现在在全电动或混合动力轿车运用中，高电压锂离子电池组的办理面临许多应战，除了有必要监控充电和放电循环外，根据安全考量，也需求对供给数百伏电压的电池组进行阻隔，本文特别面向锂离子电池监测需求进行评论，并讨论电池监控体系、数字通讯体系以及阻隔接口运用的架构和零组件。
在办理体系中，电池监测电路板运用两个要害子体系来牢靠监测电池状况并供给数字化成果给掌管操控体系运作的主控处理器，为了别离这些子体系，在高电压电池感应电路和电路板的通讯器材间选用光阻隔信号接口，以保证高电压不会影响数字子体系。
锂离子电池特性
有必要契合电动车在功用、安全以及牢靠性要求的杂乱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抵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牢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溃散，当温度逾越100°C时，电解质开端分化，释放出或许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，锂离子电池单元或许会因氧化物分化面临热失控释放出氧气，进一步加快温度的升高。
因而，坚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牢靠的数据收集和剖析，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自身的特性问题。
在Chevy Volt电动车中，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个选用颜色标明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，接着这个模块会将毛病状况、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，在任何时刻，整个体系每秒会运转逾越5000次的体系确诊，其间85%的确诊聚集于电池组的安全性，其他则作为方针电池功用和寿数操控。
多层电路板
电池功用剖析开端于如Chevy Volt电动车中运用的电池接口操控模块，请参阅图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，供给通往基层的衔接途径，第二层则运用电源和接地平面散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，也便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。
图1：Chevy Volt电动车中四个电池接口操控模块电路板的每一个都包含多个感应电路和CAN通讯电路，并经过通讯子体系边际的光电耦合器进行阻隔。
信号阻隔
在电动车运用中，通讯和操控是车辆运转的重要柱石，在如Chevy Volt这个车款中，运用了多重网络阻隔和维护独立子体系，运用杂乱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，不过作为全体电池办理的要害数据被包含在操控器局域网(CAN, Controller Area Network)总线信号接口和一个高电压毛病信号中，一起体系的安全性和牢靠性也仰赖CAN总线网络和高电压感应电路间的安全阻隔，尽管阻隔能够运用多种办法和零组件完成，可是苛刻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案。
光电耦合器供给有高共模噪声按捺才能，并在根本上具有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关于需求长时间面临电池组直流电压压力，以及或许发生于测验、充电衔接和移除以及直流-直流转化时的快速高电压瞬态改变至关重要。
在挑选这个要害零组件时，轿车运用的首要要求包含适宜的封装和作业电压标准，尽管包含速度、数据率和功耗等功用标准仍然重要，但关于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功用等的更高灵敏度要求。
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
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-5 JEDEC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示了更强的牢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。
图2：关于车用级R2Coupler产品如ACPL-M43T光电耦合器，Avago运用双线强化要害功用衔接。(图中高亮显现)
这个器材十分合适电动车电池组的要求，供给包含567V接连作业电压，6000V最高瞬态过电压、5mm爬电间隔和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。
