电池管理先锋助力绿色能源产业设计新趋势

作者：雷萌

在石化能源枯竭的危言以及低碳社会的提倡下，新能源产品的开发与应用成为全球性发展的话题。尽管全球新能源汽车市场占总体汽车市场份额的比重仍很小，但是新能源汽车市场的增幅却是非常快速的。同样，新能源汽车的发展在中国受到了高度重视，08年奥运和10年世博都进行了电动汽车的示范。新能源汽车巨大的市场前景，使得国内各大车厂的新能源汽车纷争拉开了序幕。

电池管理系统是动力电池应用及新能源汽车产业发展的关键。在电动汽车、电动自行车和电动摩托车中，电池管理系统负责采集电池组中单体电池 (电压、电流和温度)的数据，估计电池组的工作状态、均衡电池组间单体电池的电量、实施热管理、电池系统故障诊断和报警等，并与车上其他零部件或系统进行数据通信。然而，目前国内大多数车厂、电池厂对电池管理系统的开发属于起始阶段，迫切需要电池管理系统层级的技术支持与合作。半导体设计公司凹凸科技(O2Micro)正是瞄准这样的市场需求，利用其在电池管理芯片领域积累的软硬件开发经验和专业知识，新近推出诸多电池管理系统方案。

凹凸科技(O2Micro)自2005年推出首款支持5-13节锂电池管理芯片OZ890，是全球第一款能够最多管理13节电池的芯片。近年来，凹凸科技(O2Micro)依据市场需求细化，已完善其电池管理产品组合，并在动力电池管理芯片的市场佔有领先的地位。由于凹凸科技(O2Micro)电池管理芯片的量测窗口为0－5V，因此可以管理各种不同类别的电池，包括锂电池(标称电压3.6V)，磷酸铁锂电池(标称电压3.2V)，铅酸电池(标称电压2V)，及镍氢电池(标称电压1.2V)。

其中，凹凸科技(O2Micro)的电池管理芯片在大陆锂电池电动自行车市场的电池管理系统占有率最大，大陆主要的电动车厂和电池大厂都以凹凸科技(O2Micro)的方案为主。凹凸科技副总裁兼深圳分公司总经理高汉荣先生表示：“大陆的电池大厂几乎都是凹凸科技的客户，凹凸科技(O2Micro)是唯一一家能够提供从单节到13节满足各种应用的电池保护芯片方案的半导体供应商，尤其在多节电池芯片的应用，凹凸科技产品组合完整，目前市场上还鲜有竞争对手。”

高汉荣先生介绍说，目前全球主要汽车大厂，都看好且致力于锂电池电动汽车研发，尤其是对磷酸铁锂电池在电动汽车的应用看法趋于一致。但他们对动力锂电池的安全性及磷酸铁锂专利的问题仍十分关注。凹凸科技(O2Micro)除了提供高安全性的电池管理芯片及电池管理系统平台应用于锂电池电动汽车上，同时依照中国市场特点，凹凸科技也已开发出管理动力铅酸电池的电池管理系统平台，以发挥铅酸电池的高安全性及低成本优势，补足其因电池不均衡而造成使用寿命短的问题。

电动汽车电池系统通常电压高，串数多，且容量大。凹凸科技(O2Micro)认为在电动汽车的电池管理系统中，前端电池监控芯片主要负责做电池信息采集和平衡管理并提供异常告警功能，通过电池管理系统的中央控制CBMU将电池信息及异常告警匯报到车辆控制系统，由整车控制器决定是否进一步处理或进行各种保护动作，比如是否切断开关等。

在凹凸科技(O2Micro)前期推出的一套128串锂离子电池管理系统方案中，采用的是其OZ8920。该方案每颗IC管理8串锂离子电池，一个电池模组由於4个OZ8920集成来管理32串锂离子电池，4个电池模组串在一起，就形成了128串锂离子电池管理平台。堆叠中的OZ8920 的通讯I2C接口需要通过光耦隔离，与模组管理单元的MCU通信。同时此芯片内建状态机会依照烧录在EEPROM的各种保护设定，适时对系统提出告警。

而其新近推出了一款电动汽车专用电池管理芯片――OZ8902，仍然支持按需均衡(BOD, Bleeding On Demand)技术，可以有效地延长电池的使用寿命，优化了的ADC的设计，加快了扫描速度，并提高电压、温度量测的精度，采用了高抗干扰的SPI通信总线，增加芯片之间的垂直总线通道，以减少隔离光耦的成本与功耗，也简化了PCB设计。

由于OZ8902拥有了SPI垂直总线的接口，电池模组内的多颗芯片与MCU的通信，无需每个芯片都通过光耦隔离再和MCU通信，而是通过芯片之间的垂直总线与MCU互相通信。所以这各由4颗OZ8902组成的48串锂电管理模块线路非常精简，而无需隔离光耦。

同时，由于凹凸科技(O2Micro)在此新产品中采用了同步采样技术，在MCU要进行电池信息量测及采集的时候，可由MCU发出一个资料采集的同步命令，当各个芯片接收到SPI总线上的同步命令后，即开始同步采样。因此，这也保证系统能测量到所有模块电池包在同一瞬间的电压和电流相位。

OZ8902还提供灵活的寄存器存取命令和优异的电池均衡控制，是真正意义上的汽车等级的电池管理芯片，它采用高压混合模拟和数字器件制程，依照符合ISO/TS16949的标准设计开发。

高汉荣先生表示，通常电动汽车电池电压高，串数很大，使用工况变化大，所以电池管理系统所需要收集的信息既要多、又要快、更要精准且可靠。但高先生强调，OZ8902和其他的O2电源管理芯片一样，都内嵌可编程EEPROM，很容易进行参数调整，使用很方便，工程设计人员也更容易上手设计。

高汉荣先生透露，和竞争对手的芯片相比，OZ8902不但提供12通道的电压测量，而且也提供12通道的温度测量。对每个电池提供独立的电压及温度监测，是对电动汽车层级的管理系统是相当重要的，这也是许多车厂和电池厂期望的规格与需求。而市面上主要的一款竞争产品则不能提供多通道温度监测。他表示，结合快速ADC及 SPI Bus上一些有用的芯片控制和存取命令等其他优势，OZ8902比其他竞争产品强很多。

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