隨著汽車電氣化的進(jìn)展，工程師必須注意在確保最高水平的功能安全的同時(shí)最大限度地延長(zhǎng)電池壽命。電池監(jiān)測(cè)應(yīng)用專用集成電路(ASIC)可以幫助實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)主機(jī)反向喚醒功能，監(jiān)測(cè)電池電壓和溫度，并提供自主電池平衡。

功能安全

電動(dòng)車的安全考慮是多方面的。它們包括保護(hù)生產(chǎn)工人、車主、機(jī)械師和回收人員免受高電壓的影響，保護(hù)電池單元不被刺穿和撞擊損壞以及保持電氣系統(tǒng)的完整性，確保電池在安全的溫度和電壓范圍內(nèi)工作。

最后一個(gè)考慮因素尤為重要。在可接受的電壓和溫度范圍之外，電池內(nèi)部可能會(huì)發(fā)生不良反應(yīng)，導(dǎo)致過度自熱、內(nèi)部電氣短路，并最終導(dǎo)致熱失控。為了避免這些問題，電池監(jiān)測(cè)ASIC測(cè)量并將電壓和溫度信息傳輸?shù)诫姵毓芾韱卧˙MU）。

電池管理功能面臨著自身的挑戰(zhàn)。一輛電動(dòng)乘用車可能有128個(gè)或更多的電池；一輛商用車可能有兩倍的電池。大型電池系統(tǒng)有許多印刷電路板(PCB)連接，在這些連接中可能會(huì)發(fā)生故障：例如，電池傳感器和ASIC之間的開路，或者ASIC之間的通信鏈路開路。檢測(cè)和處理此類故障以避免危險(xiǎn)事件是功能安全的一部分，正如ISO26262道路車輛標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的那樣。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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在一些汽車系統(tǒng)中，對(duì)功能喪失的安全響應(yīng)是簡(jiǎn)單地關(guān)閉電子裝置并通過儀表板指示燈通知駕駛員。然而，在其他情況下，簡(jiǎn)單地關(guān)閉電子裝置可能并不安全，設(shè)計(jì)目標(biāo)可能包括"安全相關(guān)的可用性"要求，其中系統(tǒng)必須在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)某些類型的故障有一個(gè)容忍度--可能通過冗余實(shí)現(xiàn)，以避免危險(xiǎn)事件。

電池監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)提供了冗余如何工作的例子。在這樣一個(gè)子系統(tǒng)中，ASIC以堆疊配置的方式排列，每個(gè)ASIC測(cè)量多個(gè)電池的電壓和溫度。測(cè)量數(shù)據(jù)流從ASIC到ASIC，再到微控制器單元(MCU)，MCU計(jì)算電池的狀態(tài)，并幫助確保操作保持在安全范圍內(nèi)。傳感或通信路徑中的開路或短路可能會(huì)使子系統(tǒng)對(duì)潛在故障"失明"，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事件。

德州儀器的BQ79606A-Q1和BQ79616-Q1系列電池監(jiān)控ASIC包含的功能可提供對(duì)這些類型故障的容忍度，使系統(tǒng)能夠繼續(xù)監(jiān)控電池組的健康和安全。

圖1展示了雙向環(huán)形配置的BQ79616-Q1器件。在兩個(gè)電池監(jiān)測(cè)ASIC之間出現(xiàn)開路的情況下，MCU繼續(xù)通過BQ79600-Q1SPI/UART通信接口與ASIC進(jìn)行通信，必要時(shí)向后或向前切換消息傳遞方向。雖然在故障期間，正常的通信被禁用，但系統(tǒng)可以利用雙向環(huán)形通信功能的容錯(cuò)能力-保持可用性，而電池模塊的電壓和溫度信息不會(huì)丟失。

1.在該雙向環(huán)配置中，如果兩個(gè)電池監(jiān)控ASIC之間出現(xiàn)開路，MCU可以通過切換消息傳遞方向繼續(xù)與ASIC進(jìn)行通信。

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

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為了進(jìn)一步支持冗余，BQ79606A-Q1和BQ79616-Q1還具有雙模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。在沒有冗余的系統(tǒng)中，單個(gè)ADC監(jiān)控電壓感應(yīng)信號(hào)(VC)。在BQ79606A-Q1和BQ79616-Q1的雙ADC中，第二個(gè)ADC監(jiān)控單元平衡信號(hào)(CB)，從而使系統(tǒng)在VC路徑發(fā)生開路時(shí)也能繼續(xù)監(jiān)控電壓(圖2)。

2.如果VC信號(hào)路徑發(fā)生故障，BQ79606A-Q1或BQ79616-Q1中的冗余ADC可以通過CB信號(hào)測(cè)量電池電壓。

自動(dòng)喚醒

典型的電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車包括一個(gè)由12-V電池供電的BMU。為了在車輛停放時(shí)查找高壓（HV）電池組的故障，BMU的MCU必須周期性地喚醒，這有可能使12-V電池過早放電。

另一種選擇是自動(dòng)主機(jī)反向喚醒，只有在檢測(cè)到故障時(shí)才喚醒MCU。BQ79616-Q1集成了專利的故障喚醒功能，可以作為這種實(shí)現(xiàn)的核心。BQ79616-Q1提供了一個(gè)低功耗睡眠模式，在此期間，它仍然可以監(jiān)測(cè)過溫和欠溫，以及過壓和欠壓等故障情況。在檢測(cè)到睡眠模式下的故障時(shí)，設(shè)備能夠通過故障音來傳輸故障狀態(tài)。

如圖3所示，一系列的BQ79616-Q1設(shè)備對(duì)HV電池進(jìn)行監(jiān)控。在檢測(cè)到故障時(shí)，BQ79616-Q1通過環(huán)形結(jié)構(gòu)將故障音傳輸?shù)轿挥贐MU上的BQ79600-Q1通信接口。然后，BQ79600-Q1啟用BMU的電源管理IC（PMIC），進(jìn)而喚醒MCU。其結(jié)果是在車輛停放或關(guān)閉時(shí)，在支持功能安全要求的同時(shí)，節(jié)約12-V電池電源。

3.當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，BQ79616-Q1將故障音傳輸?shù)轿挥贐MU中的BQ79600-Q1SPI/UART通信接口。

電池平衡

電池片平衡可以糾正汽車電池的不平衡，幫助延長(zhǎng)汽車行駛里程，同時(shí)確保安全運(yùn)行。您可以選擇兩種方法之一。主動(dòng)式電池平衡采用直流-直流轉(zhuǎn)換器將能量從高電荷水平的電池重新分配到低電荷水平的電池。被動(dòng)平衡從具有較多電荷的電池中移除電荷，通常是通過熱耗散，直到所有電池具有相同的電荷量。鑒于其簡(jiǎn)單性和較低的成本，被動(dòng)平衡是一種更受歡迎的方法。

TI的BQ79616-Q1使用連接到外部平衡電阻的內(nèi)部開關(guān)執(zhí)行無源電池平衡。器件內(nèi)部的開關(guān)和電阻都是潛在的過熱源，BQ79616-Q1通過兩種熱管理功能來解決這一問題。

在第一種情況下，裸片溫度過高會(huì)觸發(fā)MCU的故障，MCU會(huì)暫停平衡，直到裸片溫度下降和任何故障被清除。在第二種情況下，BQ79616-Q1監(jiān)控電路板安裝的熱敏電阻，如果溫度超過預(yù)設(shè)閾值，則自動(dòng)暫停平衡。當(dāng)溫度下降到可接受的水平時(shí)，恢復(fù)平衡--所有這些都不需要MCU的干預(yù)。

結(jié)論

TI的電池監(jiān)控器和平衡器在電動(dòng)汽車中執(zhí)行各種功能，從故障喚醒操作到電池平衡。它們提供熱管理功能，并實(shí)施容錯(cuò)溫度和電壓測(cè)量，提供系統(tǒng)性的功能安全能力，最高可達(dá)到汽車安全完整性等級(jí)(ASIL)D。