鋰離子電池特性

有必要契合電動汽車在功用、安全以及可靠性要求的復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行離子化，接著這些鋰離子藉由電解質移動經過別離器到達陰極構成電荷活動，充電進程則是把整個程序反向，將鋰離子由陰極經過別離器帶回陽極。

這個化學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，化學反應較慢，使得電池單元的電壓較低，跟著溫度升高，反應速度會進步直到鋰離子單元開端崩潰，當溫度逾越100°C時，電解質開端分化，釋放出可能構成在規劃上無泄壓機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要害要求，規劃操控和辦理體系時的首要應戰在于保證可靠的數據采集和分析，以便用來監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ChevyVolt電動汽車中，電池組包含了288個棱柱形鋰離子電池，分為96個電池群，經過銜接供給386.6V的直流體系電壓，這些電池群結合溫度感應器和冷卻單元構成四個主電池模塊，銜接到每個電池群的電壓感應線路在銜接到每個電池模塊上方時進行終端處理，并經過電壓感應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個選用顏色標示的電池接口模塊在電池組的不同方位運作，別離對應4個模塊直流電壓偏位的低、中和高電壓規模。

電池接口模塊供給的數據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，整個體系每秒會運轉逾越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電動汽車中運用的電池接口操控模塊，請參考圖1，規劃上特別面向高信號完整性，選用四層規劃的電路板運用了走線布局技能、阻隔技能和接地平面的組合來幫忙保證如此深具應戰性環境中的信號完整性，其間最上層包含大多數零組件，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，第二層則運用電源和接地平面分布于電路板的高電壓區下方，第三層包含了經過這些區域下方的信號走線，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。

進步電動汽車鋰離子電池組安全性的辦法

信號阻隔

在電動汽車運用中，通訊和操控是車輛運轉的重要柱石，在如ChevyVolt這個車款中，運用了多重網絡阻隔和維護獨立子體系，運用復雜的算法辦理獨立鋰離子電池群并監測特別電池接口操控模塊上每個感應子體系中的電池組，不過作為整體電池辦理的要害數據被包含在操控器區域網絡（CAN，ControllerAreaNetwork）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總線網絡和高電壓感應電路間的安全阻隔，雖然阻隔能夠運用多種辦法和零組件實現，可是嚴苛的環境以及多重安全法規要求使得光電耦合器成為這類型運用的首選解決方法。

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需求長時間面對電池組直流電壓壓力，以及可能發生于測試、充電銜接和移除以及直流-直流轉換時的快速高電壓瞬態改變至關重要。

在選擇這個要害零組件時，轎車運用的首要要求包含適宜的封裝和作業電壓標準，雖然包含速度、數據率和功耗等功用標準仍然重要，但有關快速開關和高電流改變構成EMI的考慮根本上會約束超高速器材的需求，然后轉向進步對調整壓擺率和約束EMI功用等的更高靈活度要求。

為了契合轎車運用環境的嚴厲標準要求，Avago供給了多個系列的光電耦合器產品，能夠運用在電池組的電壓感應上，帶來數據通訊接口和其他運用的安全阻隔，表1供給契合各種轎車運用環境的光電耦合器產品。

表1：各種光電耦合器適宜的轎車運用

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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，合適外表貼裝運用的車用級單通道數字光電耦合器。除了強化絕緣才能外，Avago的R2Coupler產品運用雙線來強化要害的功用銜接，如圖2。別的，密封型光電耦合器展現了更強的可靠性和更廣的作業溫度規模，大幅度逾越運用消費類等級LED的光電耦合器產品。專門面向轎車運用規劃，Avago的產品運用車用級LED，經過契合ISO/TS16949的質量體系進行制作，并契合AEC-Q100標準要求。

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這個器材十分合適電動汽車電池組的要求，供給包含567V持續作業電壓，6000V最高瞬態過電壓、5mm爬電距離和5mm電氣空隙等標準，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30kV/μs的共模瞬變抗擾度，能夠下降其他轎車子體系改變進入CAN傳輸線網絡的時機。

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

在電池接口模塊電路板中，ACPL-M43T位于通訊區的邊際，經過更深層電路板中的接地上屏蔽進一步把它和高電壓感應子體系阻隔，阻隔接口供給三個獨立ACPLM43T光電耦合器給三個由感應電路發出的銜接線，特別是CAN發射輸出引腳，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發射引腳輸出經過電路板的屏蔽信號層到達ACPL-M43T的陽極，供給嵌入式LED能量，構成輸出引腳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。

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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，防止高電壓進入可能對駕駛或乘員帶來傷害或電擊的途徑，ChevyVolt電動汽車只是光電耦合器如何運用于幫忙電池組辦理的一個實踐典范。