憑借獨(dú)有技術(shù),IC新銳挺進(jìn)巨鱷環(huán)立的電池管理領(lǐng)域
上網(wǎng)時(shí)間 : 2006年02月06日
  


由于具備體積小、能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、高電壓電池、自放電率低等諸多優(yōu)點(diǎn),鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備.尤其在筆記本供電方面,其優(yōu)異的高能量?jī)?yōu)勢(shì)更是發(fā)揮得淋漓盡致.但是由于能量密度高及特有的化學(xué)特性,鋰離子電池的安全性和穩(wěn)定性方面亦存在隱患,如過(guò)高溫和過(guò)充可能會(huì)燃燒甚至導(dǎo)致爆炸,過(guò)放電可能造成電池本身的損壞.所以,對(duì)鋰離子電池精密的監(jiān)測(cè)、保護(hù)和電量計(jì)算非常重要.通常鋰電池包內(nèi)都會(huì)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)電路.


圖1:OZ930主充電場(chǎng)效應(yīng)管(FET)支持Trickle Driver(右圖),從而無(wú)需額外的預(yù)充電電路.


高精度的鋰電池電量計(jì)量的需求主要來(lái)自筆記本電腦及高端PDA,相比而言一般的手持設(shè)備對(duì)這方面的精度要求則低得多.筆記本電腦電池包的安全性要求很高,如今的供應(yīng)商以臺(tái)灣廠商(已在大陸布局)居多,大陸某些電池廠商等也開(kāi)始逐漸由手機(jī)電池領(lǐng)域嘗試進(jìn)入筆記本電腦電池包領(lǐng)域.

在鋰離子電池保護(hù)和計(jì)量IC領(lǐng)域,一直以來(lái),主要的供應(yīng)商為T(mén)I、瑞薩、Maxim等,而不久前,由在美華人創(chuàng)辦的凹凸電子(O2Micro)發(fā)布了的專(zhuān)為筆記本電腦電池量身定制的智能保護(hù)及電量計(jì)量芯片OZ930,令人耳目一新,為電源設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了更多的選擇.

一個(gè)初涉智能電池管理領(lǐng)域數(shù)年的中小公司何以敢進(jìn)入這一巨頭盤(pán)踞的領(lǐng)域?凹凸電子副總高漢榮表示:"我們4年前就開(kāi)始了投入這方面的研發(fā),如今擁有獨(dú)家專(zhuān)有的技術(shù)及積累的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)OZ930也已調(diào)適成熟,所以敢于嘗試進(jìn)入這個(gè)新領(lǐng)域."他坦言,因?yàn)檫M(jìn)入智能電池保護(hù)和計(jì)量管理領(lǐng)域的技術(shù)門(mén)檻相當(dāng)高,所以投入這個(gè)產(chǎn)業(yè)的公司都是一些相當(dāng)有實(shí)力的公司.作為后來(lái)者,除了掌握獨(dú)特關(guān)鍵技術(shù),對(duì)產(chǎn)業(yè)和電池特性的認(rèn)知以及對(duì)客戶更深入具體的技術(shù)支持將幫助凹凸電子迎頭趕上.

單片方案和Trickle Driver技術(shù)引人注目

高漢榮介紹說(shuō),當(dāng)前電池管理方案的一個(gè)技術(shù)趨勢(shì)就是借助微處理器(uP),用軟件進(jìn)行調(diào)適所選用的電池特性及筆記本電腦系統(tǒng)的需求,從而實(shí)現(xiàn)更高的靈活性及精準(zhǔn)度.OZ930也順應(yīng)了這一趨勢(shì),內(nèi)部集成有專(zhuān)用的uP內(nèi)核,與一些領(lǐng)先廠商外置uP的兩芯片方案相比,減少了外部元件和PCB板面積,從而有效節(jié)省了成本并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性.據(jù)凹凸電子稱(chēng),采用OZ930設(shè)計(jì)的電池管理和保護(hù)電路的PCB板面積可以比某些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的方案縮小20%以上.


圖2: MPT電池組生產(chǎn)線儀器的面板和背面.


高漢榮強(qiáng)調(diào):“OZ930在鋰離子電池充放電保護(hù)方面提供了完整合理的架構(gòu),其軟件和硬件保護(hù)機(jī)制是獨(dú)立的且緊密相互配合,此外還可以提供可編程的保護(hù)點(diǎn)設(shè)置和反應(yīng)延遲時(shí)間的調(diào)整.其提供的保護(hù)功能有短路保護(hù)、獨(dú)立的充電、放電過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等、還提供熔絲保護(hù)等.”

此芯片還集成了溫度傳感器、ADC、閃存等數(shù)字和模擬電路.OZ930帶有3個(gè)獨(dú)立ADC—測(cè)量電流的電流ADC、測(cè)量電壓的電壓ADC 和可測(cè)量溫度(例如晶片內(nèi)溫度、電池溫度或MOSFET溫度)的多功能GPIO ADC,這樣提高了電池計(jì)量的效率和準(zhǔn)確性.眾所周知,溫度對(duì)鋰電池的充放電會(huì)產(chǎn)生較大影響,OZ930的軟件能對(duì)溫度做自動(dòng)補(bǔ)償.

OZ930的閃存除了儲(chǔ)存微處理器的程序代碼,也儲(chǔ)存電池特性和系統(tǒng)固件應(yīng)用所需的參數(shù).用戶可以很方便地通過(guò)SMBUS接口方式,來(lái)更新程序代碼、各種參數(shù)、并進(jìn)行調(diào)試.高漢榮指出,電池特性參數(shù)的掌握需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),是精確估算及補(bǔ)償電池電量計(jì)算的基礎(chǔ).為此,凹凸電子在OZ930內(nèi)將電池特性(如電壓vs剩余電量、壽命衰減、自放電等特性)建成查找表(Lookup Table),以供客戶開(kāi)發(fā)時(shí)對(duì)特定電池進(jìn)行調(diào)適,幫助他們提高電池電量計(jì)算的精確度.據(jù)稱(chēng),為了調(diào)整及測(cè)試OZ930芯片的架構(gòu)和性能,在正式推出之前,該公司與先期試用的電池廠商客戶花了一年多的時(shí)間一起進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證.

凹凸電子在智能電池管理方面的另一項(xiàng)獨(dú)特技術(shù)就是其專(zhuān)有的Trickle Driver技術(shù).當(dāng)電池沒(méi)電或其電壓很低時(shí),為了保護(hù)電池,傳統(tǒng)方案一般需要額外的預(yù)充電電路(通常先用小電流來(lái)進(jìn)行預(yù)充電,待電池電壓提高到某種程度后,才轉(zhuǎn)成大電流充電.這樣,一般要增加一個(gè)MOSFET和一個(gè)限流電阻).OZ930則不需要這樣的外部預(yù)充電電路,而是在內(nèi)部集成了MOSFET驅(qū)動(dòng)器,并用10位DAC的一千階細(xì)微電壓調(diào)變來(lái)控制MOSFET,以限制MOSFET上流過(guò)的電流,來(lái)實(shí)現(xiàn)鋰電池的預(yù)充電功能.

頗具特色的技術(shù)服務(wù)

除了常規(guī)的開(kāi)發(fā)工具,凹凸電子還針對(duì)電池開(kāi)發(fā)和制造行業(yè)的特殊性提供生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)的支持.為幫助采用OZ930的客戶提高生產(chǎn)線的效率與速度,該公司開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于電池組生產(chǎn)線的儀器MPT(Mass Production Tooling),搭配相應(yīng)的應(yīng)用程序Minerva.用戶可以完成一次八個(gè)待測(cè)模組的數(shù)據(jù)(固件程序及參數(shù))下載、測(cè)試,及溫度、電池電壓及電流校驗(yàn)等工作,大幅提高了生產(chǎn)線的作業(yè)效率,并縮短客戶端的生產(chǎn)周期.

提供這種專(zhuān)門(mén)服務(wù)也體現(xiàn)出這家電池管理新銳進(jìn)入該市場(chǎng)的決心和差異化策略.據(jù)高漢榮介紹,公司智能電池事業(yè)部技術(shù)團(tuán)隊(duì)從最初的美國(guó)擴(kuò)大到中國(guó)上海、深圳、武漢、成都和臺(tái)北,緊密地和本地電池包廠商合作,包括系統(tǒng)項(xiàng)目上的研發(fā)合作.如今,他們的研發(fā)項(xiàng)目已擴(kuò)展到便攜式電子產(chǎn)品之外的其他電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域,如電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)和UPS等領(lǐng)域.

“電動(dòng)汽車(chē)(包括純電動(dòng)汽車(chē)、油電混合車(chē)和燃料汽車(chē))、電動(dòng)自行車(chē)會(huì)為鋰電池帶來(lái)很大應(yīng)用空間,也是我們的一個(gè)新切入點(diǎn).電動(dòng)汽車(chē)的電源管理很復(fù)雜,我們已經(jīng)在與中國(guó)一些大學(xué)建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室共同進(jìn)行開(kāi)發(fā)."高漢榮透露,“至于電動(dòng)自行車(chē),中國(guó)的市場(chǎng)很大,政府相關(guān)規(guī)范剛出臺(tái),由于廠商要適應(yīng)這些規(guī)范,這一年內(nèi)市場(chǎng)一定會(huì)有沖擊及調(diào)整.有了這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,市場(chǎng)將會(huì)更有秩序地發(fā)展,今后的前景將會(huì)更好,我們已在為本地自行車(chē)制造商和相關(guān)電池供應(yīng)商提供技術(shù)支持.”

作者:趙艷、張國(guó)斌