電動汽車BMS的電源休眠和喚醒系統技術研究

【摘" 要】文章主要介紹電動汽車電池管理系統BMS的電源休眠和喚醒系統的現狀方案及主要問題，重點分析新型電源休眠和喚醒系統技術方案在BMS中的應用，闡明該技術方案的優勢，為電動汽車的電池管理系統開發提供參考。

【關鍵詞】電動汽車;BMS;電源休眠;電源喚醒

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：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

作者簡介

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

近年來新能源汽車日益增長，2023年10月國內汽車產銷同比均呈現增長，產銷量創當月歷史同期新高[1]。與此同時，車市競爭也更加激烈，智能化及性價比備受關注。隨著車輛智能化、電子化程度的加深，用電設備大幅增加，整車靜態電流越來越大，極大地降低了整車蓄電池的待機時間，如果車輛長期停放則蓄電池容量就會不足，導致車輛無法啟動，大幅度降低了用戶體驗感[2-3]。因此既能滿足車輛組件供電系統的安全性，又能降低電源系統的休眠功耗成為關鍵。本文主要針對電動汽車BMS的電源休眠和喚醒系統技術進行研究。

1" 現狀方案及主要問題

高可靠性BMS的電源休眠和喚醒系統既能夠大幅增加蓄電池的待機時間，又能夠提高該控制器的安全性。常見集成控制功能的電源管理芯片SBC（System Basic Chip）作為主控電源，再增加一個低靜態功耗的LDO（Low Dropout Regulator，低壓差線性穩壓器）作為系統待機電源，系統的喚醒信號經過SBC的喚醒功能PIN實現電源系統的喚醒動作。這種電源系統設計復雜、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。

2" 方案系統組成與分析

2.1" 方案系統組成

本文方案結合新能源汽車BMS電源系統的供電需求，對復雜的電源系統進行優化設計。該電源系統主要由DCDC電源和開關Switch組成，系統架構精簡，既實現了由MCU直接掌握電源系統休眠和喚醒的控制權，又可以通過MCU的靈活配置，識別不同類型喚醒信號的功能，因此既保證BMS電源系統的安全性，又對該系統的降本及器件可替代性方面有明顯的效果。

本電源系統包括兩種工作模式：休眠待機模式和正常工作模式。電源系統組成如圖1所示，在休眠待機模式時，電源系統只為部分模塊供電，電源系統的供電路徑為電源BATTERY→二極管F→DCDC模塊→經過路徑A到待機電壓VSB給MCU待機模塊供電，此時通過開關Switch切斷非必要的電源消耗，達到系統休眠低功耗的目的;在正常工作模式時，電源系統的供電路徑為電源BATTERY→二極管F→DCDC→經過路徑A到待機電壓VSB給MCU待機模塊供電→開關Switch→經過路徑C到VEXT給MCU正常工作模塊供電，滿足系統正常工作的需求。

2.2" 方案分析

現以某BMS控制器為例，對電源休眠和喚醒系統技術方案進行分析，主要從系統控制方法和系統上下電時序兩方面進行分析。

首先從電源系統控制方法上進行技術方案分析。當BMS控制器從正常工作模式到休眠待機模式時，圖2的虛線框H內模塊是不工作的，只需保證MCU的待機模塊S供電即可。以某品牌MCU為例，它的待機模塊主要包含待機控制器、待機時鐘、EVR預調節器和VEXT供電監測等，通過以上模塊單元實現MCU待機功能。具體控制方法是：BMS控制器在休眠前采集喚醒信號W1和W2是否為有效狀態，進而控制BMS電源系統的工作模式。本例中W1和W2分別設置為高電平和低電平作為有效喚醒信號，通過MCU的GPIO2和GPIO4分別采集喚醒信號W1和W2的狀態，當檢測到上述2個信號都是無效狀態時，MCU在完成待機前的信息存儲和其他診斷等操作后，通過GPIO5切斷開關Switch，切斷H模塊的電源，僅保留MCU的待機模塊S供電，讓BMS控制器進入休眠待機模式，至此完成BMS控制器的電源系統休眠控制操作。

當BMS控制器從休眠待機模式到正常工作模式時，圖2的全部模塊進入正常工作狀態。具體的控制方法是：BMS控制器在進入正常工作模式前，需要至少有一個喚醒信號W1或者W2有效，喚醒有效信號通過MCU的GPIO1或者GPIO3喚醒MCU后，MCU控制GPIO5閉合開關Switch，電源經過路徑C到達VEXT給MCU正常工作模塊供電，進而MCU持續監測GPIO2和GPIO4是否為有效喚醒信號，一旦滿足休眠條件就進入休眠操作流程，如此循環工作。

其次從電源系統上下電時序上進行技術方案分析。依據圖3，可將BMS電源系統上下電時序分為3個階段，分別是上電啟動階段、正常操作階段和下電休眠階段。

1）上電啟動階段。當BMS控制器的MCU識別到有效喚醒源W1或者W2時，MCU的SCR待機控制器啟動主電源。通過GPIO5閉合開關Switch，BMS控制器所有電源啟動，此時BMS的CAN不發送報文。BMS啟動BOOT并判斷是否需要升級程序[4]，BOOT啟動完成后開始進行BSW初始化，包括MCU時鐘的配置、I/O配置、SPI配置和CAN通信配置等。下一步進行ASW初始化，包括I/O采集數據處理、ADC采集數據處理和任務調度準備等。最后檢測喚醒源的有效狀態，從系統喚醒到完成首幀報文發送的時間lt;360ms（要求在BMS喚醒后的360ms內完成CAN首幀有效報文的發送），至此BMS完成上電啟動階段。

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

3）下電階段。當喚醒源消失后，BMS的NM報文停止發送，等待總線其他節點報文停發，達到超時時間3s，BMS的CAN不再發送報文信息。下一步進行NVM的存儲操作[6]，主要包括故障診斷信息和接觸器的吸合次數等數據。BMS在NVM存儲寫數據完成后，需要對該次的寫數據進行讀取，比較讀取數據與寫入數據的一致性，來確保寫操作的成功。NVM的存儲操作時間是10s，再經過2s進行其他診斷操作。上述操作完成后，BMS進入SCR待機操作模式，配置BMS下次上電喚醒信號的識別信息，最后BMS進入休眠狀態。

BMS按照上述3個階段，從系統上電啟動到系統下電休眠，覆蓋了BMS電源系統休眠和喚醒的全過程。

3" 結束語

本文詳細闡述了電動汽車BMS的電源休眠和喚醒系統的技術方案組成及其優勢，以及該方案的具體控制方法和上下電操作時序，完成了BMS電源系統的閉環操作過程。讀者可結合BMS控制器的需求，靈活匹配本文的電源休眠和喚醒系統的技術方案，能夠滿足大部分電動汽車BMS應用場景。

參考文獻：

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

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

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

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

[6] 倪昊，駱蓉顏，王盈. 嵌入式非揮發性存儲器NVM技術的發展趨勢[J]. 集成電路應用，2022，39（10）：1-4.

（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2023-11-21