【应用】电动汽车的电池安全靠谁来保障？EMI超低的数字隔离器
概述
电动汽车应用中，高电压锂电池组的管理面临诸多挑战，除了必须的充放电监控管理，基于安全方面考虑，还需要对高压电池组进行必要的电气隔离。本文就锂电池监测的需求进行分析并探讨数字光耦在电池监控模块、数字通信模块和接口模块中的隔离应用。
在电池管理系统中，电池监控模块采用两个关键子系统来可靠地监控电池状态并把监控结果发送给系统主机。因为这个应用中存在高压和热地等，为了确保系统的安全及人身安全，模块系统间有必要进行隔离。
锂电池特性
复杂的电子系统需要满足电动汽车的性能、安全和可靠性要求，而电动汽车的电子系统或多或少都受到锂电池特性的影响。锂电池放电时，通常锂离子通过石墨阳极通过电解质移动到阴极，形成电荷流动，充电过程则相反。
这个化学反应过程的性能和可靠性主要依赖于电池芯的温度和电压。低温时，化学反应慢，电压更大，当温度上升，化学反应率加快，如果不进行控制，直到锂电池芯成分开始分解。如果温度高于100摄氏度，分解开始，会释放气体，这能引起大的压力问题，所以锂电池设计时要考虑气体压力的释放途径。在足够高的温度下，锂电池可能会因氧化物分解而释放出氧气，这进一步加速温度的上升。
因此，达到理想的运行状态对于锂电池来说是非常重要的，也是锂电池管理系统非常重要的控制目标。管理系统要能确保可靠的数据收集和分析来监控汽车上锂电池的状态。
通常，汽车电池包含几百个锂电池单元，这些单元又分属于几十个不同的电池组，通过串并联的复杂组合得到高达几百伏的直流电压。这些电池结合温度传感及冷却部分组成几个主电池模块。电池模块电压、电流和温度等数据上传到电池能量控制模块，这个模块再把检测到的故障状况、状态和诊断信息等上传到混合动力传动系控制模块，给到汽车的中央控制器。任何时候，整个系统每十分之一秒就运行超过500次的诊断，85%的诊断集中在电池组的安全性能上，15%的诊断主要是关于电池性能和寿命的。
多层板
电池性能的分析通常都是从电池接口控制模块开始的，为了得到高信号完整性，通常使用四层PCB来实现。通过走线布局技巧、隔离技术，以及地平面处理相结合，来确保信号的完整性。最上面一层包含关键器件，如隔离、地平面和信号走线等。第二层中，主要是功率和地平面之下的PCB的高电压部分传播；第三层包含这些区域的信号走线等。最底层，用于地平面和信号走线以及其他元器件等。
信号隔离
电动汽车中通信和控制是整个汽车运行的基石，并且各模块间多采用隔离来保护各个子系统。复杂的算法管理着各个锂离子电池组和电池接口控制模块上的各子系统，最终，对于整个系统所需要的电池管理的关键数据都是通过CAN总线实现的。同时，系统的安全性和可靠性取决于来自高电压检测电路CAN总线网络的安全隔离。虽然隔离可以使用各种方法和元件进行改造，在恶劣的环境下要符合众多安全法规，电气隔离是一个优先的解决方案。
汽车级数字隔离具有高共模噪声抑制能力，并能从根本上提升汽车对EMC和EMI的免疫力。此外，这些高隔离水平的隔离产品能耐受来自于电池包的长期的电压压力和在测试、充放电连接、以及直流-直流转换过程中产生的瞬态高压噪声。
在选择这些重要的元器件时，汽车应用的核心需求包括合适的的封装和工作电压规格等。尽管诸如速度、数据率和功耗等参数指标也很重要，但考虑到非常快的开关速度以及高电流变化容易引起EMI问题，这抑制了对这些参数指标需求。
为了符合汽车应用环境的严格规范要求，SILICON LABS提供了多个系列的汽车级隔离产品应用于电池组的电压检测、数据通信接口及其他需要隔离的场合。
业界最低功耗、最强抗扰能力的6通道汽车级数字隔离器
Silicon Labs的Si86xx系列数字隔离器就提供了电池接口控制板所需要的隔离功能，适合油电混合电力车和电动车的应用，该系列产品使用最新的CMOS芯片技术达到卓越的性能和超低功耗，所有器件都符合AEC-Q100要求并可在 -40°C到125°C的温度范围内工作。
Si86xx系列是最宽、最快的数字隔离器，封装可选SOIC8、SOIC16窄体或宽体；拥有业界最低功耗，<1.6mA/ch @ 1 Mbps 比光耦低5倍；具有最好的时序特性，延时比光耦低3倍（<13ns)，抖动比光耦低2倍(350ps)；长期的可靠性，超过60年MTTF@150°C，可保证汽车产品完全的生命周期。
Silicon Labs Si86xx系列隔离产品采用的隔离材料是SIO2，以此作为电介质，有很低的失效率，介电强度可达500V/um。在达到同级隔离性能的同时隔离层可以做的更薄，全球销售量数以亿计的晶体管皆采用CMOS工艺，已经充分验证了SIO2的可靠性值得信赖。其隔离电压等级可选2.5KV、3.75KV、5KV，甚至10KV（SI86xxxT）；拥有高达150Mbps的隔离速度，单芯片最多可支持6个通道——业界集成度最高；可实现正向、反向以及双向的隔离需求，并方便支持IIC、SPI、CAN、LIN、UART等数字通讯接口的隔离使用。Si86xx系列数字隔离器的EMI低于光耦20dB，且不需要做昂贵的屏蔽措施；内部查分信号和窄带接收保证了极高的抗电磁干扰性能，50KV/us CMTI保证了地噪声不会破坏数据；还具有业界最佳的抗噪声能力，通过了UL、CSA、VDE认证。
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现货市场
服务
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