面向汽车板网的高级电池管理诊断

1 引言

需要使用先进的能源管理系统来管理复杂的轻度混合动力双板网，例如，同时展示48V 和12V 的板网。图 1 显示了此类板网的原理。

在所有情况下，都要确定可用的板网电量，因此相应的算法可能非常复杂，需要对电压、电流和温度进行快速、准确、重复和冗余的测量，还需要快速将测量值传送给车身控制模块 (BCM)。

汽车OEM行业一直指定以下具体的板网行为要求，催生了专门面向汽车电子的测试用例。

2 电池传感器是实现先进板网诊断的重要元件

飞思卡尔(Freescale)借助 MM9Z1J638 开发出一款高度集成的器件，即智能电池传感器 (IBS)，该传感器具有电源管理、混合信号模拟以及 MCU 功能。其先进的功能支持快速、有效地监测 12V和 48V板网，并使用CAN协议将结果快速传输到BCM。此外，它配备了一流的组件，能够支持汽车电子的测试用例。

下面的章节简要描述了所选择的测试用例和相应的结果，因此使用了两个不同的测试台： 一个电压曲线测试台和一个车载测试台。

3 测试用例和实验结果

选择了6个不同的测试用例，在科堡大学搭建了测试台。

在8kHz采样率下测量IBS，使用典型的过滤器配置，实现采样精度、频率特点和采样时间的完美平衡。 测试未考虑其他消息导致的CAN 总线延迟。

3.1 12V 板网： VSUP 骤升

本次测试分析了第一条CAN消息收到前，IBS通电复位后的行为和初始化序列的持续时间。 图3显示了测试和测试结果， 不仅包括板网电压 UB以及稳压器输出 VDDX(用于为CPU 和 CAN 收发器供电)的情况，还涵盖了 CANH 和 CANL。

板网电压的上升时间约为 820us。我们测量到，当工作电压的下限超过3.5V时，需要3.65ms的时间在总线上发送第一条有效的CAN消息。这段时间主要包含稳压器启动时间、系统初始化时间和1.6ms 的直到软件获得第一个测量样本大约采集时间。

3.2 12V 板网-总线节点唤醒

本测试用例中观察了IBS的唤醒行为。 因此，MM91ZJ638 和 CAN收发器都处于低功耗模式。当 CAN收发器被 CANH/CANL触发唤醒后，收发器的CAN RX 输出活动会触发MM9Z1J638唤醒。CAN RX的下降沿被Pin PTB4捕捉，后者执行唤醒功能。电源电压保持在12V。

图4所示为测量到的测试结果，其中显示了稳压器的输出VDDX(用于为CPU和CAN收发器供电)，以指明MCU唤醒序列。“唤醒输入”是连接PTB4的CAN RX信号。此外本图还显示了 CANH 和 CANL。

测量结果显示， 从CANH/CANL第一次出现电压电平变化到第一次测量结果的消息传输到总线历时为3.54ms，略低于通电重启时需要的时间(参见测试用例1)，原因是从睡眠模式唤醒缩短了MM9Z1J638的启动时间。此处电压和电流测量所用的时间与测试用例 1完全相同。

3.3 12V 板网-缓慢降低、快速升高

该测试显示了IBS在电源电压缓慢降低和快速增加时的行为。虽然测试名称表明快速升高，但超过 100ms 的电压上升时间对于 IBS来说实际上速度很低。

图5显示了测试结果，不仅包括板网电压 UB以及稳压器输出 VDDX的电源(用于为CPU 和 CAN 收发器供电)，还涵盖CANH 和 CANL。

受电源电压上升时间的影响，本次测试测量结果为23.2ms。图5中左光标标记的是当电源电压超过3.2V时触发 MM9Z1J638通电复位的时间。这是5V电源的低压复位撤销电平。在VDDX启动后，提取通电复位矢量，CPU 运行启动例程，然后执行电压测量。然而，只有当VDDX 超过4.06V时才能在总线上发送第一条 CAN 消息，4.06V是该测试台CAN 收发器的最低工作电压。

3.4 48V 板网-具有存储的运行的缓慢下降和缓慢上升

测试用例 4 模拟的是断开的存储系统中的生成器连接，以及存储系统的后续连接。诊断系统(即 IBS)必须能够观察电源电压的频率，还要能够以非常快的速度发送测量的电压和可能的错误通知。 此处假定 IBS 由 12V 板网供电，用于分析 48V 板网。

本次测试测量了所产生的电源电压特性，并将其通过CAN 发送到 PC。接收到的电压值曲线如图6所示。

由于较高的测量频率 (8 kHz) 和 500 kbps 的CAN 数据传输速率，因此每隔125 us 可发送一条新电压采样的CAN 消息，其中 CAN 数据传输速率不是限制因素。

3.5 48V 板网-恢复

该测试模拟电力恢复时的电压特性。板网电压增加至 54 V，可使用 MM9Z1J638 直接进行测量，无需外部分压器。

假定 IBS 由 12V 板网供电，用于分析 48V 板网。通过CAN接收到的电压采样曲线如图7所示。

测试中两个电压之间的上升和下降时间已经从 100ms 降低至 2ms。尽管如此，测试表明，IBS 依然能够测量和传输测试信号的上升和下降沿的值。CAN 传输速度依然不是限制因素。因此