憑借獨有技術,IC新銳挺進巨鱷環(huán)立的電池管理領域
上網時間 : 2006年02月06日
  


由于具備體積小、能量密度高、無記憶效應、循環(huán)壽命高、高電壓電池、自放電率低等諸多優(yōu)點,鋰離子電池目前廣泛應用于各種便攜式設備.尤其在筆記本供電方面,其優(yōu)異的高能量優(yōu)勢更是發(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,如過高溫和過充可能會燃燒甚至導致爆炸,過放電可能造成電池本身的損壞.所以,對鋰離子電池精密的監(jiān)測、保護和電量計算非常重要.通常鋰電池包內都會有專門設計的監(jiān)測和保護電路.


圖1:OZ930主充電場效應管(FET)支持Trickle Driver(右圖),從而無需額外的預充電電路.


高精度的鋰電池電量計量的需求主要來自筆記本電腦及高端PDA,相比而言一般的手持設備對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,如今的供應商以臺灣廠商(已在大陸布局)居多,大陸某些電池廠商等也開始逐漸由手機電池領域嘗試進入筆記本電腦電池包領域.

在鋰離子電池保護和計量IC領域,一直以來,主要的供應商為TI、瑞薩、Maxim等,而不久前,由在美華人創(chuàng)辦的凹凸電子(O2Micro)發(fā)布了的專為筆記本電腦電池量身定制的智能保護及電量計量芯片OZ930,令人耳目一新,為電源設計人員帶來了更多的選擇.

一個初涉智能電池管理領域數年的中小公司何以敢進入這一巨頭盤踞的領域?凹凸電子副總高漢榮表示:"我們4年前就開始了投入這方面的研發(fā),如今擁有獨家專有的技術及積累的經驗,同時OZ930也已調適成熟,所以敢于嘗試進入這個新領域."他坦言,因為進入智能電池保護和計量管理領域的技術門檻相當高,所以投入這個產業(yè)的公司都是一些相當有實力的公司.作為后來者,除了掌握獨特關鍵技術,對產業(yè)和電池特性的認知以及對客戶更深入具體的技術支持將幫助凹凸電子迎頭趕上.

單片方案和Trickle Driver技術引人注目

高漢榮介紹說,當前電池管理方案的一個技術趨勢就是借助微處理器(uP),用軟件進行調適所選用的電池特性及筆記本電腦系統(tǒng)的需求,從而實現更高的靈活性及精準度.OZ930也順應了這一趨勢,內部集成有專用的uP內核,與一些領先廠商外置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.據凹凸電子稱,采用OZ930設計的電池管理和保護電路的PCB板面積可以比某些競爭對手的方案縮小20%以上.


圖2: MPT電池組生產線儀器的面板和背面.


高漢榮強調:“OZ930在鋰離子電池充放電保護方面提供了完整合理的架構,其軟件和硬件保護機制是獨立的且緊密相互配合,此外還可以提供可編程的保護點設置和反應延遲時間的調整.其提供的保護功能有短路保護、獨立的充電、放電過流保護、過壓保護、欠壓保護等、還提供熔絲保護等.”

此芯片還集成了溫度傳感器、ADC、閃存等數字和模擬電路.OZ930帶有3個獨立ADC—測量電流的電流ADC、測量電壓的電壓ADC 和可測量溫度(例如晶片內溫度、電池溫度或MOSFET溫度)的多功能GPIO ADC,這樣提高了電池計量的效率和準確性.眾所周知,溫度對鋰電池的充放電會產生較大影響,OZ930的軟件能對溫度做自動補償.

OZ930的閃存除了儲存微處理器的程序代碼,也儲存電池特性和系統(tǒng)固件應用所需的參數.用戶可以很方便地通過SMBUS接口方式,來更新程序代碼、各種參數、并進行調試.高漢榮指出,電池特性參數的掌握需要豐富的實踐經驗,是精確估算及補償電池電量計算的基礎.為此,凹凸電子在OZ930內將電池特性(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),以供客戶開發(fā)時對特定電池進行調適,幫助他們提高電池電量計算的精確度.據稱,為了調整及測試OZ930芯片的架構和性能,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間一起進行調試和驗證.

凹凸電子在智能電池管理方面的另一項獨特技術就是其專有的Trickle Driver技術.當電池沒電或其電壓很低時,為了保護電池,傳統(tǒng)方案一般需要額外的預充電電路(通常先用小電流來進行預充電,待電池電壓提高到某種程度后,才轉成大電流充電.這樣,一般要增加一個MOSFET和一個限流電阻).OZ930則不需要這樣的外部預充電電路,而是在內部集成了MOSFET驅動器,并用10位DAC的一千階細微電壓調變來控制MOSFET,以限制MOSFET上流過的電流,來實現鋰電池的預充電功能.

頗具特色的技術服務

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

提供這種專門服務也體現出這家電池管理新銳進入該市場的決心和差異化策略.據高漢榮介紹,公司智能電池事業(yè)部技術團隊從最初的美國擴大到中國上海、深圳、武漢、成都和臺北,緊密地和本地電池包廠商合作,包括系統(tǒng)項目上的研發(fā)合作.如今,他們的研發(fā)項目已擴展到便攜式電子產品之外的其他電池管理系統(tǒng)領域,如電動自行車、電動汽車和UPS等領域.

“電動汽車(包括純電動汽車、油電混合車和燃料汽車)、電動自行車會為鋰電池帶來很大應用空間,也是我們的一個新切入點.電動汽車的電源管理很復雜,我們已經在與中國一些大學建立聯(lián)合實驗室共同進行開發(fā)."高漢榮透露,“至于電動自行車,中國的市場很大,政府相關規(guī)范剛出臺,由于廠商要適應這些規(guī)范,這一年內市場一定會有沖擊及調整.有了這些標準規(guī)范,市場將會更有秩序地發(fā)展,今后的前景將會更好,我們已在為本地自行車制造商和相關電池供應商提供技術支持.”

作者:趙艷、張國斌