微型混合动力汽车中的电池能效管理方案

型号。

　　3.3） 功能状态（SoF）

　　对铅酸电池来说，发动汽车引擎即便不是最重要的功能，也是非常重要的功能。因此，BMS一个非常重要的任务是预测在实际电量条件下是否能够启动汽车。启动预测通过SoF参数表示。

　　除了过去"传统的"停车后再启动，通过在微型混合动力汽车中引入启动-停止系统，启动预测功能正变得越来越重要。BMS必须与BCM通信并决定是否可以在引擎关闭后再次启动，以及是否可以安全地进入停止模式。

　　获取SoF参数的一个非常好的途径是通过分析最近的引擎启动情况、剩余电量（作为SoC和SoH的函数）和实际温度。在启动期间，电池的 内部电阻（Ri）需要被记录下来（通过电压降和电流来计算）。因为Ri在电池的使用寿命中是相对一致的、并且只是在电池使用寿命结束前显著升高，因此Ri 平均值需要在一个特定的门限值以下，以确保安全启动。在启动阶段老化电池的另一个影响是，从电压和电流采样中计算出的Ri值会表现出非线性的趋势［5］， 即，对于同等电压样本会有不同的电流值。而对于新电池来说，Ri是线性的。请参见图3和图4了解启动过程中常见的电压和电流趋势。

　　图3：启动电压趋势

　　图4：启动电流趋势

　　综合Ri（通过电压降和电流来计算）、电池剩余电量和实际温度，可以很好地指示启动能力。同样，这些门限值也必须通过电池参数表征来确定。

　　为了使用必要的准确值来确定Ri的线性或非线性行为，所有在启动阶段取样的电压和电流值都需要使用一个线性过滤器来过滤，优选采用带通过滤器。

　　4） BMS在硬件和软件中的高效实施

　　电气能效是新型汽车一个最重要的特性，由BMS提供支持。除了管理一些节电功能外，BMS还需要具有高能效，因为它是始终开启的系统之一，当发电机不工作时需要通过铅酸电池供电。为了满足这一要求，IBS的能耗必须尽可能低。

　　为了实现这一目标，飞思卡尔的IBS实施采用两种低功耗模型，其中CPU和其他不需要开启的硬件（HW）模块都可以关闭。为了降低正常运 行模式中的能耗，并减少客户的软件（SW）开发工作，添加了额外的硬件模块以降低软件复杂性。为了实现这一目标，可以使用规模更小、功耗更低同时也更为经 济高效的16位微控制器。另外一种降低软件复杂性的方法是在整个使用寿命期间确保产品参数，并将工厂调校值存储在非易失性存储器（NVM）中。作为产品下 线测试的一部分，这些调教值针对每个芯片逐个进行参数表征描述，并相应地存储。因此，在软件中无需使用复杂的校准算法。

　　除了在硬件中实施的这三种技术以外，本章还介绍了电池监控算法的高效软件实施方案（请参见图3）。

　　4.1） 低功耗模式

　　实施低功耗模式是一种非常好的降低功耗的方法。实现方法是，在不需要SoC部件（尤其是CPU）时将其关闭、并仅在需要时更改为正常模式（例如，激活所有硬件模块）。正如前面所提到的，共有两种低功耗模型，其不同之处仅在于CPU被唤醒后使用的程序进入点。

　　但是，在低功耗（即没有软件交互）模式下，也需要监控电池状态。首先，需要跟踪电流，通过库仑计数方法计算出SoC。相应地，可以支持低功耗模式下的电流测量（即，库仑计数）和电流采样值的自动求和。

　　IBS必须能够对电池和汽车的状态更改作出反应，即电池传感器必须在发生各种事件时唤醒。相应地，也需要测量低功耗模式期间的电流和温 度。电流变化通常表明汽车状态发生变化（电气元件打开或关闭），而温度改变时有时需要重新校准测量通道参数（请参见4.3）。可以配置电流和温度采样值的 门限值，如果超出门限值则触发唤醒。还可以使用自动库仑计数器门限值唤醒机制。

　　除了那些针对被测量参数的唤醒事件以外，还可实施其他唤醒机制，允许BCM或汽车中的其他电气设备唤醒IBS（通过LIN消息或直接导线连接），还有定时唤醒机制。

　　上述低功耗模式和唤醒机制的实施允许IBS在大多数时间里都运行在低功耗模式下（通常约为70%），包括引擎运行时。在正常运行模式期间，SoC、SoH和SoF参数将被重新计算。

　　4.2） 将软件任务迁移至硬件模块

　　实施专用硬件模块来承担软件中的任务是降低软件复杂性和节省电力的一种有效方式。在将此类硬件模块用于电池监控算法以前，可以非常高效地 将其用于电压、电流和温度测量样本的预处理。这一点非常必要，因为汽车的电线中常常会出现干扰，并且IBS的采样值的测量准确度要求非常高。

带有抽取和抗干扰过滤器的高精度16位sigma-delta ADC非常适合这种应用，因为与其他ADC技术相比它具有高测量精确度。结合误差补偿功能（请参见