日前，微電子所專用集成電路與系統(tǒng)研究室（二室）在“動力電池組監(jiān)控芯片”研究項目中取得突破。

　　當(dāng)前，隨著傳統(tǒng)能源緊缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，節(jié)能及環(huán)境友好型的新能源產(chǎn)業(yè)越來越被各國所重視。在新能源開發(fā)中，大功率電池組的應(yīng)用需求日趨增加。為了滿足大功率的能量需求，電池組通常都會由幾十個甚至上百個單體電池串聯(lián)起來提供能量。由于單體電池之間的差異性，實際使用中連續(xù)的充放電循環(huán)會導(dǎo)致單體電池的差異累積，最終使電池組的可使用電量減少，縮短電池的使用壽命。為了使電池組在各種工作條件下獲得最佳的性能、最長的使用壽命，工程應(yīng)用中都會使用電池管理系統(tǒng)（BMS）對電池組的參數(shù)和狀態(tài)進行監(jiān)控。電池組監(jiān)控芯片作為管理系統(tǒng)和電池組之間的關(guān)鍵銜接要件，其功能與性能決定了管理系統(tǒng)的整體表現(xiàn)，是電池組管理系統(tǒng)中最重要的核心元件之一。

　　在國家科技重大專項和中科院支撐服務(wù)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)計劃專項的支持下，由二室主任黑勇研究員進行規(guī)劃和指導(dǎo)，趙野副研究員帶領(lǐng)的研發(fā)團隊對電池組監(jiān)控芯片關(guān)鍵技術(shù)展開研究，完成了一款用于動力電池組的高精度、帶均衡控制的監(jiān)控芯片BM303的研發(fā)。該芯片采用單顆芯片可監(jiān)視8節(jié)串聯(lián)電芯、芯片間通過高壓接口級聯(lián)通訊、最高可監(jiān)控上百節(jié)電芯的可堆疊式架構(gòu)，芯片內(nèi)集成帶濾波處理的12BIT Σ-ΔADC等高精度模擬電路以及大規(guī)模數(shù)字邏輯控制電路。

圖1芯片實物（采用LQFP44封裝形式） 圖2 芯片裸die照片

　　項目進行中，研發(fā)團隊攻克了高共模電壓下電池信息采樣、級聯(lián)通訊與協(xié)作機制、特殊ESD設(shè)計、高精度基準(zhǔn)源、高精度ADC、均衡控制策略、數(shù)字控制策略等技術(shù)難題，最終成功實現(xiàn)流片。實測結(jié)果顯示，該芯片最大測量誤差在2.1‰以內(nèi)，可以進行片內(nèi)均衡和外部離散元件均衡，芯片之間可進行級聯(lián)通信，不僅支持各種電池信息的報警與保護，還支持在線診斷和故障檢測等，可實現(xiàn)電池組的智能化監(jiān)控與管理。在可靠性測試中，分別通過HBM模式2000 V（Class2）、CDM模式1000 V（Class4）、MM模式200 V（Class2）下的ESD測試。

圖3 電池數(shù)據(jù)信息讀出波形

　　（圖3為芯片讀取的電池電壓等信息，該數(shù)據(jù)通過SPI接口上傳給MCU并計算得出電池電壓等信息的精確結(jié)果。）

圖4 芯片測試值與實際值之差統(tǒng)計結(jié)果

　　（圖4為芯片讀出8節(jié)堆疊電池電壓的精度統(tǒng)計情況（最差0.21%，最好0.04%）。2mV的電壓誤差意味著1%的SOC誤差，以上的測試結(jié)果表明，在最差情況下，通過該芯片可以獲得<4%的SOC誤差，在實際工程中<10%的SOC誤差即可滿足應(yīng)用需求；如果采用校準(zhǔn)算法可以獲得更高的SOC精度，能夠滿足苛刻條件下的應(yīng)用要求。因此，該芯片及其系統(tǒng)已滿足在電動車、電動工具、太陽能電站儲能、微網(wǎng)儲能、通信備用電源管理等領(lǐng)域的實用要求。）

　　該款芯片的功能和性能指標(biāo)都達到了國內(nèi)領(lǐng)先的水平，芯片已經(jīng)可以提供工程批樣片，芯片數(shù)據(jù)規(guī)格與使用手冊等相關(guān)文檔也已完善，芯片及系統(tǒng)正在進行產(chǎn)品應(yīng)用與推廣。研發(fā)團隊在重點突破高共模電壓下對電池信息進行精確采樣、檢測、傳輸與均衡控制等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，將對該芯片及其系統(tǒng)繼續(xù)優(yōu)化提高，進一步探索數(shù)?；旌系母咝阅茈姵亟M芯片集成技術(shù)，實現(xiàn)電池組智能化管理的核心技術(shù)突破，為國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。