混合動(dòng)力汽車(chē)挑戰電源芯片與功率器件

　　在汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展方向上，電動(dòng)汽車(chē)(EV)和油電混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)正成為一個(gè)明顯的趨勢。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，目前更為可行的是混合動(dòng)力。混合動(dòng)力汽車(chē)是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來(lái)源——熱動(dòng)力源(由傳統的汽油機或者柴油機產(chǎn)生)與電動(dòng)力源(電池與電動(dòng)機)的汽車(chē)。這樣汽車(chē)的動(dòng)力系統可以按照整車(chē)的實(shí)際運行狀況靈活調控，幫助發(fā)動(dòng)機保持在綜合性能最佳的區域內工作，從而降低油耗與尾氣排放。

　　對于終端消費者來(lái)說(shuō)，混合動(dòng)力車(chē)型已經(jīng)得到越來(lái)越多的認可。從最早進(jìn)入大眾視線(xiàn)的豐田普銳斯開(kāi)始，本田思域、福特翼虎、寶馬混合動(dòng)力X6、凱雷德混合動(dòng)力版、保時(shí)捷混合動(dòng)力版卡宴、雷克薩斯RX450H等，以及一些國產(chǎn)混合動(dòng)力車(chē)包括奇瑞A5、長(cháng)安杰勛混合動(dòng)力車(chē)、比亞迪F3DM等等，都逐漸進(jìn)入了市場(chǎng)。但是，對于半導體廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，還有兩大挑戰是需要長(cháng)期研究的課題。

　　挑戰一：對鋰電池組安全的群體性擔憂(yōu)

　　細數2009年幾大車(chē)展上的EV及HEV，其中一個(gè)明顯的趨勢就是采用了鋰離子電池來(lái)替代鎳氫電池，且業(yè)界普遍認為鋰離子會(huì )在2015年時(shí)占據市場(chǎng)主導地位。然而考慮到鋰離子電池自身的不穩定性，需要精心的設計和先進(jìn)的監測方案來(lái)確保安全工作。例如電池過(guò)壓會(huì )引起電池溫度的迅速升高，引發(fā)燃料泄漏的過(guò)熱失控狀態(tài)。

　　“縱使鋰離子電池在尺寸、重量、再充電速度、壽命周期和抵抗存儲器效應方面都具有突出的優(yōu)勢，但是它們在過(guò)充狀態(tài)或深度放電過(guò)程中往往會(huì )發(fā)生過(guò)熱現象。因此，在鋰離子電池的使用中，保護和安全功能是極為重要的。”Atmel高壓產(chǎn)品線(xiàn)高級行銷(xiāo)經(jīng)理Claus Mochel指出。Atmel的鋰離子電池管理芯片組ATA6870/71集成了熱插拔功能、6個(gè)截止頻率低于30Hz的集成式模數轉換器和一個(gè)可堆疊的微控制器電源，省去了外部濾波器，較同類(lèi)解決方案需要的外部組件更少。

　　凌力爾特公司信號調理產(chǎn)品產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Brian Black也持相同觀(guān)點(diǎn)，“混合動(dòng)力型汽車(chē)與使用汽油的傳統汽車(chē)的不同之處在于混合動(dòng)力型汽車(chē)使用一個(gè)大型電池組。這個(gè)電池組必須仔細管理，以最大限度地延長(cháng)車(chē)輛的可行駛距離、電池組壽命、以及當然還有系統可靠性和安全性。”每個(gè)鋰離子電池組一般都由串聯(lián)連接的電池單元并聯(lián)組合而成，這樣產(chǎn)生的電池組將有數百伏電壓，放電電流可能超過(guò)200A。使用鋰離子電池增加了電池管理系統電路的復雜性和所需的精確度。

　　針對需要多種電池管理功能的應用，理想的解決方案是可執行電池測量、故障檢測、溫度測量和電池容量平衡的集成式電池監視器。LTC6802能測量多達12個(gè)單獨的電池，幾個(gè)LTC6802可以疊置，用來(lái)測試>1000V的系統。在電池管理系統中，LTC6802完成繁重的模擬功能，將數字電壓和溫度測量值傳送到主處理器，用于充電狀態(tài)計算。LTC6802的高準確度、卓越的噪聲抑制、高壓容限和廣泛的自診斷功能使其非常堅固和易用。其高集成度意味著(zhù)，與分立組件數據采集設計相比，客戶(hù)可以節省大量成本。由于HEV通常需要數百節電池串聯(lián)供電，故障引起的后果是嚴重的：一節電池的故障可能會(huì )造成整個(gè)電池組的燃燒或爆炸。通常的保護電路大都采用多個(gè)3或4通道故障監測器，并且在監測器與模擬電路及無(wú)源器件(電阻、多路復用器等)之間采用昂貴的電流隔離器。美信的MAX11080具有12通道故障監測器，采用專(zhuān)有的電容隔離式菊鏈接口，大大減小了元件數量。這種獨特的架構允許連接多達31個(gè)器件至串接電池組，對多達372節電池進(jìn)行監測。同時(shí)，基于電容的接口提供了成本極低的電池組間隔離，消除了級聯(lián)電氣故障。由于省去了昂貴的隔離元件，美信的方案比分立方案節省75%的空間，將典型的電池管理系統成本從250美元降低至50美元。此外，MAX11080具有業(yè)內最高的精度、極低的功耗、集成的安全和自診斷功能、以及多個(gè)可配置功能，有效解決了大容量電池組安全監控相關(guān)的問(wèn)題。

　　相對于傳統汽車(chē)電源而言，混合動(dòng)力汽車(chē)的電源功率更大，電壓更高。“對于電源管理而言，需要管理的對象不是單個(gè)電源，而是由電池單元串連和并聯(lián)之后的大規模電池陣列，由于電池單體在生產(chǎn)的差異性導致給電源管理帶來(lái)很大的工作負擔，需要對每個(gè)電池單元的健康狀況進(jìn)行監控和調整。”英飛凌科技(中國)有限公司汽車(chē)電子業(yè)務(wù)部高級市場(chǎng)工程師曹洪宇補充道，“另外在整個(gè)系統運行過(guò)程中也要很好的處理突發(fā)的功率需求和剎車(chē)能量回饋帶來(lái)的沖擊。安全+響應速率就決定了系統的成敗。”