高壓鋰離子電池組管理——安全供電的保證

　　為了給多單元鋰離子電池組充電或放電，設(shè)計一般使用恒流或恒壓方法，此時充電系統(tǒng)將使用一對MOSFET在達(dá)到想要的充電電壓時降低充電電流，或在放電操作中增加電流。L9763提供充電泵驅(qū)動功率MOSFET器件。L9763會將所監(jiān)視的鋰離子電池的測量數(shù)據(jù)通過SPI接口傳送給飛思卡爾的S9S08DZ32 MCU。L9763還向MCU提供5V LDO輸出。針對總的電池管理功能，各個L9763器件是通過片上接口鏈接的，并由主控制單元通過垂直菊花鏈通信進(jìn)行單獨(dú)尋址。

　　檢測電路MCU

　　如上所述，鋰離子電池的SOC估計是一項復(fù)雜的任務(wù)，需要足夠強(qiáng)大的處理能力。在這個設(shè)計中，每個檢測子系統(tǒng)都有一個L9763 ASIC和一個飛思卡爾的S9S08DZ32 40-MHz HCS08 MCU，該MCU集成有32kB閃存、2kB RAM和1kB E2PROM。外部4MHz振蕩器為MCU時鐘工作提供參考頻率。

　　在通用汽車-LG Chem設(shè)計中，MCU需要執(zhí)行根據(jù)L9763提供的電壓和電流測量數(shù)據(jù)估計SOC所需的運(yùn)算。雖然SOC算法是專有算法，但硬件配置和維護(hù)程序建議這些估計算法能將使用存儲的電池表征數(shù)據(jù)進(jìn)行的電壓驅(qū)動估計與在充電過程中用于臨時重新校準(zhǔn)的更直接電量測量結(jié)合起來。由IBM描述的詳細(xì)系統(tǒng)建模環(huán)境的使用提供了一個理想的平臺，有助于為優(yōu)化SOC計算找到合適的數(shù)據(jù)集，也有助于在廣泛采樣的工作條件下對方法進(jìn)行驗證確認(rèn)。

　　HCS08的安全功能，比如計算機(jī)工作正?？撮T狗定時器，有助于確?？煽康墓ぷ?，并在發(fā)生不可恢復(fù)的應(yīng)用軟件故障時自動產(chǎn)生復(fù)位信號。在這種應(yīng)用中特別重要的是，S9S08DZ32內(nèi)部有個復(fù)雜的片上CAN控制器，當(dāng)不在使用時可以有選擇性地斷電或進(jìn)入休眠模式(圖6)。為了幫助確?？深A(yù)測的實時性能，片上控制器集成了5個接收緩存并組成了一個FIFO緩沖器，還有3個發(fā)送緩存，允許區(qū)分輸出消息的優(yōu)先次序。

?

　　圖6：片載CAN控制器是選用飛思卡爾S9S08DZ32 MCU搭建電池接口控制模塊檢測子系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。(飛兆半導(dǎo)體提供)

　　信號隔離

　　在雪佛蘭Volt的系統(tǒng)之系統(tǒng)中，通信與控制是汽車工作的基礎(chǔ)，而Volt提供了多個網(wǎng)絡(luò)用于隔離和保護(hù)各個子系統(tǒng)。上述復(fù)雜算法需要管理各個鋰離子電池組，并監(jiān)視特定電池接口控制模塊上的每個檢測子系統(tǒng)內(nèi)的電池組。然而，最終總體電池管理需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)包含在CAN總線信號接口和高壓故障信號中。與此同時，系統(tǒng)安全性和可靠性取決于CAN總線網(wǎng)絡(luò)與高壓檢測電路的安全隔離度。雖然隔離可以用各種方法和元件實現(xiàn)，但惡劣環(huán)境和多種安全法規(guī)使得光耦成為這類應(yīng)用的首選解決方案。

　　下一代系統(tǒng)

　　雪佛蘭Volt當(dāng)然是在商用化市場中投入生產(chǎn)的最復(fù)雜分布式嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用之一，它的設(shè)計在多個領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。在影響Volt成功和電動汽車市場普及的最重要系統(tǒng)中，汽車的鋰離子電池和相關(guān)的電池管理系統(tǒng)表明了汽車應(yīng)用中軟件和電路重要性的提高。根據(jù)最近發(fā)布的McKinsey市場調(diào)查報告，到2025年，新興鋰離子技術(shù)完全可以把電池容量提高80%至110%，價格則隨之下降，從而使電動汽車的總體擁有成本能夠與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的傳統(tǒng)汽車相抗?fàn)帯こ處焷碚f，挑戰(zhàn)仍然表現(xiàn)為在面對更高的直流電壓、電池容量、數(shù)據(jù)速率和消費(fèi)者期望值的情況下如何發(fā)掘新興鋰離子電池系統(tǒng)的全部潛能。