鋰離子電池特性

有必要契合電動(dòng)汽車在功用、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(shí)，鋰資料通常在石墨陽(yáng)極進(jìn)行離子化，接著這些鋰離子藉由電解質(zhì)移動(dòng)經(jīng)過(guò)別離器到達(dá)陰極構(gòu)成電荷活動(dòng)，充電進(jìn)程則是把整個(gè)程序反向，將鋰離子由陰極經(jīng)過(guò)別離器帶回陽(yáng)極。

這個(gè)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(shí)，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(huì)進(jìn)步直到鋰離子單元開端崩潰，當(dāng)溫度逾越100°C時(shí)，電解質(zhì)開端分化，釋放出可能構(gòu)成在規(guī)劃上無(wú)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(huì)因氧化物分化面對(duì)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(shí)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(lái)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(wèn)題。

在ChevyVolt電動(dòng)汽車中，電池組包含了288個(gè)棱柱形鋰離子電池，分為96個(gè)電池群，經(jīng)過(guò)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(gè)主電池模塊，銜接到每個(gè)電池群的電壓感應(yīng)線路在銜接到每個(gè)電池模塊上方時(shí)進(jìn)行終端處理，并經(jīng)過(guò)電壓感應(yīng)束帶組合銜接器銜接到每個(gè)電池模塊上方的電池接口模塊上，4個(gè)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(duì)應(yīng)4個(gè)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(huì)送到電池能量操控模塊中，接著這個(gè)模塊會(huì)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(dòng)力操控模塊，在任何時(shí)間，整個(gè)體系每秒會(huì)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ChevyVolt電動(dòng)汽車中運(yùn)用的電池接口操控模塊，請(qǐng)參考圖1，規(guī)劃上特別面向高信號(hào)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(lái)幫忙保證如此深具應(yīng)戰(zhàn)性環(huán)境中的信號(hào)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(gè)通孔的信號(hào)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(guò)這些區(qū)域下方的信號(hào)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(hào)走線，并包含部分額定的零組件。

進(jìn)步電動(dòng)汽車鋰離子電池組安全性的辦法

信號(hào)阻隔

在電動(dòng)汽車運(yùn)用中，通訊和操控是車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的重要柱石，在如ChevyVolt這個(gè)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(cè)特別電池接口操控模塊上每個(gè)感應(yīng)子體系中的電池組，不過(guò)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，ControllerAreaNetwork）總線信號(hào)接口和一個(gè)高電壓故障信號(hào)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)用的首選解決方法。

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有關(guān)需求長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)電池組直流電壓壓力，以及可能發(fā)生于測(cè)試、充電銜接和移除以及直流-直流轉(zhuǎn)換時(shí)的快速高電壓瞬態(tài)改變至關(guān)重要。

在選擇這個(gè)要害零組件時(shí)，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，但有關(guān)快速開關(guān)和高電流改變構(gòu)成EMI的考慮根本上會(huì)約束超高速器材的需求，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)步對(duì)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(gè)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(lái)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。

表1：各種光電耦合器適宜的轎車運(yùn)用

進(jìn)步電動(dòng)汽車鋰離子電池組安全性的辦法

轎車用光電耦合器

舉例來(lái)說(shuō)，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AvagoR2Coupler系列的一員，ACPL-M43T是一款選用緊湊5引腳SO-5JEDEC封裝，合適外表貼裝運(yùn)用的車用級(jí)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(lái)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(jí)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(jí)LED，經(jīng)過(guò)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。

進(jìn)步電動(dòng)汽車鋰離子電池組安全性的辦法

這個(gè)器材十分合適電動(dòng)汽車電池組的要求，供給包含567V持續(xù)作業(yè)電壓，6000V最高瞬態(tài)過(guò)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(shí)，不管是邏輯高電平或低電平輸出都具有30kV/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(shí)機(jī)。

ACPL-M43T的1M波特率有關(guān)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(lái)下降可能來(lái)自于其他零組件，包含CAN收發(fā)器等快速開關(guān)時(shí)間的電磁輻射，雖然CAN物理層傳輸協(xié)議自帶相對(duì)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(guò)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(gè)獨(dú)立ACPLM43T光電耦合器給三個(gè)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(hào)。微操控器的CAN發(fā)射引腳輸出經(jīng)過(guò)電路板的屏蔽信號(hào)層到達(dá)ACPL-M43T的陽(yáng)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(hào)被送到電池接口模塊的通訊輸出級(jí)電路。

進(jìn)步電動(dòng)汽車鋰離子電池組安全性的辦法

光電耦合器在全電動(dòng)和混合動(dòng)力轎車電子體系中扮演了十分重要的角色，供給信號(hào)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(duì)駕駛或乘員帶來(lái)傷害或電擊的途徑，ChevyVolt電動(dòng)汽車只是光電耦合器如何運(yùn)用于幫忙電池組辦理的一個(gè)實(shí)踐典范。