如何在微型混合動力汽車中有效實施電池能效管理

4.2) 將軟件任務遷移至硬件模塊

實施專用硬件模塊來承擔軟件中的任務是降低軟件復雜性和節(jié)省電力的一種有效方式。在將此類硬件模塊用于電池監(jiān)控算法以前，可以非常高效地 將其用于電壓、電流和溫度測量樣本的預處理。這一點非常必要，因為汽車的電線中常常會出現(xiàn)干擾，并且IBS的采樣值的測量準確度要求非常高。

帶有抽取和抗干擾過濾器的高精度16位sigma-delta ADC非常適合這種應用，因為與其他ADC技術(shù)相比它具有高測量精確度。結(jié)合誤差補償功能（請參見4.3），已能夠提供非常好的精確度。但是，在信號處理 序列之后常常需要對樣本再次過濾。這樣做的原因是可以去除汽車中其他電氣設備中的噪音，因此需要自由轉(zhuǎn)換過濾器的頻率特征。另外一個原因是，被觀察的特定 電池參數(shù)作為電池監(jiān)控的一部分，與激勵頻率（由電池的化學組成決定）緊密聯(lián)系在一起。例如，Ri就是這種情況。一個可以編程的線性過濾器可以滿足所有這些 要求：過濾器系數(shù)可以通過寄存器傳輸?shù)接布^濾器模塊。這些寄存器可以編程一次，然后在軟件中不再需要完成過濾任務。

電流測量結(jié)果面臨一個挑戰(zhàn)，因為需要針對微小電流進行高度精確的測量，同時還必須支持大范圍測量。所要求的精確度要高于10mA，這意味 著在100 μOhm的分流上出現(xiàn)1μV的壓降；在汽車啟動過程中，會出現(xiàn)1000A和更高的電流。為了支持上述兩種需要同時避免出現(xiàn)從軟件執(zhí)行手動測量重新配置，需 要實施一個自動增益放大器。一個可選擇的增益因子將調(diào)節(jié)輸入信號，使其經(jīng)過優(yōu)化與ADC的參考電壓匹配。增益因子的調(diào)節(jié)可以自動完成，在整個運行過程中， 無需對軟件進行重新配置。為了便于測試目的，或如果存在特殊的應用環(huán)境，也可以選擇固定增益因子。

4.3) 簡化校準工作

確保設備在整個使用壽命期間都保持高精確度的一個非常重要的任務是微調(diào)和校準。為此，以前測試的糾正因子也可以應用至關(guān)鍵的設備參數(shù)中。 作為產(chǎn)品線設備測試的一部分，這些因子針對不同的溫度進行測試，并且存儲在IBS的NVM中。在設備啟動時，各個微調(diào)參數(shù)必須由軟件寫入至設備寄存器中。 需要微調(diào)的參數(shù)可以在電流和電壓測量序列中找到。另外，振蕩器、電壓基準和LIN計時也需要被校準。在運行期間，也會需要進行重新校準，例如需要定期執(zhí)行 校準或在出現(xiàn)溫度急劇變化時執(zhí)行校準。如果適合，不同的糾正因子必須再次寫入至各自的寄存器。

上面提到的校準功能可以避免客戶針對這些參數(shù)進行成本昂貴的產(chǎn)品下線測試。另外，通過簡單地應用參數(shù)，還可以降低校準的軟件復雜性。

4.4) 軟件實施方案

在3）章節(jié)中提到的電池管理算法需要處理器密集型計算和控制算法。通常，在PC上使用基于模型的模擬工具來完成這些算法的首次實施。這些 工具通常使用浮點數(shù)據(jù)格式。在之后的開發(fā)流程中，這些算法會導入到IBS上。但是，由于成本和功耗的原因，IBS所用的微控制器類上并不提供浮點硬件。因 此，為了實現(xiàn)適用的運行時間，在算法中使用的數(shù)據(jù)類型必須轉(zhuǎn)換為定點整數(shù)格式。共有多種數(shù)據(jù)類型和內(nèi)在值范圍可用。例如，下面列出了在飛思卡爾的IBS上 提供的數(shù)據(jù)類型：

為了表示小于1的值，LSB被映射為特定的值。

該值由所需的解析度決定。通過選擇其中一個可用的數(shù)據(jù)類型，可以導出該變量的可用值范圍和虛擬固定小數(shù)點（固定點格式）。例如，解析度為1mV，采用標記整數(shù)數(shù)據(jù)類型，則范圍為0至65.535伏特。

因為飛思卡爾IBS中有一個16位S12 CPU，因此整數(shù)數(shù)據(jù)類型可提供16位精度。這意味著8位和16位變量處理起來比32位值具有更高性能。因此，一般都是首選8位和16位變量。

從上面提到的計算SoC、SoH和SoF所用的算法實施范例中可以發(fā)現(xiàn)，在許多情況下，16位變量可以提供充足的值精確度和范圍。這是因 為電壓和溫度輸入值都具有16位精確度（通過使用16位ADC）。其他16位精確度就已足夠的值，包括SoC、SoH、Ri和糾正因子α（請參見第3章了 解詳細說明）。即使采用24位精確度的電流采樣值，也可以在大多數(shù)時間里映射至16位。在類似3mA的精確度上，通過使用帶標記的16位整數(shù)格式，可以表 示+/- 98.3 A范圍的電流值，無需針對數(shù)字格式進行進一步的修改。這足可以滿足汽車行駛和停止期間的要求。在啟動過程中，電流采樣值會超過邊界，必須使用32位數(shù)據(jù)格 式。需要32位格式的參數(shù)是與電池充電有關(guān)的值（例如，庫侖計數(shù)器）。

5) 總結(jié)

本白皮書介紹了如何在使用飛思卡爾IBS的微型混合動力汽車中有效實施BMS。討論了最先進的電池狀態(tài)計算算法（SoC、SoH和 SoF）。從中可以了解到，在功耗方面可以采用哪些特殊的硬件特性來提供IBS的效率。另外，本文還介紹了具有自動電池狀態(tài)監(jiān)控功能（無需軟件交互）和復雜的喚醒機制的低功耗模式的使用。結(jié)果顯示，IBS能夠在大多數(shù)時間內(nèi)處在低功耗模式中。另外，通過正確的硬件信號處理、可編程的過濾器和簡化的校準方 式，我們可以發(fā)現(xiàn)軟件復雜性已經(jīng)顯著降低。本文還介紹了定點算法原則，結(jié)果顯示，對于BMS算法中的變量來說，16位定點數(shù)據(jù)格式常常能夠滿足要求，只在 少數(shù)時候需要32位格式。