如何在微型混合動(dòng)力汽車中有效實(shí)施電池能效管理

3.3) 功能狀態(tài)(SoF)

對(duì)鉛酸電池來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)汽車引擎即便不是最重要的功能，也是非常重要的功能。因此，BMS一個(gè)非常重要的任務(wù)是預(yù)測(cè)在實(shí)際電量條件下是否能夠啟動(dòng)汽車。啟動(dòng)預(yù)測(cè)通過(guò)SoF參數(shù)表示。

除了過(guò)去“傳統(tǒng)的”停車后再啟動(dòng)，通過(guò)在微型混合動(dòng)力汽車中引入啟動(dòng)-停止系統(tǒng)，啟動(dòng)預(yù)測(cè)功能正變得越來(lái)越重要。BMS必須與BCM通信并決定是否可以在引擎關(guān)閉后再次啟動(dòng)，以及是否可以安全地進(jìn)入停止模式。

獲取SoF參數(shù)的一個(gè)非常好的途徑是通過(guò)分析最近的引擎啟動(dòng)情況、剩余電量（作為SoC和SoH的函數(shù)）和實(shí)際溫度。在啟動(dòng)期間，電池的 內(nèi)部電阻（Ri）需要被記錄下來(lái)（通過(guò)電壓降和電流來(lái)計(jì)算）。因?yàn)镽i在電池的使用壽命中是相對(duì)一致的、并且只是在電池使用壽命結(jié)束前顯著升高，因此Ri 平均值需要在一個(gè)特定的門限值以下，以確保安全啟動(dòng)。在啟動(dòng)階段老化電池的另一個(gè)影響是，從電壓和電流采樣中計(jì)算出的Ri值會(huì)表現(xiàn)出非線性的趨勢(shì)[5]， 即，對(duì)于同等電壓樣本會(huì)有不同的電流值。而對(duì)于新電池來(lái)說(shuō)，Ri是線性的。請(qǐng)參見(jiàn)圖3和圖4了解啟動(dòng)過(guò)程中常見(jiàn)的電壓和電流趨勢(shì)。

圖3：?jiǎn)?dòng)電壓趨勢(shì)

圖4：?jiǎn)?dòng)電流趨勢(shì)

綜合Ri（通過(guò)電壓降和電流來(lái)計(jì)算）、電池剩余電量和實(shí)際溫度，可以很好地指示啟動(dòng)能力。同樣，這些門限值也必須通過(guò)電池參數(shù)表征來(lái)確定。

為了使用必要的準(zhǔn)確值來(lái)確定Ri的線性或非線性行為，所有在啟動(dòng)階段取樣的電壓和電流值都需要使用一個(gè)線性過(guò)濾器來(lái)過(guò)濾，優(yōu)選采用帶通過(guò)濾器。

4) BMS在硬件和軟件中的高效實(shí)施

電氣能效是新型汽車一個(gè)最重要的特性，由BMS提供支持。除了管理一些節(jié)電功能外，BMS還需要具有高能效，因?yàn)樗鞘冀K開(kāi)啟的系統(tǒng)之一，當(dāng)發(fā)電機(jī)不工作時(shí)需要通過(guò)鉛酸電池供電。為了滿足這一要求，IBS的能耗必須盡可能低。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，飛思卡爾的IBS實(shí)施采用兩種低功耗模型，其中CPU和其他不需要開(kāi)啟的硬件（HW）模塊都可以關(guān)閉。為了降低正常運(yùn) 行模式中的能耗，并減少客戶的軟件（SW）開(kāi)發(fā)工作，添加了額外的硬件模塊以降低軟件復(fù)雜性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以使用規(guī)模更小、功耗更低同時(shí)也更為經(jīng) 濟(jì)高效的16位微控制器。另外一種降低軟件復(fù)雜性的方法是在整個(gè)使用壽命期間確保產(chǎn)品參數(shù)，并將工廠調(diào)校值存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器(NVM)中。作為產(chǎn)品下 線測(cè)試的一部分，這些調(diào)教值針對(duì)每個(gè)芯片逐個(gè)進(jìn)行參數(shù)表征描述，并相應(yīng)地存儲(chǔ)。因此，在軟件中無(wú)需使用復(fù)雜的校準(zhǔn)算法。

除了在硬件中實(shí)施的這三種技術(shù)以外，本章還介紹了電池監(jiān)控算法的高效軟件實(shí)施方案（請(qǐng)參見(jiàn)圖3）。

4.1) 低功耗模式

實(shí)施低功耗模式是一種非常好的降低功耗的方法。實(shí)現(xiàn)方法是，在不需要SoC部件（尤其是CPU）時(shí)將其關(guān)閉、并僅在需要時(shí)更改為正常模式（例如，激活所有硬件模塊）。正如前面所提到的，共有兩種低功耗模型，其不同之處僅在于CPU被喚醒后使用的程序進(jìn)入點(diǎn)。

但是，在低功耗（即沒(méi)有軟件交互）模式下，也需要監(jiān)控電池狀態(tài)。首先，需要跟蹤電流，通過(guò)庫(kù)侖計(jì)數(shù)方法計(jì)算出SoC。相應(yīng)地，可以支持低功耗模式下的電流測(cè)量（即，庫(kù)侖計(jì)數(shù)）和電流采樣值的自動(dòng)求和。

IBS必須能夠?qū)﹄姵睾推嚨臓顟B(tài)更改作出反應(yīng)，即電池傳感器必須在發(fā)生各種事件時(shí)喚醒。相應(yīng)地，也需要測(cè)量低功耗模式期間的電流和溫 度。電流變化通常表明汽車狀態(tài)發(fā)生變化（電氣元件打開(kāi)或關(guān)閉），而溫度改變時(shí)有時(shí)需要重新校準(zhǔn)測(cè)量通道參數(shù)(請(qǐng)參見(jiàn)4.3)。可以配置電流和溫度采樣值的 門限值，如果超出門限值則觸發(fā)喚醒。還可以使用自動(dòng)庫(kù)侖計(jì)數(shù)器門限值喚醒機(jī)制。

除了那些針對(duì)被測(cè)量參數(shù)的喚醒事件以外，還可實(shí)施其他喚醒機(jī)制，允許BCM或汽車中的其他電氣設(shè)備喚醒IBS（通過(guò)LIN消息或直接導(dǎo)線連接），還有定時(shí)喚醒機(jī)制。

上述低功耗模式和喚醒機(jī)制的實(shí)施允許IBS在大多數(shù)時(shí)間里都運(yùn)行在低功耗模式下（通常約為70%），包括引擎運(yùn)行時(shí)。在正常運(yùn)行模式期間，SoC、SoH和SoF參數(shù)將被重新計(jì)算。