5. Accumulator 與安全設計

5. Accumulator 與安全設計 
 5.1 AMS 功能與設計 
 AMS（Accumulator Management System） 在 FSAE 語境中等同於商用車的 BMS（Battery Management System），但 FSAE 規則對其功能有明確要求。 
 必要功能 
 
 
 
 功能 
 說明 
 實作方式 
 
 
 
 
 逐顆電壓監測 
 每顆 Cell 獨立量測 
 專用 IC（如 LTC6811） 
 
 
 溫度監測 
 每個溫度區域 NTC 
 ADC 讀取，插值換算 
 
 
 過壓保護 
 超過 Cell 最大電壓 
 硬體比較器 + SDC 繼電器 
 
 
 欠壓保護 
 低於 Cell 最低電壓 
 同上 
 
 
 過溫保護 
 超過 Cell 最高溫度 
 同上 
 
 
 SOC 估算（可選但強烈建議） 
 剩餘電量顯示 
 庫侖計數 or 模型估算 
 
 
 
 LTC6811 架構（推薦方案） 
 [Cell Stack（12S）]
 │
[LTC6811-1（量12顆Cell電壓）]
 │（daisy-chain SPI）
[LTC6811-2（量下一組12顆）]
 │
[AMS MCU（STM32）]
 │
 ├── [AMS_OK 繼電器輸出] → SDC
 ├── [CAN 輸出] → VCU
 └── [SOC 顯示] → Dashboard
 
 為什麼選 LTC6811 ： 
 
 專為 Li-ion Stack 設計，量測精度高（< 1mV） 
 Daisy-chain 架構，線束簡單 
 內建 ADC，支援 Cell balance（Passive Balancing） 
 有完整文件和範例程式碼 
 
 5.2 Precharge 電路 
 為什麼需要 Precharge？ 
 Motor Controller 內部有大容量電容（數百到數千 μF）。如果直接閉合 AIR，電容充電電流在瞬間可達數百安培，可能： 
 
 燒毀 Contactor 觸點（電弧侵蝕） 
 造成 Motor Controller 損壞 
 觸發保險絲 
 
 Precharge 流程 ： 
 1. AIR- 閉合（負極先閉合）
2. Precharge Relay 閉合（通過限流電阻對 MC 電容充電）
3. 等待 MC 電壓上升到 TS 電壓的 ≥ 95%（通常 1–5 秒）
4. AIR+ 閉合
5. Precharge Relay 斷開
6. 進入 RTD 等待狀態
 
 Precharge 電阻計算 ： 
 時間常數 τ = R × C 
 
 目標充電時間（3τ 到達 95%）：建議 1–3 秒 
 MC 電容：查 Motor Controller 規格書 
 計算 R = τ / (3 × C) 
 電阻功率：P = V² / R（在充電初期最大），選擇額定功率 3–5 倍的電阻 
 
 Precharge 完成偵測 ： 
 
 量測 Motor Controller DC Bus 電壓 
 比對 Accumulator 電壓 
 差值 < 5%（或設定閾值）→ 觸發 AIR+ 閉合 
 
 
 ⚠️ 關鍵規則 ：Precharge 電路本身也受 SDC 控制。SDC 開路時，Precharge Relay 也應斷開。 
 
 5.3 Contactor 控制邏輯 
 完整 Contactor 控制狀態機 ： 
 [IDLE / 充電完成]
 │ SDC_CLOSED & 收到充電指令
 ↓
[AIR- 閉合]（等待 50ms 確認）
 │
 ↓
[Precharge 閉合]（等待 MC 電壓上升）
 │ MC_Voltage >= 0.95 × TS_Voltage
 ↓
[AIR+ 閉合]（等待 50ms 確認）
 │
 ↓
[Precharge 斷開]
 │
 ↓
[HV READY]（等待 RTDS 程序完成）
 │
 ↓
[RTD（Ready To Drive）]

任何狀態發生 SDC 開路 → 立即進入 [FAULT] → 斷開所有 Contactor
 
 輔助觸點回授的重要性 ： 
 每個 Contactor 的輔助觸點（Auxiliary Contact）必須回授給 VCU。這讓你能偵測： 
 
 Contactor 線圈通電了，但觸點沒有實際閉合（機械卡死） 
 Contactor 線圈斷電了，但觸點沒有斷開（觸點黏連，welded contact） 
 
 觸點黏連是高壓系統中非常危險的故障模式——你以為 HV 已斷電，但實際上還有電壓存在。 
 小結 
 Accumulator 安全設計的核心是： 不要假設一切正常 。每一個電氣動作都需要有確認機制，每一個故障狀態都需要有明確的處理路徑。Precharge 就是「不假設電容已經充好電」的體現。