凭借独有技术,IC新锐挺进巨鳄环立的电池管理领域
上网时间 : 2006年02月06日
由于具备体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池、自放电率低等诸多优点,锂离子电池目前广泛应用于各种便携式设备.尤其在笔记本供电方面,其优异的高能量优势更是发挥得淋漓尽致.但是由于能量密度高及特有的化学特性,锂离子电池的安全性和稳定性方面亦存在隐患,如过高温和过充可能会燃烧甚至导致爆炸,过放电可能造成电池本身的损坏.所以,对锂离子电池精密的监测、保护和电量计算非常重要.通常锂电池包内都会有专门设计的监测和保护电路.
图1:OZ930主充电场效应管(FET)支持Trickle Driver(右图),从而无需额外的预充电电路.
高精度的锂电池电量计量的需求主要来自笔记本电脑及高端PDA,相比而言一般的手持设备对这方面的精度要求则低得多.笔记本电脑电池包的安全性要求很高,如今的供应商以台湾厂商(已在大陆布局)居多,大陆某些电池厂商等也开始逐渐由手机电池领域尝试进入笔记本电脑电池包领域.
在锂离子电池保护和计量IC领域,一直以来,主要的供应商为TI、瑞萨、Maxim等,而不久前,由在美华人创办的凹凸电子(O2Micro)发布了的专为笔记本电脑电池量身定制的智能保护及电量计量芯片OZ930,令人耳目一新,为电源设计人员带来了更多的选择.
一个初涉智能电池管理领域数年的中小公司何以敢进入这一巨头盘踞的领域?凹凸电子副总高汉荣表示:"我们4年前就开始了投入这方面的研发,如今拥有独家专有的技术及积累的经验,同時OZ930也已调适成熟,所以敢于尝试进入这个新领域."他坦言,因为进入智能电池保护和计量管理领域的技术门槛相当高,所以投入这个产业的公司都是一些相当有实力的公司.作为后来者,除了掌握独特关键技术,对产业和电池特性的认知以及对客户更深入具体的技术支持将帮助凹凸电子迎头赶上.
单片方案和Trickle Driver技术引人注目
高汉荣介绍说,当前电池管理方案的一个技术趋势就是借助微处理器(uP),用软件进行调适所选用的电池特性及笔记本电脑系统的需求,从而实现更高的灵活性及精准度.OZ930也顺应了这一趋势,内部集成有专用的uP内核,与一些领先厂商外置uP的两芯片方案相比,减少了外部元件和PCB板面积,从而有效节省了成本并提高了系统的稳定性.据凹凸电子称,采用OZ930设计的电池管理和保护电路的PCB板面积可以比某些竞争对手的方案缩小20%以上.
图2: MPT电池组生产线仪器的面板和背面.
高汉荣强调:“OZ930在锂离子电池充放电保护方面提供了完整合理的架构,其软件和硬件保护机制是独立的且紧密相互配合,此外还可以提供可编程的保护点设置和反应延迟时间的调整.其提供的保护功能有短路保护、独立的充电、放电过流保护、过压保护、欠压保护等、还提供熔丝保护等.”
此芯片还集成了温度传感器、ADC、闪存等数字和模拟电路.OZ930带有3个独立ADC—测量电流的电流ADC、测量电压的电压ADC 和可测量温度(例如晶片内温度、电池温度或MOSFET温度)的多功能GPIO ADC,这样提高了电池计量的效率和准确性.众所周知,温度对锂电池的充放电会产生较大影响,OZ930的软件能对温度做自动补偿.
OZ930的闪存除了储存微处理器的程序代码,也储存电池特性和系統固件应用所需的参数.用户可以很方便地通过SMBUS接口方式,来更新程序代码、各种参数、并进行调试.高汉荣指出,电池特性参数的掌握需要丰富的实践经验,是精确估算及补偿电池电量计算的基础.为此,凹凸电子在OZ930内将电池特性(如电压vs剩余电量、寿命衰减、自放电等特性)建成查找表(Lookup Table),以供客户开发时对特定电池进行调适,帮助他们提高电池电量计算的精確度.据称,为了调整及测试OZ930芯片的架构和性能,在正式推出之前,该公司与先期试用的电池厂商客户花了一年多的时间一起进行调试和验证.
凹凸电子在智能电池管理方面的另一项独特技术就是其专有的Trickle Driver技术.当电池没电或其电压很低时,为了保护电池,传统方案一般需要额外的预充电电路(通常先用小电流来进行预充电,待电池电压提高到某种程度后,才转成大电流充电.这样,一般要增加一个MOSFET和一个限流电阻).OZ930则不需要这样的外部预充电电路,而是在内部集成了MOSFET驱动器,并用10位DAC的一千阶细微电压调变来控制MOSFET,以限制MOSFET上流过的电流,来实现锂电池的预充电功能.
颇具特色的技术服务
除了常规的开发工具,凹凸电子还针对电池开发和制造行业的特殊性提供生产设备技术的支持.为帮助采用OZ930的客户提高生产线的效率与速度,该公司开发出应用于电池组生产线的仪器MPT(Mass Production Tooling),搭配相应的应用程序Minerva.用户可以完成一次八个待测模组的数据(固件程序及参数)下载、测试,及温度、电池电压及电流校验等工作,大幅提高了生产线的作业效率,并缩短客户端的生产周期.
提供这种专门服务也体现出这家电池管理新锐进入该市场的决心和差异化策略.据高汉荣介绍,公司智能电池事业部技术团队从最初的美国扩大到中国上海、深圳、武汉、成都和台北,紧密地和本地电池包厂商合作,包括系统项目上的研发合作.如今,他们的研发项目已扩展到便携式电子产品之外的其他电池管理系统领域,如电动自行车、电动汽车和UPS等领域.
“电动汽车(包括纯电动汽车、油电混合车和燃料汽车)、电动自行车会为锂电池带来很大应用空间,也是我们的一个新切入点.电动汽车的电源管理很复杂,我们已经在与中国一些大学建立联合实验室共同进行开发."高汉荣透露,“至于电动自行车,中国的市场很大,政府相关规范刚出台,由于厂商要适应这些规范,这一年内市场一定会有冲击及调整.有了这些标准规范,市场将会更有秩序地发展,今后的前景将会更好,我们已在为本地自行车制造商和相关电池供应商提供技术支持.”
作者:赵艳、张国斌
