提高电动汽车锂离子电池组安全性的方法有什么？

锂离子电池特性

有必要契合电动汽车在功用、安全以及可靠性要求的复杂电子体系及本上直接遭到锂离子电池特性的影响，锂离子电池放电时，锂资料通常在石墨阳极进行离子化，接着这些锂离子藉由电解质移动经过别离器到达阴极构成电荷活动，充电进程则是把整个程序反向，将锂离子由阴极经过别离器带回阳极。

这个化学反能程序的功用和可靠性由电池单元的温度和电压操控，在较低温度时，化学反应较慢，使得电池单元的电压较低，跟着温度升高，反应速度会进步直到锂离子单元开端崩溃，当温度逾越100°C时，电解质开端分化，释放出可能构成在规划上无泄压机制电池单元压力的气体，在够高的温度下，锂离子电池单元可能会因氧化物分化面对热失控释放出氧气，进一步加速温度的升高。

因此，保持锂离子电池的最佳操作条件是电池办理体系的一项要害要求，规划操控和办理体系时的首要应战在于保证可靠的数据采集和分析，以便用来监控轿车中锂离子电池的状况，而这正是锂离子电池本身的特性问题。

在ChevyVolt电动汽车中，电池组包含了288个棱柱形锂离子电池，分为96个电池群，经过衔接供给386.6V的直流体系电压，这些电池群结合温度感应器和冷却单元构成四个主电池模块，衔接到每个电池群的电压感应线路在衔接到每个电池模块上方时进行终端处理，并经过电压感应束带组合衔接器衔接到每个电池模块上方的电池接口模块上，4个选用颜色标示的电池接口模块在电池组的不同方位运作，别离对应4个模块直流电压偏位的低、中和高电压规模。

电池接口模块供给的数据会送到电池能量操控模块中，接着这个模块会将故障情况、状况和确诊信息供给给作为车辆确诊主操控器的混合动力操控模块，在任何时间，整个体系每秒会运转逾越5000次的体系确诊，其间85%的确诊聚焦于电池组的安全性，其他则作为方针电池功用和寿命操控。

多层电路板

电池功用分析开端于如ChevyVolt电动汽车中运用的电池接口操控模块，请参考图1，规划上特别面向高信号完整性，选用四层规划的电路板运用了走线布局技能、阻隔技能和接地平面的组合来帮忙保证如此深具应战性环境中的信号完整性，其间最上层包含大多数零组件，包含光阻隔器、接地平面和带有多个通孔的信号走线，供给通往下层的衔接途径，第二层则运用电源和接地平面分布于电路板的高电压区下方，第三层包含了经过这些区域下方的信号走线，印刷电路板的另一面，也就是第四层就作为接地平面和信号走线，并包含部分额定的零组件。

进步电动汽车锂离子电池组安全性的办法

信号阻隔

在电动汽车运用中，通讯和操控是车辆运转的重要柱石，在如ChevyVolt这个车款中，运用了多重网络阻隔和维护独立子体系，运用复杂的算法办理独立锂离子电池群并监测特别电池接口操控模块上每个感应子体系中的电池组，不过作为整体电池办理的要害数据被包含在操控器区域网络（CAN，ControllerAreaNetwork）总线信号接口和一个高电压故障信号中，一起体系的安全性和可靠性也仰赖CAN总线网络和高电压感应电路间的安全阻隔，虽然阻隔能够运用多种办法和零组件实现，可是严苛的环境以及多重安全法规要求使得光电耦合器成为这类型运用的首选解决方法。

光电耦合器供给有高共模噪声按捺才能，并在根本上具备高电气噪声环境如轿车中EMC和EMI的免疫力，别的，这类型器材供给的高度阻隔有关需求长时间面对电池组直流电压压力，以及可能发生于测试、充电衔接和移除以及直流-直流转换时的快速高电压瞬态改变至关重要。

在选择这个要害零组件时，轿车运用的首要要求包含适宜的封装和作业电压标准，虽然包含速度、数据率和功耗等功用标准仍然重要，但有关快速开关和高电流改变构成EMI的考虑根本上会约束超高速器材的需求，然后转向进步对调整压摆率和约束EMI功用等的更高灵活度要求。

为了契合轿车运用环境的严厉标准要求，Avago供给了多个系列的光电耦合器产品，能够运用在电池组的电压感应上，带来数据通讯接口和其他运用的安全阻隔，表1供给契合各种轿车运用环境的光电耦合器产品。

表1：各种光电耦合器适宜的轿车运用

进步电动汽车锂离子电池组安全性的办法

轿车用光电耦合器

举例来说，Avago的ACPL-M43T光电耦合器就供给了电池接口操控模块电路板需求的阻隔功用，作为AvagoR2Coupler系列的一员，ACPL-M43T是一款选用紧凑5引脚SO-5JEDEC封装，合适外表贴装运用的车用级单通道数字光电耦合器。除了强化绝缘才能外，Avago的R2Coupler产品运用双线来强化要害的功用衔接，如图2。别的，密封型光电耦合器展现了更强的可靠性和更广的作业温度规模，大幅度逾越运用消费类等级LED的光电耦合器产品。专门面向轿车运用规划，Avago的产品运用车用级LED，经过契合ISO/TS16949的质量体系进行制作，并契合AEC-Q100标准要求。

进步电动汽车锂离子电池组安全性的办法

这个器材十分合适电动汽车电池组的要求，供给包含567V持续作业电压，6000V最高瞬态过电压、5mm爬电距离和5mm电气空隙等标准，在10mA顺向输入电流时，不管是逻辑高电平或低电平输出都具有30kV/μs的共模瞬变抗扰度，能够下降其他轿车子体系改变进入CAN传输线网络的时机。

ACPL-M43T的1M波特率有关这类规划现已十分足够，别的，选用的集电极开路输出也能够允许规划工程师调整输出压摆率来下降可能来自于其他零组件，包含CAN收发器等快速开关时间的电磁辐射，虽然CAN物理层传输协议自带相对较低的EMI。

在电池接口模块电路板中，ACPL-M43T位于通讯区的边际，经过更深层电路板中的接地上屏蔽进一步把它和高电压感应子体系阻隔，阻隔接口供给三个独立ACPLM43T光电耦合器给三个由感应电路发出的衔接线，特别是CAN发射输出引脚，微操控器的CAN接纳输入引脚和微操控器的高电压故障信号。微操控器的CAN发射引脚输出经过电路板的屏蔽信号层到达ACPL-M43T的阳极，供给嵌入式LED能量，构成输出引脚Vo的状况改变，如图3，接着已阻隔信号被送到电池接口模块的通讯输出级电路。

进步电动汽车锂离子电池组安全性的办法

光电耦合器在全电动和混合动力轿车电子体系中扮演了十分重要的角色，供给信号阻隔、高噪声按捺才能和体系维护，防止高电压进入可能对驾驶或乘员带来伤害或电击的途径，ChevyVolt电动汽车只是光电耦合器如何运用于帮忙电池组办理的一个实践典范。