目前在全電動或混合動力轎車運(yùn)用中，高電壓鋰離子電池組的辦理面對許多應(yīng)戰(zhàn)，除了有必要監(jiān)控充電和放電循環(huán)外，基于安全考量，也需求對供給數(shù)百伏電壓的電池組進(jìn)行阻隔，本文特別面向鋰離子電池監(jiān)測需求進(jìn)行討論，并探討電池監(jiān)控體系、數(shù)字通訊體系以及阻隔接口運(yùn)用的架構(gòu)和零組件。 

 

　　在辦理體系中，電池監(jiān)測電路板運(yùn)用兩個要害子體系來可靠監(jiān)測電池狀況并供給數(shù)字化結(jié)果給掌管操控體系運(yùn)作的主控處理器，為了別離這些子體系，在高電壓電池感應(yīng)電路和電路板的通訊器材間選用光阻隔信號接口，以保證高電壓不會影響數(shù)字子體系。 

 

　　鋰離子電池特性 

 

　　有必要契合電動車在功用、安全以及可靠性要求的復(fù)雜電子體系及本上直接遭到鋰離子電池特性的影響，鋰離子電池放電時，鋰資料通常在石墨陽極進(jìn)行離子化，接著這些鋰離子藉由電解質(zhì)移動經(jīng)過別離器到達(dá)陰極構(gòu)成電荷活動，充電進(jìn)程則是把整個程序反向，將鋰離子由陰極經(jīng)過別離器帶回陽極。 

 

　　這個化學(xué)反能程序的功用和可靠性由電池單元的溫度和電壓操控，在較低溫度時，化學(xué)反應(yīng)較慢，使得電池單元的電壓較低，跟著溫度升高，反應(yīng)速度會進(jìn)步直到鋰離子單元開端崩潰，當(dāng)溫度逾越100°C時，電解質(zhì)開端分化，釋放出可能構(gòu)成在規(guī)劃上無泄壓機(jī)制電池單元壓力的氣體，在夠高的溫度下，鋰離子電池單元可能會因氧化物分化面對熱失控釋放出氧氣，進(jìn)一步加速溫度的升高。 

 

　　因此，保持鋰離子電池的最佳操作條件是電池辦理體系的一項(xiàng)要害要求，規(guī)劃操控和辦理體系時的首要應(yīng)戰(zhàn)在于保證可靠的數(shù)據(jù)采集和分析，以便用來監(jiān)控轎車中鋰離子電池的狀況，而這正是鋰離子電池本身的特性問題。 

 

　　在Chevy Volt電動車中，電池組包含了288個棱柱形鋰離子電池，分為96個電池群，經(jīng)過銜接供給386.6V的直流體系電壓，這些電池群結(jié)合溫度感應(yīng)器和冷卻 單元構(gòu)成四個主電池模塊，銜接到每個電池群的電壓感應(yīng)線路在銜接到每個電池模塊上方時進(jìn)行終端處理，并經(jīng)過電壓感應(yīng)束帶組合銜接器銜接到每個電池模塊上方的電池接口模塊上，4個選用顏色標(biāo)示的電池接口模塊在電池組的不同方位運(yùn)作，別離對應(yīng)4個模塊直流電壓偏位的低、中和高電壓規(guī)模。 

 

　　電池接口模塊供給的數(shù)據(jù)會送到電池能量操控模塊中，接著這個模塊會將故障情況、狀況和確診信息供給給作為車輛確診主操控器的混合動力操控模塊，在任何時間，整個體系每秒會運(yùn)轉(zhuǎn)逾越5000次的體系確診，其間85%的確診聚焦于電池組的安全性，其他則作為方針電池功用和壽命操控。 

 

　　多層電路板 

 

　　電池功用分析開端于如Chevy Volt電動車中運(yùn)用的電池接口操控模塊，請參考圖1，規(guī)劃上特別面向高信號完整性，選用四層規(guī)劃的電路板運(yùn)用了走線布局技能、阻隔技能和接地平面的組合 來幫忙保證如此深具應(yīng)戰(zhàn)性環(huán)境中的信號完整性，其間最上層包含大多數(shù)零組件，包含光阻隔器、接地平面和帶有多個通孔的信號走線，供給通往下層的銜接途徑，第二層則運(yùn)用電源和接地平面分布于電路板的高電壓區(qū)下方，第三層包含了經(jīng)過這些區(qū)域下方的信號走線，印刷電路板的另一面，也就是第四層就作為接地平面和信號走線，并包含部分額定的零組件。 

 

信號阻隔 

 

　　在電動車運(yùn)用中，通訊和操控是車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的重要柱石，在如Chevy Volt這個車款中，運(yùn)用了多重網(wǎng)絡(luò)阻隔和維護(hù)獨(dú)立子體系，運(yùn)用復(fù)雜的算法辦理獨(dú)立鋰離子電池群并監(jiān)測特別電池接口操控模塊上每個感應(yīng)子體系中的電池組，不過作為整體電池辦理的要害數(shù)據(jù)被包含在操控器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN，Controller Area Network）總線信號接口和一個高電壓故障信號中，一起體系的安全性和可靠性也仰賴CAN總線網(wǎng)絡(luò)和高電壓感應(yīng)電路間的安全阻隔，雖然阻隔能夠運(yùn)用多種辦法和零組件實(shí)現(xiàn)，可是嚴(yán)苛的環(huán)境以及多重安全法規(guī)要求使得光電耦合器成為這類型運(yùn)用的首選解決方案。 

 

　　光電耦合器供給有高共模噪聲按捺才能，并在根本上具備高電氣噪聲環(huán)境如轎車中EMC和EMI的免疫力，別的，這類型器材供給的高度阻隔關(guān)于需求長時間面對電池組直流電壓壓力，以及可能發(fā)生于測試、充電銜接和移除以及直流-直流轉(zhuǎn)換時的快速高電壓瞬態(tài)改變至關(guān)重要。 

 

　　在挑選這個要害零組件時，轎車運(yùn)用的首要要求包含適宜的封裝和作業(yè)電壓標(biāo)準(zhǔn)，雖然包含速度、數(shù)據(jù)率和功耗等功用標(biāo)準(zhǔn)仍然重要，但關(guān)于快速開關(guān)和高電流改變構(gòu)成EMI的考慮根本上會約束超高速器材的需求，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)步對調(diào)整壓擺率和約束EMI功用等的更高靈活度要求。 

 

　　為了契合轎車運(yùn)用環(huán)境的嚴(yán)厲標(biāo)準(zhǔn)要求，Avago供給了多個系列的光電耦合器產(chǎn)品，能夠運(yùn)用在電池組的電壓感應(yīng)上，帶來數(shù)據(jù)通訊接口和其他運(yùn)用的安全阻隔，表1供給契合各種轎車運(yùn)用環(huán)境的光電耦合器產(chǎn)品。 

 

　轎車用光電耦合器 

 

　　舉例來說，Avago的ACPL-M43T光電耦合器就供給了電池接口操控模塊電路板需求的阻隔功用，作為Avago R2Coupler系列的一員，ACPL-M43T是一款選用緊湊5引腳SO-5 JEDEC封裝，合適外表貼裝運(yùn)用的車用級單通道數(shù)字光電耦合器。除了強(qiáng)化絕緣才能外，Avago的R2Coupler產(chǎn)品運(yùn)用雙線來強(qiáng)化要害的功用銜接，如圖2。別的，密封型光電耦合器展現(xiàn)了更強(qiáng)的可靠性和更廣的作業(yè)溫度規(guī)模，大幅度逾越運(yùn)用消費(fèi)類等級LED的光電耦合器產(chǎn)品。專門面向轎車運(yùn)用規(guī)劃，Avago的產(chǎn)品運(yùn)用車用級LED，經(jīng)過契合ISO/TS16949的質(zhì)量體系進(jìn)行制作，并契合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)要求。 

 

　　這個器材十分合適電動車電池組的要求，供給包含567V連續(xù)作業(yè)電壓，6000V最高瞬態(tài)過電壓、5mm爬電距離和5mm電氣空隙等標(biāo)準(zhǔn)，在10mA順向輸入電流時，不管是邏輯高電平或低電平輸出都具有30 kV/μs的共模瞬變抗擾度，能夠下降其他轎車子體系改變進(jìn)入CAN傳輸線網(wǎng)絡(luò)的時機(jī)。 

 

　　ACPL-M43T的1M波特率關(guān)于這類規(guī)劃現(xiàn)已十分足夠，別的，選用的集電極開路輸出也能夠允許規(guī)劃工程師調(diào)整輸出壓擺率來下降可能來自于其他零組件，包含CAN收發(fā)器等快速開關(guān)時間的電磁輻射，雖然CAN物理層傳輸協(xié)議自帶相對較低的EMI。 

 

　　在電池接口模塊電路板中，ACPL-M43T位于通訊區(qū)的邊際，經(jīng)過更深層電路板中的接地上屏蔽進(jìn)一步把它和高電壓感應(yīng)子體系阻隔，阻隔接口供給三個獨(dú)立ACPLM43T光電耦合器給三個由感應(yīng)電路發(fā)出的銜接線，特別是CAN發(fā)射輸出引腳，微操控器的CAN接納輸入引腳和微操控器的高電壓故障信號。微 操控器的CAN發(fā)射引腳輸出經(jīng)過電路板的屏蔽信號層到達(dá)ACPL-M43T的陽極，供給嵌入式LED能量，構(gòu)成輸出引腳Vo的狀況改變，如圖3，接著已阻隔信號被送到電池接口模塊的通訊輸出級電路。 

 

　　光電耦合器在全電動和混合動力轎車電子體系中扮演了十分重要的角色，供給信號阻隔、高噪聲按捺才能和體系維護(hù)，防止高電壓進(jìn)入可能對駕駛或乘員帶來傷害或電擊的途徑，Chevy Volt電動車只是光電耦合器如何運(yùn)用于幫忙電池組辦理的一個實(shí)踐典范。