半导体公司坚定汽车电子技术的发展方向(1)

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         经济的低迷也许会滞缓汽车电子市场的发展,但绝改变不了技术所引领的方向。这是国际主流汽车半导体公司通过深圳2009年中国汽车电子技术应用高级研讨会(IATF2009)向业界透露的信心。

  一年一度的IATF是《电子产品世界》杂志社举办汽车电子领域的高端技术论坛。今年的论坛邀请了泰克科技、村田电子、凌力尔特、 英飞凌、恩智浦半导体和富士通微电子等多家国际主流汽车电子和解决方案供应商,吸引了超过200名的专业听众。


IATF2009吸引了超过200名的专业听众

HEV/EV对元器件和电池管理系统的技术要求

  当前的汽车市场,采用电池作为主要动力或者作为汽油的辅助动力降低CO2的排放已经成为绝对的热点话题,所以混合动力/电动汽车(HEV/EV)成为IATF2009的一个重要主题。来自村田电子的产品经理谭斌和凌力尔特的应用技术工程经理卢志豪分别介绍了HEV/EV对电子元器件和电池管理系统的技术要求和设计对策。

  谭斌介绍说,汽车工业对电子元器件的质量要求主要分为三类:ISO/TS16949国际汽车行业质量体系标准,这是在美国汽车三大巨头(通用,福特和克莱斯勒)发起的QS9000基础上发展起来的;电子元器件质量,包括AEC-Q100有源器件负荷测试认证规范和AEC-Q200无源器件负荷测试认证规范;EMC/EMI保护,包括CISPR12和CISPR25。

  HEV/EV可以根据燃料/ CO2 节约比例不同,分为纯电动驱动、部分电动驱动、扭距助力系统、辅助马达系统和停止/启动控制系统。由于采用了不同的动力系统,在汽车电子通用标准的基础之上,对电子元器件的要求也相应的有了变化。例如,电池单元的热敏电阻随着电池从镍氢电池向锂电池甚至燃料电池的升级,也会产生电池温度检测、电路短路保护、过热保护和电芯放电和过电流保护等不同的需求。

  卢志豪也表示高性能锂电池已经成为HEV/EV当前应该优选的电池类型,它的的能量存储密度比上一代的镍氢电池有了大幅度的提高,采用磷铁锂作为负极材料的锂电池存储密度可以达到70-120Wh/kg,并且在工作的温度范围,安全性和环保方面都有出色的表现。
  但是测量充电状态(SOC)已经成为延长电池使用寿命的一个难题。卢志豪指出通常会将电池充电研制在一个SOC范围内,例如:20%-80%,所以可用容量只有规定容量的60%。因为,把锂电池充电至100%充电状态或者放电至0%都将使其容量快速下降。
  
  因此,锂电池电量的准确测量非常重要。在笔记本电脑等小型设备上,一般采用计算流入和流出包含3-8节电池的库伦(Ix△T)计算法。“这在汽车中几乎是不可能的,”卢志豪介绍说:“在汽车中,电池驱动的是电机而不是母板。而且200A的电流尖峰很常见,随后就可能是低功耗的空载状态。汽车锂电池的电压取自100个串联电池,它们的老化程度不同、来自多个制造批次、随温度变化差异,因此即便具有相同库伦的电池也可能存在相聚很大的充电水平。”

图 混合/纯电动车动力系统 资料来源:电子


表 不同负极材料的比较 资料来源:

  卢志豪建议用电压测量进行SOC评估,通过准确测量每节电池的电压来了解电池的SOC。运用的技巧是通过考虑电流和温度对电池ESR和容量的影响,以改善电压测量的准确性。从30%至70%的SOC,电压变化一般为200mV至5mV%SOC。当某些电池过充电而另一些电池欠充电时,可以采用“电池平衡”方法调节每节电池的充电水平。

  与电压测量相应的是,科技分销产品部经理陈文权认为应该通过监测电池温度来控制充电的速度。他在论坛上向听众介绍了的任意波形/函数信号发生器AFG-3011,AFG-3011通测量充电器对温度变化的响应从而确认电流变化期间的控制稳定性。对于温度控制充电的方法,解码I2C的数据,确认读数正确以及捕捉整个电流校正周期的数据是两个技术挑战。
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