【摘" 要】文章主要介紹電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)BMS的電源休眠和喚醒系統(tǒng)的現(xiàn)狀方案及主要問(wèn)題，重點(diǎn)分析新型電源休眠和喚醒系統(tǒng)技術(shù)方案在BMS中的應(yīng)用，闡明該技術(shù)方案的優(yōu)勢(shì)，為電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)開發(fā)提供參考。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車;BMS;電源休眠;電源喚醒

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）06-0008-02

Research on Power Sleep and Wake-up System Technology for Electric Vehicle BMS

LI Hui

（Neusoft Reach Automotive Technology（Shenyang）Co.， Ltd.，Shenyang 110179，China）

【Abstract】The article mainly introduces the current situation and main problems of the power sleep and wake-up system of the electric vehicle battery management system BMS（Battery Management System），with a focus on analyzing the application of the new power sleep and wake-up system technology scheme in BMS，elucidating the advantages of this technology scheme， and providing reference for the development of electric vehicle battery management systems.

【Key words】electric vehicle;BMS;power sleep;power wake-up

作者簡(jiǎn)介

李輝（1990—），男，工程師，主要從事新能源汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究工作。

近年來(lái)新能源汽車日益增長(zhǎng)，2023年10月國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)銷同比均呈現(xiàn)增長(zhǎng)，產(chǎn)銷量創(chuàng)當(dāng)月歷史同期新高[1]。與此同時(shí)，車市競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈，智能化及性價(jià)比備受關(guān)注。隨著車輛智能化、電子化程度的加深，用電設(shè)備大幅增加，整車靜態(tài)電流越來(lái)越大，極大地降低了整車蓄電池的待機(jī)時(shí)間，如果車輛長(zhǎng)期停放則蓄電池容量就會(huì)不足，導(dǎo)致車輛無(wú)法啟動(dòng)，大幅度降低了用戶體驗(yàn)感[2-3]。因此既能滿足車輛組件供電系統(tǒng)的安全性，又能降低電源系統(tǒng)的休眠功耗成為關(guān)鍵。本文主要針對(duì)電動(dòng)汽車BMS的電源休眠和喚醒系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行研究。

1" 現(xiàn)狀方案及主要問(wèn)題

高可靠性BMS的電源休眠和喚醒系統(tǒng)既能夠大幅增加蓄電池的待機(jī)時(shí)間，又能夠提高該控制器的安全性。常見(jiàn)集成控制功能的電源管理芯片SBC（System Basic Chip）作為主控電源，再增加一個(gè)低靜態(tài)功耗的LDO（Low Dropout Regulator，低壓差線性穩(wěn)壓器）作為系統(tǒng)待機(jī)電源，系統(tǒng)的喚醒信號(hào)經(jīng)過(guò)SBC的喚醒功能PIN實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的喚醒動(dòng)作。這種電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本高、器件可替換性差，所以本文研究一款低成本、高可靠性的電源休眠和喚醒系統(tǒng)。

2" 方案系統(tǒng)組成與分析

2.1" 方案系統(tǒng)組成

本文方案結(jié)合新能源汽車BMS電源系統(tǒng)的供電需求，對(duì)復(fù)雜的電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該電源系統(tǒng)主要由DCDC電源和開關(guān)Switch組成，系統(tǒng)架構(gòu)精簡(jiǎn)，既實(shí)現(xiàn)了由MCU直接掌握電源系統(tǒng)休眠和喚醒的控制權(quán)，又可以通過(guò)MCU的靈活配置，識(shí)別不同類型喚醒信號(hào)的功能，因此既保證BMS電源系統(tǒng)的安全性，又對(duì)該系統(tǒng)的降本及器件可替代性方面有明顯的效果。

本電源系統(tǒng)包括兩種工作模式：休眠待機(jī)模式和正常工作模式。電源系統(tǒng)組成如圖1所示，在休眠待機(jī)模式時(shí)，電源系統(tǒng)只為部分模塊供電，電源系統(tǒng)的供電路徑為電源BATTERY→二極管F→DCDC模塊→經(jīng)過(guò)路徑A到待機(jī)電壓VSB給MCU待機(jī)模塊供電，此時(shí)通過(guò)開關(guān)Switch切斷非必要的電源消耗，達(dá)到系統(tǒng)休眠低功耗的目的;在正常工作模式時(shí)，電源系統(tǒng)的供電路徑為電源BATTERY→二極管F→DCDC→經(jīng)過(guò)路徑A到待機(jī)電壓VSB給MCU待機(jī)模塊供電→開關(guān)Switch→經(jīng)過(guò)路徑C到VEXT給MCU正常工作模塊供電，滿足系統(tǒng)正常工作的需求。

2.2" 方案分析

現(xiàn)以某BMS控制器為例，對(duì)電源休眠和喚醒系統(tǒng)技術(shù)方案進(jìn)行分析，主要從系統(tǒng)控制方法和系統(tǒng)上下電時(shí)序兩方面進(jìn)行分析。

首先從電源系統(tǒng)控制方法上進(jìn)行技術(shù)方案分析。當(dāng)BMS控制器從正常工作模式到休眠待機(jī)模式時(shí)，圖2的虛線框H內(nèi)模塊是不工作的，只需保證MCU的待機(jī)模塊S供電即可。以某品牌MCU為例，它的待機(jī)模塊主要包含待機(jī)控制器、待機(jī)時(shí)鐘、EVR預(yù)調(diào)節(jié)器和VEXT供電監(jiān)測(cè)等，通過(guò)以上模塊單元實(shí)現(xiàn)MCU待機(jī)功能。具體控制方法是：BMS控制器在休眠前采集喚醒信號(hào)W1和W2是否為有效狀態(tài)，進(jìn)而控制BMS電源系統(tǒng)的工作模式。本例中W1和W2分別設(shè)置為高電平和低電平作為有效喚醒信號(hào)，通過(guò)MCU的GPIO2和GPIO4分別采集喚醒信號(hào)W1和W2的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到上述2個(gè)信號(hào)都是無(wú)效狀態(tài)時(shí)，MCU在完成待機(jī)前的信息存儲(chǔ)和其他診斷等操作后，通過(guò)GPIO5切斷開關(guān)Switch，切斷H模塊的電源，僅保留MCU的待機(jī)模塊S供電，讓BMS控制器進(jìn)入休眠待機(jī)模式，至此完成BMS控制器的電源系統(tǒng)休眠控制操作。

當(dāng)BMS控制器從休眠待機(jī)模式到正常工作模式時(shí)，圖2的全部模塊進(jìn)入正常工作狀態(tài)。具體的控制方法是：BMS控制器在進(jìn)入正常工作模式前，需要至少有一個(gè)喚醒信號(hào)W1或者W2有效，喚醒有效信號(hào)通過(guò)MCU的GPIO1或者GPIO3喚醒MCU后，MCU控制GPIO5閉合開關(guān)Switch，電源經(jīng)過(guò)路徑C到達(dá)VEXT給MCU正常工作模塊供電，進(jìn)而MCU持續(xù)監(jiān)測(cè)GPIO2和GPIO4是否為有效喚醒信號(hào)，一旦滿足休眠條件就進(jìn)入休眠操作流程，如此循環(huán)工作。

其次從電源系統(tǒng)上下電時(shí)序上進(jìn)行技術(shù)方案分析。依據(jù)圖3，可將BMS電源系統(tǒng)上下電時(shí)序分為3個(gè)階段，分別是上電啟動(dòng)階段、正常操作階段和下電休眠階段。

1）上電啟動(dòng)階段。當(dāng)BMS控制器的MCU識(shí)別到有效喚醒源W1或者W2時(shí)，MCU的SCR待機(jī)控制器啟動(dòng)主電源。通過(guò)GPIO5閉合開關(guān)Switch，BMS控制器所有電源啟動(dòng)，此時(shí)BMS的CAN不發(fā)送報(bào)文。BMS啟動(dòng)BOOT并判斷是否需要升級(jí)程序[4]，BOOT啟動(dòng)完成后開始進(jìn)行BSW初始化，包括MCU時(shí)鐘的配置、I/O配置、SPI配置和CAN通信配置等。下一步進(jìn)行ASW初始化，包括I/O采集數(shù)據(jù)處理、ADC采集數(shù)據(jù)處理和任務(wù)調(diào)度準(zhǔn)備等。最后檢測(cè)喚醒源的有效狀態(tài)，從系統(tǒng)喚醒到完成首幀報(bào)文發(fā)送的時(shí)間lt;360ms（要求在BMS喚醒后的360ms內(nèi)完成CAN首幀有效報(bào)文的發(fā)送），至此BMS完成上電啟動(dòng)階段。

2）正常操作階段。此階段BMS開始執(zhí)行正常的控制邏輯，滿足BMS實(shí)際應(yīng)用需求，例如BMS上電自檢、故障檢測(cè)和高壓上下電控制等功能[5]。

3）下電階段。當(dāng)喚醒源消失后，BMS的NM報(bào)文停止發(fā)送，等待總線其他節(jié)點(diǎn)報(bào)文停發(fā)，達(dá)到超時(shí)時(shí)間3s，BMS的CAN不再發(fā)送報(bào)文信息。下一步進(jìn)行NVM的存儲(chǔ)操作[6]，主要包括故障診斷信息和接觸器的吸合次數(shù)等數(shù)據(jù)。BMS在NVM存儲(chǔ)寫數(shù)據(jù)完成后，需要對(duì)該次的寫數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，比較讀取數(shù)據(jù)與寫入數(shù)據(jù)的一致性，來(lái)確保寫操作的成功。NVM的存儲(chǔ)操作時(shí)間是10s，再經(jīng)過(guò)2s進(jìn)行其他診斷操作。上述操作完成后，BMS進(jìn)入SCR待機(jī)操作模式，配置BMS下次上電喚醒信號(hào)的識(shí)別信息，最后BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。

BMS按照上述3個(gè)階段，從系統(tǒng)上電啟動(dòng)到系統(tǒng)下電休眠，覆蓋了BMS電源系統(tǒng)休眠和喚醒的全過(guò)程。

3" 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了電動(dòng)汽車BMS的電源休眠和喚醒系統(tǒng)的技術(shù)方案組成及其優(yōu)勢(shì)，以及該方案的具體控制方法和上下電操作時(shí)序，完成了BMS電源系統(tǒng)的閉環(huán)操作過(guò)程。讀者可結(jié)合BMS控制器的需求，靈活匹配本文的電源休眠和喚醒系統(tǒng)的技術(shù)方案，能夠滿足大部分電動(dòng)汽車BMS應(yīng)用場(chǎng)景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 俞立嚴(yán). 中國(guó)汽車市場(chǎng)全年銷量有望創(chuàng)歷史新高[N]. 上海證券報(bào)，2023-11-14（7）.

[2] 崔振亞，沈海洋，徐川程. 整車靜態(tài)功耗控制方法研究[J]. 汽車電器，2020（2）：39-40.

[3] 赫玉亭，周云安. 車輛虧電問(wèn)題的分析[J]. 機(jī)械制造，2023，61（5）：83-86，49.

[4] 陳龍華，李洪林，楊漢立，等. 基于CAN總線純電動(dòng)汽車的整車控制器[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2022，49（S1）：802-807.

[5] 翟東風(fēng)，李濟(jì)祿，張旱年，等. 新能源BMS控制策略探討[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)，2020，45（24）：6-7，18.

[6] 倪昊，駱蓉顏，王盈. 嵌入式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器NVM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 集成電路應(yīng)用，2022，39（10）：1-4.

（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2023-11-21