電動(dòng)汽車中的鋰離子電池需要在一定的溫度和工作電壓范圍內(nèi)工作，才能實(shí)現(xiàn)卓越性能和安全運(yùn)行。為了滿足電動(dòng)汽車的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，本文探討了電池監(jiān)測器的各種注意事項(xiàng)。
內(nèi)容概覽
1、電動(dòng)汽車對電池管理系統(tǒng)的要求
不斷變化的市場條件將催生更嚴(yán)苛的安全要求標(biāo)準(zhǔn)。
2、監(jiān)測電池電壓和溫度
高精度電池監(jiān)測器有助于確保滿足更嚴(yán)格的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。
3、冗余設(shè)計(jì)
冗余通信協(xié)議可提供容錯(cuò)機(jī)制，并確保電池組的正常運(yùn)行和安全狀態(tài)。
電動(dòng)汽車對電池管理系統(tǒng)的要求
全世界的交通運(yùn)輸行業(yè)正在經(jīng)歷一場革命。在過去 20 年里， 鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步使人們有望在未來將電力儲(chǔ)存在電池組中，為汽車、摩托車、卡車和公共汽車提供動(dòng)力。
同時(shí)，世界上的許多地區(qū)都高度重視能源經(jīng)濟(jì)的去碳化。在電網(wǎng)發(fā)電層面降低汽車能源所產(chǎn)生的排放要比在汽車層面上容易得多。要實(shí)現(xiàn)去碳化目標(biāo)，就需要大多數(shù)交通運(yùn)輸系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)電氣化。隨著電動(dòng)汽車 (EV) 計(jì)劃產(chǎn)量的提高，其開發(fā)和生產(chǎn)成本將會(huì)分?jǐn)偟礁嚯妱?dòng)汽車上，這意味著電動(dòng)汽車價(jià)格將快速下滑，不斷接近內(nèi)燃機(jī) (ICE) 汽車的價(jià)格。
乘用車電池系統(tǒng)的安全注意事項(xiàng)涉及多個(gè)方面。其中，重要的傳統(tǒng)電氣安全注意事項(xiàng)旨在防止生產(chǎn)工人、車主、機(jī)械師和車輛回收人員暴露在高電壓下或受到電擊。機(jī)械方面的注意事項(xiàng)旨在防止電池被刺穿和受到撞擊損壞，以及解決電池內(nèi)的液體和氣體可能會(huì)從電池中泄漏或排出的問題。考慮到鋰離子電池只有在比ICE車輛溫度更嚴(yán)苛的溫度范圍內(nèi)才能安全地、最高效地工作，關(guān)于電池組設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)也包含了熱安全注意事項(xiàng)。此外，電氣系統(tǒng)的功能安全注意事項(xiàng)可在車輛使 用或充電時(shí)保持電池安全運(yùn)行。
監(jiān)測電池電壓和溫度
鋰離子電池（如圖 1 所示）需要在一定的溫度和工作電壓范圍內(nèi)工作，才能實(shí)現(xiàn)卓越性能和安全運(yùn)行。每種鋰離子電池的化學(xué)成分對應(yīng)不同的范圍。如果超出此范圍，電池內(nèi)部可能會(huì)發(fā)生不良的副作用，從而導(dǎo)致過度自發(fā)熱，甚至可能導(dǎo)致內(nèi)部長時(shí)間短路。過度自發(fā)熱和內(nèi)部短路是熱失控連鎖反應(yīng)的第一步，最終會(huì)帶來安全隱患。為了使電池組維持在安全的工作范圍內(nèi)，電池監(jiān)測專用集成電路 (ASIC) 會(huì)測量電壓、溫度和電流并將有關(guān)信息傳輸?shù)诫姵乜刂茊卧?/P>
圖 1.電動(dòng)汽車中的電池組。
在電動(dòng)乘用車中，可能需要測量 16 塊、96 塊、128 塊或更多電池。商用車中的電池總數(shù)則可能是這些數(shù)量的兩倍。這種大型系統(tǒng)有許多印刷電路板 (PCB) 連接，其中電池和監(jiān)測 ASIC 之間的連接或不同 ASIC 之間的通信連接可能會(huì)發(fā)生故障。因此，可能會(huì)出現(xiàn)傳感器輸入開路或通信中斷的情況。如果沒有必要的測量和通信，電池控制系統(tǒng)便會(huì)“失明”，再也無法管理電池組中電池的狀態(tài)。
檢測和解決障礙（如通信故障或電池傳感器連接故障等）以避免危險(xiǎn)事件是功能安全的一部分。功能安全亦是與預(yù)防和減輕由電子系統(tǒng)故障引起的潛在危險(xiǎn)事件有關(guān)的綜合安全的一部分。在汽車行業(yè)中，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 26262 系列道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)定義了用于開發(fā)乘用車、卡車、公共汽車和摩托車安全相關(guān)系統(tǒng)的最新技術(shù)和功能安全最佳實(shí)踐。
在有些汽車系統(tǒng)中，功能喪失不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)。如果這類系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)的安全狀態(tài)會(huì)讓電子設(shè)備關(guān)閉，并通過儀表板燈或其他指示器提醒駕駛員。但是，在有些系統(tǒng)中，故障或功能喪失可能會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)事件。對于無法簡單關(guān)閉的系統(tǒng)，安全目標(biāo)可能包括指定“安全相關(guān)可用性”要求。在這種情況下，可能需要系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)具有某類故障容錯(cuò)機(jī)制，以避免發(fā)生危險(xiǎn)事件。
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