tong)時(shi)

，世(shi)界(jie)上(shang)的(de)許(xu)多(duo)地(di)區(qu)都(dou)高(gao)度(du)重(zhong)視(shi)能(neng)源(yuan)經(jing)濟(ji)的(de)去(qu)碳(tan)化(hua)。在(zai)電(dian)網(wang)發(fa)電(dian)層(ceng)麵(mian)降(jiang)低(di)汽(qi)車(che)能(neng)源(yuan)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)排(pai)放(fang)要(yao)比(bi)在(zai)汽(qi)車(che)層(ceng)麵(mian)上(shang)容(rong)易(yi)得(de)多(duo)。要(yao)實(shi)現(xian)去(qu)碳(tan)化(hua)目(mu)標(biao)
，就(jiu)需(xu)要(yao)大(da)多(duo)數(shu)交(jiao)通(tong)運(yun)輸(shu)係(xi)統(tong)都(dou)實(shi)現(xian)電(dian)氣(qi)化(hua)。隨(sui)著(zhe)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che) (EV) 計劃產量的提高
，其開發和生產成本將會分攤到更多電動汽車上，這意味著電動汽車價格將快速下滑，不斷接近內燃機 (ICE) 汽車的價格。

 

乘用車電池係統的安全注意事項涉及多個方麵。其中，重要的傳統電氣安全注意事項旨在防止生產工人、車主
、機(ji)械(xie)師(shi)和(he)車(che)輛(liang)回(hui)收(shou)人(ren)員(yuan)暴(bao)露(lu)在(zai)高(gao)電(dian)壓(ya)下(xia)或(huo)受(shou)到(dao)電(dian)擊(ji)。機(ji)械(xie)方(fang)麵(mian)的(de)注(zhu)意(yi)事(shi)項(xiang)旨(zhi)在(zai)防(fang)止(zhi)電(dian)池(chi)被(bei)刺(ci)穿(chuan)和(he)受(shou)到(dao)撞(zhuang)擊(ji)損(sun)壞(huai)
，以(yi)及(ji)解(jie)決(jue)電(dian)池(chi)內(nei)的(de)液(ye)體(ti)和(he)氣(qi)體(ti)可(ke)能(neng)會(hui)從(cong)電(dian)池(chi)中(zhong)泄(xie)漏(lou)或(huo)排(pai)出(chu)的(de)問(wen)題(ti)。考(kao)慮(lv)到(dao)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)隻(zhi)有(you)在(zai)比(bi)ICE車輛溫度更嚴苛的溫度範圍內才能安全地、最高效地工作
，關於電池組設計的注意事項也包含了熱安全注意事項。此外
，電氣係統的功能安全注意事項可在車輛使 用或充電時保持電池安全運行。

 

監測電池電壓和溫度

 

鋰離子電池（如圖 1 所示）xuyaozaiyidingdewenduhegongzuodianyafanweineigongzuo，cainengshixianzhuoyuexingnengheanquanyunxing。meizhonglilizidianchidehuaxuechengfenduiyingbutongdefanwei。ruguochaochucifanwei
，dianchineibukenenghuifashengbuliangdefuzuoyong，congerdaozhiguoduzifare
，shenzhikenengdaozhineibuchangshijianduanlu。guoduzifareheneibuduanlushireshikongliansuofanyingdediyibu，zuizhonghuidailaianquanyinhuan。weileshidianchizuweichizaianquandegongzuofanweinei
，dianchijiancezhuanyongjichengdianlu (ASIC) 會測量電壓、溫度和電流並將有關信息傳輸到電池控製單元。

 

圖 1.電動汽車中的電池組。

 

在電動乘用車中
，可能需要測量 16 塊
、96 塊、128 塊或更多電池。商用車中的電池總數則可能是這些數量的兩倍。這種大型係統有許多印刷電路板 (PCB) 連接，其中電池和監測 ASIC 之間的連接或不同 ASIC 之zhi間jian的de通tong信xin連lian接jie可ke能neng會hui發fa生sheng故gu障zhang。因yin此ci，可ke能neng會hui出chu現xian傳chuan感gan器qi輸shu入ru開kai路lu或huo通tong信xin中zhong斷duan的de情qing況kuang。如ru果guo沒mei有you必bi要yao的de測ce量liang和he通tong信xin
，電dian池chi控kong製zhi係xi統tong便bian會hui“失明”，再也無法管理電池組中電池的狀態。

 

檢測和解決障礙（如通信故障或電池傳感器連接故障等）以yi避bi免mian危wei險xian事shi件jian是shi功gong能neng安an全quan的de一yi部bu分fen。功gong能neng安an全quan亦yi是shi與yu預yu防fang和he減jian輕qing由you電dian子zi係xi統tong故gu障zhang引yin起qi的de潛qian在zai危wei險xian事shi件jian有you關guan的de綜zong合he安an全quan的de一yi部bu分fen。在zai汽qi車che行xing業ye中zhong，國guo際ji標biao準zhun化hua組zu織zhi (ISO) 26262 係列道路車輛功能安全標準定義了用於開發乘用車、卡車、公共汽車和摩托車安全相關係統的最新技術和功能安全最佳實踐。

 

在(zai)有(you)些(xie)汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)中(zhong)
，功(gong)能(neng)喪(sang)失(shi)不(bu)會(hui)導(dao)致(zhi)危(wei)險(xian)。如(ru)果(guo)這(zhe)類(lei)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)狀(zhuang)態(tai)會(hui)讓(rang)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)關(guan)閉(bi)，並(bing)通(tong)過(guo)儀(yi)表(biao)板(ban)燈(deng)或(huo)其(qi)他(ta)指(zhi)示(shi)器(qi)提(ti)醒(xing)駕(jia)駛(shi)員(yuan)。但(dan)是(shi)
，在(zai)有(you)些(xie)係(xi)統(tong)中(zhong)，故(gu)障(zhang)或(huo)功(gong)能(neng)喪(sang)失(shi)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)危(wei)險(xian)事(shi)件(jian)。對(dui)於(yu)無(wu)法(fa)簡(jian)單(dan)關(guan)閉(bi)的(de)係(xi)統(tong)，安(an)全(quan)目(mu)標(biao)可(ke)能(neng)包(bao)括(kuo)指(zhi)定(ding)“安全相關可用性”要求。在這種情況下，可能需要係統在一段時間內具有某類故障容錯機製，以避免發生危險事件。

 

這(zhe)裏(li)的(de)安(an)全(quan)相(xiang)關(guan)可(ke)用(yong)性(xing)是(shi)指(zhi)，係(xi)統(tong)即(ji)使(shi)是(shi)在(zai)定(ding)義(yi)的(de)故(gu)障(zhang)條(tiao)件(jian)下(xia)
，也(ye)能(neng)在(zai)特(te)定(ding)時(shi)間(jian)段(duan)內(nei)提(ti)供(gong)安(an)全(quan)功(gong)能(neng)。換(huan)言(yan)之(zhi)，這(zhe)種(zhong)安(an)全(quan)係(xi)統(tong)必(bi)須(xu)在(zai)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)具(ju)有(you)故(gu)障(zhang)容(rong)錯(cuo)機(ji)製(zhi)。這(zhe)種(zhong)故(gu)障(zhang)容(rong)錯(cuo)機(ji)製(zhi)使(shi)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)在(zai)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)安(an)全(quan)水(shui)平(ping)下(xia)持(chi)續(xu)運(yun)行(xing)更(geng)長(chang)時(shi)間(jian)。ISO26262 第 10 部分第 12 節為係統開發人員提供了有關安全相關可用性要求的指導。

 

再說回電池監測子係統，電池電壓和溫度感應位置需要連接到電池監測 ASIC。控製處理器會頻繁讀取測量信息
，以計算電池的當前狀態
，並幫助確保係統安全運行。對於高壓電池組，監測 ASIC 以堆疊配置形式排列
，其中每個 ASIC 均測量多塊並聯的電池。命令和數據通過一個獨立的通信接口在 ASIC之間傳輸，如圖 2 所示。

 

圖 2.電池監測和通信配置。 

 

冗餘設計

 

如果在行駛過程中電池輸入引腳和 PCB 之間發生開路

，則可能會導致電池監測係統功能喪失，進而導致危險事件。德州儀器 (TI) 的BQ79606A-Q1 和 BQ79616-Q1 係列電池監測 ASIC包(bao)括(kuo)環(huan)網(wang)通(tong)信(xin)特(te)性(xing)，以(yi)及(ji)針(zhen)對(dui)此(ci)類(lei)故(gu)障(zhang)具(ju)有(you)容(rong)錯(cuo)機(ji)製(zhi)的(de)冗(rong)餘(yu)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)路(lu)徑(jing)，從(cong)而(er)使(shi)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)繼(ji)續(xu)監(jian)測(ce)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)況(kuang)和(he)安(an)全(quan)狀(zhuang)態(tai)。

 

圖 3 展示了使用雙向環網配置的 BQ79616-Q1 連接。在這種配置中，如果兩個電池監測 ASIC 之間存在故障、開路或短路，控製處理器將繼續與所有電池監測 ASIC tongxin，binglaihuiqiehuanxiaoxichuandidefangxiang。dangzhengchangtongxinchuxianguzhangshi，xitongkeyijiezhuhuanwangtongxinderongcuojizhilaibaochikeyongxing
，erbuhuidiushilaizidianchimokuaidedianyahewenduxinxi。

 

圖 3.通過 BQ79616 實現的雙向環網配置。 

 

TI BQ79606-Q1 和 BQ79616-Q1 的另一個特性是使用電池平衡輸入引腳連接到電池的冗餘模數轉換器 (ADC) 測量路徑。圖 4 展示了從電池到 VC 和 CB 輸入引腳的連接。正常情況下，CB 引腳可在電池上提供直流負載，以平衡電池間的電壓。在正常測量操作期間
，主 VC ADC 路徑和冗餘 CB ADC 路徑都與電池連接，且均可以測量電池電壓。利用此特性，CB ADC 路徑在出現故障（如 PCB 的 VC 引腳連接開路或 RVC 電阻器開路）時將繼續測量電池電壓。當正常電壓測量出現故障時，係統可以借助冗餘 ADC 路徑的容錯機製保持可用性，從而不會丟失來自電池模塊的電壓信息。

 

圖 4.從電池到 VC 和 CB 輸入的連接。

 

TI BQ79606-Q1 和 BQ79616-Q1 器qi件jian係xi列lie中zhong均jun包bao含han這zhe些xie環huan網wang通tong信xin和he冗rong餘yu路lu徑jing特te性xing，以yi及ji用yong於yu在zai電dian動dong汽qi車che電dian池chi電dian壓ya和he溫wen度du感gan應ying期qi間jian檢jian測ce通tong信xin和he連lian接jie故gu障zhang的de各ge種zhong診zhen斷duan安an全quan機ji製zhi，因yin此ci可ke實shi現xian高gao達da汽qi車che安an全quan完wan整zheng性xing等deng級ji (ASIL) D 級的係統功能安全。

 

總結

 

就像 20 世shi紀ji初chu開kai始shi從cong畜chu力li車che向xiang汽qi車che過guo渡du一yi樣yang，目mu前qian人ren們men正zheng在zai開kai發fa各ge種zhong各ge樣yang的de車che輛liang解jie決jue方fang案an
，從cong而er為wei社she會hui提ti供gong更geng多duo利li益yi。對dui於yu電dian氣qi化hua交jiao通tong運yun輸shu係xi統tong
，安an全quan要yao求qiu至zhi關guan重zhong要yao。

 

 

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