正如亨利福特于1923年所说：“即便仅节约几磅的轿车分量……也意味着它们能开得更快，而且耗费更少的燃料。”这个永久真理正是锂电池化学工业凭仗更高比能（焦耳/千克）引领国际向下一代更具分量效益、插电式电动轿车开展的理由。
但咱们对笔记本电脑的锂离子电池爆炸案浮光掠影，当再度考虑到电动轿车电池更大的总能量时，该事情更是被进一步扩大。这方面的顾忌及其它要素促进了高度智能的电池办理体系（BMS）的开展。这种电池办理体系需求与大功率电池充电体系通讯来满意比如安全、本钱、电池寿数、轿车行程（又叫路程焦虑）和整夜充电等要求——为了到达更低的碳排放和更高的燃油经济性需求做出的一切苦楚退让。
跟着轿车OEM厂商对下一代电池办理和充电体系要求的确认，半导体公司正在推动预期能够满意这些要求的产品开发。本文即将评论与插电式混合动力轿车（PHEV）中的大功率（》3kW）、脱机式电池充电器的开发相关的规划要求、架构和应战，并展现为何要为这类运用树立数字电源架构。
电动轿车规划环境
电动交通工具泛指运用高压电池和电动马达进行推动的车辆。与仅用内燃机（ICE）供给动力的轿车比较，这种技能的优势在于电动马达在发生扭矩（特别是在加快过程中）时要比ICE高效得多。别的，电动轿车能够在行车时收回动能，而其它轿车只能以热量的办法损耗掉。
混合动力轿车（HEV）与新式的PHEV轿车不同，它们运用较低容量的电池和电动马达辅佐首要ICE加快。这种混合扭矩加上再生制动才能可进一步改进燃油利用率，并削减碳排放。
但是，削减排放还不能彻底满意针对轿车零排放的最新法令要求。因而，作为新式轿车，PHEV的动力彻底来自于洁净电网能量1。
所谓的串联电动轿车与并联HEV不同，不从两种来历混合扭矩。一切推动扭矩来自更大的电动马达，一般大于80kW。在某些状况下会添加一个功用经过优化的小型路程延伸ICE，用于处理纯电动轿车电池的路程束缚问题2。ICE用作发电机给电动马达供电，并给电池充电。不管是在PHEV仍是HEV中，添加高压电池和电动马达从根本上改变了轿车的电气、机械和安全体系。因而终究需求杂乱和高度智能的功率电子和电池办理体系。
电池规划应战
曩昔100年内，工程师现已将汽油推动体系改进得非常完善。现在，OEM及其供货商一改曩昔的办法，开端组成联盟，打破惯例，集中力量优化电动推动体系。
但电动推动的高本钱体现在产品开发和组件杂乱度方面，需求用杂乱和容错性的轿车智能和功率电子体系接连办理数十千瓦的功率。
考虑在传统汽油动力轿车中丈量油量的简略使命。依据详细的轿车，油量表或许仅仅由衔接到一个发送部件的加热线圈驱动的双金属条。而在电动轿车中，‘油箱’是由串联/并联着的许多电池单元（或许100节或以上）组成的高压电池。对电荷状况（SOC）的准确判别要求对每节电池进行准确的电压丈量（在几毫伏内）。
这是电池办理体系的作业。BMS是一个高精度的体系，用于向中央处理器陈述有关电池单元的电压、电流和温度等详细信息，然后由中央处理器担任核算电池的SOC（也便是轿车的油量）。不能准确地丈量电池不只会误报电池SOC，还会缩短电池服务寿数，或发生不安全和潜在性的灾情。
为了防止呈现这种状况，业界开发出了满意ISO26262之类新式规范的IC，它们经过硬件内建测验功用，以及为电池单元的过压/欠压监督等安全要害功用供给的N+1冗余维护保证体系可靠地作业。假如电池组中的一节电池被逼进入深度放电状况，或被过度充电，这节电池或许永久性损坏，并或许呈现热失控——自我损坏状况。因而，除了首要的电池监督体系外还需求二级维护。
更先进的BMS将同步电压和电流丈量，并作为接连丈量电池阻抗的一种办法。阻抗是电池健康状况（SOH）的一个重要指示。
图1：针对多单元数量运用的电池办理体系。
图1显现了足以用来丈量电池SOC和SOH的典型电池单元装备和BMS。请留意，串联电池组中的任何一节电池单元都会束缚整个电池组容量。换句话说，假如某节电池单元先于其它电池到达了最大或最小电压，充电或放电周期有必要被中止。（图顶用绿色标明的）单元平衡电路用于保证一切单元被均匀一致地充电和放电。
电池充电器的基本原理
电动轿车充电器是依据输出功率/输入电压分类的。一类充电器一般整合在电路板上，输入的是95V至265V的沟通电压，充电才能在1.5kW和3.3kW之间。专用的二类和三类充电器作业于240V/480V配线体系，能够以快得多的速率完结充电，但限于轿车电池和衔接器束缚范围内。例如，SAE J1772是现在北美区域仅有取得同意的电动轿车衔接器规范，功率束缚为16.8kW以下。
与用于可携式电子设备的电池不同，轿车级电池能够习惯大得多的充电电流，不会影响电池寿数或挨近热失控。充电器的C额定值被界说为流入电池的电流，正比于用安培/小时为单位丈量的电池容量。例如，1C充电器将以1A的电流为1Ah电池充电。
尽管传统的锂离子电池或许限于1C，但一些轿车电池能够用远高于这个限值的电流充电，然后缩短再次充电时刻。事实上，作业在480V/三相电压的大功率三类充电器（例如Aker Wade Power Technologies3和其他公司开发的产品）给电动轿车电池充电的时刻与加满一箱油的时刻附近。
请留意，电动轿车的电池容量一般是用千瓦/时表明，经过将千瓦/时额定值除以标称电池平整电压能够将它松散地相关到电池的安培/时额定值。作为参考点，Nissan Leaf公司整合的一款3.3kW充电器需求用8个小时时刻将一个24kW的电池从10%充电到满充状况。
别的需求留意的是，电动轿车电池的放电深度影响电池单元寿数，因而这种电池在充电周期开端时一般需求保存至少10%的电池容量。
充电器的架构规划
板载充电器有必要契合严厉的电磁兼容性、功率因子和UL/IEC安全规范方面的工业和政府法规要求。与一切其它的锂化学工业相同，电动轿车推动电池充电器选用？宁y、？睎？（CC/CV）充电算法，电池先被可程序规划的电流源充电，直到它到达电压设置点，然后转入稳压阶段，一起监督电池电流作为充电周期完结的指示。
充电电流（功率）由BMS、混合操控模块（HCM）和电动轿车服务设备洽谈确认，详细取决于运用的输入电压、温度和电池SOC/SOH以及受HCM监督的其它体系考虑要素。这种操控算法的安全性和容错性一点也不能打折扣。
适宜的电源架构触及交织式功率因子校对（PFC）和随后的相移全桥电路，如图2所示。操控回馈参数由微操控器数字化。这个微操控器能够以数字办法封闭多个操控环路，并准确地调变高压MOSFET开关。
图2：衔接交织式PFC和相移桥的数字操控接口。
集中和高度才智的操控机制能够满意模仿技能不容易处理的许多问题。
更先进的微操控器整合有协处理器（操控律加快器）和多个高分辨率脉宽调变器（PWM），前者用于加快操控环路传输函数的运算，后者能够操控功率开关在150ps内。这种架构能够动态习惯线路和负载的改变，记载体系操作参数数据，并完成前瞻性的无差错算法，一起经过地气阻隔的操控局域网络智能地衔接一切其它轿车子体系。
最近在数字电源方面的开展使得这种办法愈加可行，更具本钱效益、可扩展性，而且更适合电动轿车中的大功率多相位运用。
有经历的软件规划师能够免费运用针对数字补偿和实际上每种电源拓扑的大型且可扩展模块化软件库进行整合；别的还能取得与数字和模仿电源处理方案作比照的测验陈述。例如，考虑图2所示的两相交织式PFC功用。PFC升压开关受完成多形式PFC的PWM1操控，能够发生电池充电器的兼容电压。
从图3能够显着看出这种拓扑的习惯性，其间的数字补偿和相位办理模块在软件操控下是可变的。选用数字技能还能使体系不易受噪声和温度的影响，一起智能地同步电源级电路，使搅扰最小，并优化滤波器规划。
图3：大功率PFC办法的软件模块化程序规划。
图3为升压PFC的完好代码模块。类似代码结构能够用零电压开关完成相移桥，然后使转换器开关损耗到达最小，一起进步功率。
