在當(dāng)今的汽車(chē)中，電氣負(fù)載的不斷新增給電池帶來(lái)了挑戰(zhàn)。超過(guò)半數(shù)由于電氣系統(tǒng)導(dǎo)致的汽車(chē)故障都可以歸因?yàn)殂U酸電池，假如了解電池狀態(tài)，這些故障是可以防止的。此外，諸如起停系統(tǒng)或交流發(fā)電機(jī)智能控制等微型混合動(dòng)力汽車(chē)的新功能也要求確切地了解電池狀態(tài)。

電池管理系統(tǒng)(BMS)可根據(jù)起動(dòng)能力對(duì)充電狀態(tài)(SoC)、健康狀態(tài)(SoH)和功能狀態(tài)(SoF)進(jìn)行快速、可靠的監(jiān)測(cè)，以供應(yīng)必要的信息。因此，BMS能夠最大限度地降低因?yàn)殡姵匾馔馐Ф鴮?dǎo)致的汽車(chē)故障次數(shù)，從而盡可能地提升電池使用壽命和電池效率，并實(shí)現(xiàn)CO2減排功能。BMS的關(guān)鍵元件是智能電池傳感器(IBS)，它可以測(cè)量電池的端電壓、電流和溫度，并計(jì)算出電池的狀態(tài)。

本文將介紹如何使用最先進(jìn)的算法計(jì)算SoC、SoH和SoF來(lái)實(shí)現(xiàn)BMS，以及它們?cè)陲w思卡爾(Freescale)鉛酸電池IBS上的有效實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)簡(jiǎn)介

過(guò)去，汽車(chē)電池的充電等級(jí)一直是一項(xiàng)未被了解的因素，它在許多情況下會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)故障。根據(jù)汽車(chē)的生命期不同，與電池有關(guān)的故障率可能攀升至10000ppm。

關(guān)于現(xiàn)存的嚴(yán)峻形勢(shì)而言，汽車(chē)電池還面對(duì)著來(lái)自于不斷上升的電能和功耗，同時(shí)減小CO2減放等要求的其他挑戰(zhàn)。

由于電子技術(shù)在汽車(chē)創(chuàng)新領(lǐng)域起著非常重要的用途，因此隨著汽車(chē)的舒適性、安全相關(guān)功能電氣化、動(dòng)力混合、駕駛輔助和信息娛樂(lè)等功能不斷發(fā)展，對(duì)能量的需求也越來(lái)越高。

另一方面，越來(lái)越多的法規(guī)出臺(tái)呼吁降低CO2排放和燃料消耗。

為了應(yīng)對(duì)上述互為對(duì)立的要求，要采用先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)，來(lái)確保在各種工作場(chǎng)合中電池都能為引擎起動(dòng)供應(yīng)足夠的電能。

電能管理系統(tǒng)

用來(lái)為起停系統(tǒng)供電的典型供電網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)車(chē)身控制模塊(BCM)、一個(gè)電池管理系統(tǒng)(BMS)、一個(gè)發(fā)電機(jī)和一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器(見(jiàn)圖1)。

BMS借助專(zhuān)用的負(fù)載管理算法為BCM供應(yīng)電池狀態(tài)信息，BCM通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)和DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制來(lái)穩(wěn)定和管理供電網(wǎng)絡(luò)。DC/DC轉(zhuǎn)換器為汽車(chē)內(nèi)部的各個(gè)用電部件分配電能。

通常，鉛酸電池的BMS直接安裝在電池夾上的智能連接器中。該連接器包括一個(gè)低阻值的分流電阻(通常在100Ω范圍內(nèi))和一個(gè)帶有高度集成器件(具有準(zhǔn)確測(cè)量和處理功能)的小型pCB，稱(chēng)為智能電池傳感器(IBS,見(jiàn)圖2)。IBS即便是在最?lèi)毫拥臈l件下以及在整個(gè)使用壽命中都能以高分辨率和高精確度測(cè)量電池電壓、電流和溫度，從而正確預(yù)測(cè)電池的充電狀態(tài)(SoC)、健康狀態(tài)(SoH)和功能狀態(tài)(SoF)。這些參數(shù)定期或根據(jù)要求通過(guò)已獲汽車(chē)行業(yè)認(rèn)證的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)傳送至BCM。

除上述功能與參數(shù)性能外，對(duì)IBS提出的其它關(guān)鍵要求包括低功耗、能夠在惡劣的汽車(chē)環(huán)境中(即EMC、ESD)工作、進(jìn)行汽車(chē)OEM廠商驗(yàn)收的車(chē)載通信接口一致性測(cè)試(即LIN)、滿(mǎn)足汽車(chē)等級(jí)測(cè)試限制(針對(duì)被測(cè)參數(shù)的6σ限制)，另外還需符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)要求。

飛思卡爾宣布推出一款完全集成的基于FreescaleS12MCU技術(shù)的LIN電池監(jiān)控器件，這種技術(shù)能夠滿(mǎn)足上述所有參數(shù)要求。該器件包括三個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道：通過(guò)外部分流電阻測(cè)量電流；通過(guò)直接安裝在電池正極的串聯(lián)電阻測(cè)量電池電壓；通過(guò)集成傳感器測(cè)量溫度。采用一個(gè)集成的LIN2.1接口直接將傳感器連接至LIN總線，無(wú)需其他元件。飛思卡爾IBS完全符合汽車(chē)行業(yè)的AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)要求。

下文我們將為您介紹的是使用飛思卡爾IBS器件的BMS實(shí)現(xiàn)方法，以及如何通過(guò)利用IBS的硬件特性和定點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)高效率的BMS。

電池監(jiān)控

正如前一段中所提到的，IBS的重要用途是監(jiān)控電池狀態(tài)，并根據(jù)要將狀態(tài)變量傳送至BCM或者其他ECU。將測(cè)量到的電池電流、電池電壓和溫度采樣值作為電池監(jiān)控輸入。電池監(jiān)控輸出為SoC、SoH和SoF。

1.充電狀態(tài)(SoC)

SoC的含義非常直觀，通常以百分?jǐn)?shù)的形式表示。完全充電的電池SoC為100%，完全放電的電池SoC為0%。SoC值隨電池的充電和放電而改變。

Thisleadstoformula(1),whereCristheremaining(dischargeable)capacityofthebatteryandCaisthetotalavailablebatterycapacity:

該值通過(guò)公式(1)計(jì)算，其中Cr代表電池的剩余(可放電)電量，Ca代表電池的可用總電量：

但是，常常會(huì)出現(xiàn)可用電池電量與電池的標(biāo)稱(chēng)容量(通常標(biāo)注在電池外殼上)不同的問(wèn)題。關(guān)于一個(gè)新電池，它可能比標(biāo)稱(chēng)容量更高，關(guān)于已經(jīng)使用一段時(shí)間的電池來(lái)說(shuō)，可用電量會(huì)降低。另一個(gè)問(wèn)題是，實(shí)際可用電量很難根據(jù)IBS的輸入值來(lái)確定。

因此，SoC通常用標(biāo)稱(chēng)容量Cn來(lái)評(píng)定，它具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：

特定SoC的電池可用充電量是已知的，包括舊電池；Cn是在確定的電流(I=Cn/20h)和溫度(27°C)下來(lái)測(cè)定的。

共有2種常用的SoC計(jì)算方法：庫(kù)侖計(jì)數(shù)法，也稱(chēng)為電流積分或安時(shí)平衡，以及開(kāi)路電壓(OCV)測(cè)量。

庫(kù)侖計(jì)數(shù)法是跟蹤SoC快速變化的最佳算法。它基于對(duì)流入和流出電池的電流進(jìn)行積分，并相應(yīng)地調(diào)整計(jì)算出的電池SoC。公式(2)用于SoC計(jì)算，其中Q(t0)表示電池的初始電量，α表示效率因子，i(t)表示電流(正向或反向)，Cn表示電池的標(biāo)稱(chēng)容量。

除α因子外，公式中的參數(shù)都非常直觀。這是一個(gè)用來(lái)描述效率的因子，也稱(chēng)為peukert定律。它表述了在不同放電率情況下鉛酸電池的電量。當(dāng)放電率提高時(shí)，電池的可用電量會(huì)降低。另一個(gè)影響可用電量的參數(shù)是溫度。溫度越高，可用電量也就越高。兩種效率都使用α描述，因此α值要采用一個(gè)2維數(shù)組(溫度和放電率)。根據(jù)測(cè)量到的溫度和放電率，相應(yīng)的值被分別用于每一個(gè)積分步驟。α值在很大程度上取決于電池的設(shè)計(jì)和化學(xué)組成，通常情況下即便是同一家制造商的不同型號(hào)的電池，該值也會(huì)有所不同。他們通常是在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)充電和放電測(cè)試獲得。

雖然peukert定律只適用于放電的情況，但也有一個(gè)與α值類(lèi)似的效率因子被用于充電周期。除了溫度和充電率以外，實(shí)際的SoC也要考慮在內(nèi)，因?yàn)镾oC較高時(shí)的充電效率要小于中等SoC情況下的充電效率。

由于整合了電流值和α值，因而電池狀況改變時(shí)出現(xiàn)的誤差以及電流測(cè)量和量化誤差將隨著時(shí)間的推移而變大。因此，參數(shù)Q(t0)(電流積分的起點(diǎn))通常通過(guò)一種能夠供應(yīng)更高精確度的不同方法來(lái)獲得：OCV方法。OCV是在沒(méi)有用電器件從電池中汲取電流時(shí)電池兩極間的電壓。

鉛酸電池顯示OCV與SoC之間具有良好的線性關(guān)系。因此，通過(guò)測(cè)量OCV，SoC可被直接計(jì)算出來(lái)。OCV和SoC之間的確切因子(exactfactor)必須被表征出來(lái)。

這種方法的唯一缺陷是，OCV只能在停車(chē)以后測(cè)量，即(幾乎)所有的用電器件都關(guān)閉后，而且要在汽車(chē)熄火后經(jīng)過(guò)數(shù)十分鐘甚至數(shù)小時(shí)再測(cè)量。

因此，OCV法常被用于重校準(zhǔn)庫(kù)侖計(jì)數(shù)，而庫(kù)侖計(jì)數(shù)法持續(xù)運(yùn)行。這種組合供應(yīng)了一種良好的SoC計(jì)算方法，并且可在較長(zhǎng)的停車(chē)時(shí)間內(nèi)，用自放電率校正SoC來(lái)使計(jì)算結(jié)果更加精確。

2.健康狀態(tài)(SoH)

鉛酸電池的各種老化效應(yīng)會(huì)對(duì)電池造成不同的影響。由于很難通過(guò)IBS分別對(duì)這些老化效應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和量化，因此SoH通常不直接根據(jù)這些老化效應(yīng)來(lái)評(píng)定。取而代之的是，SoH是通過(guò)使用壽命內(nèi)電池容量的減少來(lái)評(píng)定的，這是老化的重要結(jié)果。與電池老化相關(guān)的另一個(gè)非常重要的參數(shù)是起動(dòng)性能，但是它通常用起動(dòng)能力的功能狀態(tài)(SoF)來(lái)表述。

由此，SoH可通過(guò)公式(3)來(lái)估算，其中Caged代表老化的電池容量，Cn代表按照SoC的計(jì)算作為參考的標(biāo)稱(chēng)容量。

由于Cn是已知的，因此計(jì)算SoH的關(guān)鍵任務(wù)是找到Caged。一種可能的方法是在電池的整個(gè)使用壽命內(nèi)跟蹤所達(dá)到的最大電量(或SoC)。假如在隨后進(jìn)行的若干次完全充電后，電池的最大充電水平低于之前計(jì)算的老化容量，則表示老化容量變小。相應(yīng)地，Caged和SoH必須根據(jù)庫(kù)侖計(jì)數(shù)和OCV方法確定的容量進(jìn)行調(diào)整。完全充電狀態(tài)可以在充電電流降至特定閾值以下時(shí)監(jiān)測(cè)。

確定SoH的另一個(gè)方法是跟蹤充電和放電周期，以電池制造商所供應(yīng)的周期穩(wěn)定性來(lái)進(jìn)行評(píng)估。通常，制造商會(huì)確保在指定溫度下關(guān)于某一深度的充放電周期總量，例如，27℃、25%放電深度時(shí)為500個(gè)周期。通過(guò)用這些數(shù)字對(duì)所有周期進(jìn)行評(píng)估，并應(yīng)用溫度和充電狀態(tài)校正因子，可供應(yīng)對(duì)上文提到的Caged的跟蹤。這些校正因子必須通過(guò)對(duì)電池特性的表征來(lái)確定。

但是，這兩種方法通常還會(huì)與其他專(zhuān)用算法結(jié)合使用，這些算法與電池使用壽命中的多個(gè)電池參數(shù)緊密結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)大量的電池特性分析可確定這些電池參數(shù)，它們通常只適用于一個(gè)特定的電池型號(hào)。

3.功能狀態(tài)(SoF)

對(duì)鉛酸電池來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)汽車(chē)引擎即便不是最重要的功能，也是非常重要的功能。因此，BMS的一個(gè)非常重要的任務(wù)是在實(shí)際條件下預(yù)測(cè)汽車(chē)能否起動(dòng)。起動(dòng)預(yù)測(cè)通過(guò)SoF參數(shù)表示。

除了傳統(tǒng)的停車(chē)后再起動(dòng)，通過(guò)在微型混合動(dòng)力汽車(chē)中引入起停系統(tǒng)，起動(dòng)預(yù)測(cè)功能正變得更加重要。BMS必須決定是否可在引擎關(guān)閉后再次起動(dòng)，以及是否可以安全地進(jìn)入停止模式，并與BCM進(jìn)行通信。

獲取SoF參數(shù)的一個(gè)非常好的方法是對(duì)最近的引擎起動(dòng)情況、剩余電量(作為SoC和SoH的函數(shù))和實(shí)際溫度進(jìn)行分析。在起動(dòng)期間，電池內(nèi)阻Ri(通過(guò)電壓降和電流來(lái)計(jì)算)要被記錄下來(lái)。因?yàn)镽i在電池的使用壽命中是相對(duì)一致的，并且只是在電池使用壽命結(jié)束前顯著升高，因此Ri平均值要低于某個(gè)特定的閾值，以確保安全起動(dòng)。老化電池的另一個(gè)影響是，在起動(dòng)階段，從電壓和電流采樣中計(jì)算出的Ri值會(huì)趨向于非線性，即關(guān)于相同的電壓采樣值會(huì)有不同的電流值。而關(guān)于新電池來(lái)說(shuō)，Ri是線性的。參見(jiàn)圖3和圖4了解起動(dòng)過(guò)程中常見(jiàn)的電壓和電流變化趨勢(shì)。

綜合Ri(通過(guò)電壓降和電流來(lái)計(jì)算)、電池剩余電量和實(shí)際溫度，可以很好地表征起動(dòng)能力。此外，這些閾值也必須通過(guò)電池的特性分析來(lái)確定。

為了以必要的準(zhǔn)確度確定Ri的線性性或非線性性，所有起動(dòng)階段取樣的電壓和電流值都要使用線性濾波器來(lái)過(guò)濾，最好采用帶通濾波器。

高效實(shí)現(xiàn)BMS的硬件和軟件

電能效率是新型汽車(chē)一個(gè)最重要的特性，由BMS來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了管理一些節(jié)電功能外，BMS還要具有高能效，因?yàn)樗且环N始終運(yùn)行的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)不工作時(shí)要通過(guò)鉛酸電池供電。為滿(mǎn)足這一要求，IBS的功耗必須盡可能低。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，飛思卡爾的IBS執(zhí)行采用兩種低功耗模型，其中CpU和其他不要的硬件(HW)模塊被關(guān)閉。為降低正常運(yùn)行模式時(shí)的功耗，并減少客戶(hù)端的軟件(SW)開(kāi)發(fā)工作，新增了額外的硬件模塊以降低軟件復(fù)雜性。這樣便可以使用尺寸更小、功耗更低、性?xún)r(jià)比更高的16位微控制器。另一種降低軟件復(fù)雜性的方法是在整個(gè)使用壽命期間確保產(chǎn)品參數(shù)，并將廠調(diào)校值存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器(NVM)中。作為產(chǎn)品下線測(cè)試的一部分，這些調(diào)校值針對(duì)每個(gè)芯片分別進(jìn)行表征描述，并相應(yīng)地存儲(chǔ)。因此，在軟件中無(wú)需使用復(fù)雜的校準(zhǔn)算法。

除了在硬件中執(zhí)行的這三種技術(shù)以外，本文還介紹了電池監(jiān)控算法的高效軟件實(shí)現(xiàn)方法。

1．低功耗模式

實(shí)現(xiàn)低功耗模式是一種非常好的降低功耗的方法。實(shí)現(xiàn)方法是，在不要SoC的部件(尤其是CpU)時(shí)將其關(guān)閉、并僅在要時(shí)切換到正常模式(即激活所有硬件模塊)。正如前面所提到的，共有兩種低功耗模型，其不同之處僅在于CpU被喚醒后使用的程序入口點(diǎn)。

但是，在低功耗(即沒(méi)有軟件交互)模式下，也要監(jiān)控電池狀態(tài)。首先，要跟蹤電流，用庫(kù)侖計(jì)數(shù)法計(jì)算出SoC。相應(yīng)地，可支持低功耗模式下的電流測(cè)量和電流采樣值的自動(dòng)求和(即庫(kù)侖計(jì)數(shù))。

IBS必須能夠?qū)﹄姵睾推?chē)的狀態(tài)變更做出反應(yīng)，即電池傳感器必須在各種事件發(fā)生時(shí)被喚醒。相應(yīng)地，也要測(cè)量低功耗模式時(shí)的電流和溫度。電流變化通常表明汽車(chē)狀態(tài)發(fā)生變化(用電器件的開(kāi)和關(guān))，而溫度改變時(shí)有時(shí)要重新校準(zhǔn)測(cè)量通道參數(shù)。可以配置電流和溫度采樣值的閾值，假如超出閾值則喚醒。還可以使用自動(dòng)庫(kù)侖計(jì)數(shù)器閾值喚醒機(jī)制。

除了那些針對(duì)被測(cè)參數(shù)的喚醒事件以外，還可實(shí)現(xiàn)其它喚醒機(jī)制，允許BCM或汽車(chē)中的其它電子器件喚醒IBS(通過(guò)LIN消息或直接導(dǎo)線連接)，此外還有按時(shí)喚醒機(jī)制。

上述低功耗模式和喚醒機(jī)制的實(shí)現(xiàn)允許IBS在大多數(shù)時(shí)間里都運(yùn)行在低功耗模式下(通常約為70%)，包括引擎運(yùn)行時(shí)。在正常運(yùn)行模式期間，SoC、SoH和SoF參數(shù)將被重新計(jì)算。

2．將軟件任務(wù)移至硬件模塊

采用專(zhuān)用硬件模塊來(lái)承擔(dān)軟件的任務(wù)是降低軟件復(fù)雜性和節(jié)省電能的一種有效方式。在將此類(lèi)硬件模塊用于電池監(jiān)控算法以前，可以非常有效地將其用于電壓、電流和溫度測(cè)量采樣值的預(yù)處理。這一點(diǎn)非常有必要，因?yàn)槠?chē)的電源線經(jīng)常受到干擾，而且關(guān)于IBS來(lái)說(shuō)，采樣值的測(cè)量精度要求很高。

帶有抽取濾波器和抗干擾濾波器的高精度16位Σ-ADC非常適合這種應(yīng)用，因?yàn)榕c其他ADC技術(shù)相比它具有高測(cè)量精確度。結(jié)合誤差補(bǔ)償功能，已經(jīng)能夠供應(yīng)非常好的精確度。但是，在信號(hào)處理鏈后常常要對(duì)采樣值進(jìn)行再濾波。這樣做的原因是可以去除汽車(chē)中其它電子器件的噪音，因此濾波器要有可自由轉(zhuǎn)換的頻率特性。另一個(gè)原因是，作為電池監(jiān)控的一部分而被觀測(cè)的特定電池參數(shù)，與激勵(lì)頻率(由電池的化學(xué)組成決定)緊密聯(lián)系在一起。例如Ri就是如此。

可編程線性濾波器可以滿(mǎn)足這些要求：濾波器系數(shù)可經(jīng)過(guò)寄存器傳送到硬件濾波器模塊。這些寄存器被編程后，在軟件中就不再要完成濾波任務(wù)。

電流測(cè)量面對(duì)著要對(duì)小電流進(jìn)行高精度測(cè)量，同時(shí)還必須支持寬測(cè)量范圍的挑戰(zhàn)。所要求的精度要高于10mA，這意味著在100Ω的分流器上出現(xiàn)1V的壓降。而在汽車(chē)起動(dòng)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)1000A甚至更高的電流。為支持上述兩種要同時(shí)防止在軟件上進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量重配置，要引入一個(gè)自動(dòng)增益放大器。可選增益因子用來(lái)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)，使其與ADC的參考電壓達(dá)到最優(yōu)匹配。增益因子的調(diào)節(jié)可以自動(dòng)完成，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)需對(duì)軟件進(jìn)行重配置。出于測(cè)試的目的，或者當(dāng)存在特殊的應(yīng)用需求，也可以選擇固定增益因子。

3．簡(jiǎn)化校準(zhǔn)工作

確保器件在整個(gè)使用壽命期間都保持高精確度的一個(gè)非常重要的任務(wù)是調(diào)整和校準(zhǔn)。為此，之前測(cè)試得到的校正因子被應(yīng)用到關(guān)鍵的器件參數(shù)中。作為產(chǎn)品線器件測(cè)試的一部分，這些因子在各種溫度下被測(cè)試，并存儲(chǔ)到IBS的NVM中。在器件啟動(dòng)時(shí)，各調(diào)整參數(shù)需由軟件寫(xiě)入到器件的寄存器中。要調(diào)整的參數(shù)可在電流和電壓測(cè)量鏈中得到。另外，振蕩器、電壓基準(zhǔn)和LIN按時(shí)也要被校準(zhǔn)。在運(yùn)行期間要進(jìn)行重校準(zhǔn)，例如要定期校準(zhǔn)或在溫度出現(xiàn)急劇變化時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。假如有的話(huà)，不同的校正因子需再次寫(xiě)入到各自的寄存器中。

上面提到的校準(zhǔn)方法可以防止客戶(hù)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行昂貴的產(chǎn)品下線測(cè)試。另外，通過(guò)簡(jiǎn)單地應(yīng)用參數(shù)，還可以降低軟件校準(zhǔn)的復(fù)雜性。

4．軟件實(shí)現(xiàn)

在前文中提到的電池管理算法要采用處理器密集型計(jì)算和控制算法。通常是在pC機(jī)上利用基于模型的仿真工具來(lái)完成這些算法的初次實(shí)現(xiàn)。這些工具通常使用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式。在隨后的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，這些算法被移植到IBS上。但是，由于成本和功耗的原因，IBS所用的微控制器上并不供應(yīng)浮點(diǎn)硬件。因此，為獲得合適的運(yùn)行時(shí)間，在算法中所使用的數(shù)據(jù)類(lèi)型必須映射到定點(diǎn)整數(shù)格式。有多種數(shù)據(jù)類(lèi)型及相應(yīng)的取值范圍可用。例如，下表列出了在飛思卡爾的IBS上供應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

數(shù)據(jù)類(lèi)型范圍(無(wú)符號(hào))范圍(有符號(hào))

char(8位)0–255-128–127

int(16位)0–65535-32768–32767

longint(32位)0–4294967295-2147483648–2147483647

為了表示小于1的值，LSB被映射為特定的值。該值由所需的分辨率決定。通過(guò)選擇其中一個(gè)可用的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以得出該變量的可用值范圍和虛擬固定小數(shù)點(diǎn)(定點(diǎn)格式)。例如，分辨率為1mV，采用無(wú)符號(hào)整型時(shí)所能表示的范圍為0~65.535V。

由于飛思卡爾IBS中有一個(gè)16位S12CpU，因此整型數(shù)據(jù)類(lèi)型可以供應(yīng)16位的精度。這意味著8位和16位變量處理起來(lái)較32位性能更優(yōu)。因此，一般首選8位及16位變量。

上述計(jì)算SoC、SoH和SoF所用算法的實(shí)現(xiàn)范例顯示，在許多情況下，16位變量可以供應(yīng)足夠的數(shù)值精度和范圍。這是因?yàn)殡妷汉蜏囟容斎胫刀际?6位精度(通過(guò)使用16位ADC)。其它的一些16位精度就已足夠的數(shù)值包括SoC、SoH、Ri和校正因子α。即使采用具有24位精度的電流采樣值，也可以在大多數(shù)情況下映射到16位數(shù)據(jù)。例如在3mA的精度上，通過(guò)使用帶符號(hào)16位整型格式，可表示達(dá)±98.3A的電流值，而無(wú)需對(duì)數(shù)字格式做進(jìn)一步的修改。這足以滿(mǎn)足汽車(chē)在行駛和停止時(shí)的要求。在起動(dòng)過(guò)程中，電流采樣值會(huì)超出邊界，必須使用32位數(shù)據(jù)格式。要32位格式的參數(shù)是與電池充電有關(guān)的值(例如，庫(kù)侖計(jì)數(shù)器)。

本文小結(jié)

本文介紹了如何采用飛思卡爾IBS來(lái)有效實(shí)現(xiàn)微型混合動(dòng)力汽車(chē)中的BMS。討論了最先進(jìn)的電池狀態(tài)計(jì)算算法(SoC、SoH和SoF)。從中可以了解到，在功耗方面可以采用什么特殊的硬件特性來(lái)提高IBS的效率。本文還介紹了具有自動(dòng)電池狀態(tài)觀測(cè)(無(wú)需軟件交互)和復(fù)雜喚醒機(jī)制的低功耗模式的使用。因此，IBS能夠在大多數(shù)情況下都處于低功耗模式。另外，通過(guò)采用合適的硬件信號(hào)處理、可編程濾波和簡(jiǎn)化的校準(zhǔn)方式，軟件復(fù)雜性得以降低。本文還介紹了定點(diǎn)運(yùn)算原理，分析結(jié)果表明，關(guān)于BMS算法中的變量來(lái)說(shuō)，16位定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式一般能夠滿(mǎn)足要求，僅在少數(shù)時(shí)候需采用32位格式。