例如在排放温室气体的情形下， 燃油汽车会导致更加严重的问题， 个中包括夹杂颗粒物 和烟雾等污染物， 这些都是主要的雾霾来源， 严重影响全国公民的康健和生活。随着国家政策的辅导以及技能的成熟，新能源汽车成为购车的紧张选择之一。
自 2008 年国际金融经济危急开始，国家对付发展新能源汽车有关政策的实行 力度在逐步加强。通过发展新能源汽车， 可以延续和扩大本国在传统汽车行业中的 上风， 从而增强国家家当竞争力并霸占汽车家当的制高点[1]。因此， 政策制订和实行对付推进新能源汽车家当的发展非常主要。
电动汽车的车身和底盘技能与传统汽车相同， 但在动力存储和驱动方面存在显著差异，紧张核心技能包括：
（1）电池是新能源汽车上最主要的储能元件，也是纯电汽车与混动汽车所面对的最核心技能瓶颈。锂电池相较于化石燃料容量小， 充电速率慢、寿命短， 而高性能电池价格昂贵， 制作本钱高昂， 这些都限定了电动汽车在市场上的竞争力与发展速率。
（2）电机是电动汽车驱动的关键组件之一，其性能将直接影响汽车的效率和 实用性。永磁同步无刷电机已经成为电动汽车中利用最为广泛的电机类型。
比较传 统的互换异步电机， 永磁同步无刷电机拥有更高的效率、更快的相应速率、更好的 换向精度和掌握性能等优点， 有利于提升电动汽车的可靠性、续航里程和行驶性能。
同时， 基于这些上风， 海内的一些自主品牌如比亚迪、广汽也积极投入到电机研发中，通过不断创新和提升技能水平，推动着新能源汽车家当的快速发展。
（3）电控是新能源汽车整车掌握的核心组件之一，新能源汽车的操控紧张通过电机调速掌握装置来完成，而这个装置的核心则是开关器。
开关器常日由高功率场效应管、 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等半导体元件组成，可将高电压、高电 流的直流电源变换成掌握电机转速的脉冲旗子暗记[5]。
IGBT 作为一种高功率开关器件， 具有动态相应速率快、导通损耗小、阻断电压高档优点， 此外还有助于提高能源利用效率、降落蓄电池损耗、减少电路体积和重量等上风。
电池管理芯片温度传感模块构造与事理电池管理芯片同时包含高压、高精度、数模稠浊三种需求，以是须要采取高压 工艺设计， 它是电池管理系统最主要的触角，精度和可靠性直接决定了 BMS 系统 的性能上限。
本章首先对高压 BCD 工艺进行先容和剖析，然后对 BMS 全体芯片的架构和实现进行探索，并给出本人所卖力的温度传感模块的构造和设计指标。
电池管理芯片整体构造设计
电池管理芯片常日用于电池管理系统的仿照前端电路。通过利用灵巧的级联 技能， 这些芯片可以处理多达几十上百个串联电池单元的管理需求，供应电压采集、 电压报警、温度采集、温度报警、均衡掌握等功能的一体化实现， 为 BMS 系统化 和集成化实现供应可能。
SoC 相对付传统的分立实现办法， 不仅构造更加紧凑， 而且节省物料本钱， 大大提高电池采集仿照前端电路的集成度、可靠性与检测精度。BMS 芯片随着电池汽车的快速发展显得愈加主要，国外传统 IC 设计公司基本上都供应了自己的办理方案， 但海内还没有对应产品涌现， 关于 BMS 芯片实现技能的论文也少有揭橥，是一项急需探索的领域。
为了对电池管理芯片的详细实现进行技能探索， 本课题组提出的 BMS 专用芯 片设计如图 2-2 所示， 个中赤色模块为本人卖力的部分。该芯片紧张用于管理由串 联电池单体组成的电池组， 通过高压多路选择电路将电池的旗子暗记送至专用 ADC 进 行检测， 输出结果经由数字滤波器实现降采样以及滤除噪声， 基准源为 ADC 供应 电压参考。
堆叠利用可以扩大电池检测数量， 而级联通信接口则为芯片堆叠情形下 高下级芯片之间供应通信。掌握单元卖力芯片事情时序掌握， 高压电源管理电路给 全体芯片供应电源供给。电池的均衡办法由系统运用确定， 芯片内集成均衡驱动接 口，可以直接驱动外部的均衡电路。 温度传感器卖力检测 SoC 核心以及电池包的 温度， 采取独立的数仿照转换通路是为了担保当电池涌现非常时检测功能彻底无法利用。
ADC 事理
ADC 即模数转换器，其事情事理可以分为采样和量化两个过程。首先，在采 样过程中， ADC 将仿照输入旗子暗记按照一定的韶光间隔进行离散化，采集每个韶光 点上的旗子暗记幅值，然后在量化过程中， ADC 将每个采样点的旗子暗记幅值转换为相应 的数字值[34] 。
这一过程通过比较采样值与参考电压之间的电平差异来完成[35] 。通 过不断重复这一过程， ADC 可以将全体仿照旗子暗记转换为数字旗子暗记，并输出相应的 数字量表示仿照旗子暗记的大小。 量化后的数字值则可以被数字电路或处理器进行进一步处理和剖析[36]。
详细来说， ADC 基于采样保持电路，它对原始仿照旗子暗记进行采样并将其保持 在一个电容器中，然后，这个电容器中的电压会被转化为数字旗子暗记。 ADC 常日利用比较器和计数器以及不同的量化和编码技能来实现仿照旗子暗记到数字旗子暗记的转换。
DC 的基本转换过程分为三个部分：
采样保持（sample and hold）：是一种用于将连续的仿照旗子暗记转换为离散旗子暗记的 电路。采样保持电路会在输入旗子暗记经由抗混叠滤波后， 对旗子暗记进行采样并保持采样 得到的电压值在单个转换周期内不变， 以担保 ADC 能够准确地将每个采样点的幅值量化为数字值。
量化（quantizer）：量化是将连续的仿照旗子暗记转换为离散的数字旗子暗记的过程。采样保持电路输出的仿照电压值会被量化器转化为数字量，这个数字量常日是用二进制代码表示的。
编码（coder）：编码的任务是将量化器输出的数字量转化为具有特定编码格式 的数字旗子暗记。编码常日利用大略的二进制编码或者更繁芜的码型， 例如格雷码或者磁通编码。
由于温度旗子暗记可以近似算作直流旗子暗记， 这里紧张考虑 ADC 的静态特性。 静态 参数的测试哀求勉励旗子暗记在单次转换周期内不产生变革。 增量式 ΣΔ ADC 的性能 取决于其在全体旗子暗记频谱范围内的稳定性，静态参数可以供应有关全体旗子暗记频谱范围内 ADC 性能的主要信息[37]。
抗混叠滤波器版图设计与后仿真
将打算好的参数代入到上图 3- 17 所提出的二阶巴特沃斯滤波器当中。绘制出 版图如图 3-20 所示。 在版图绘制完毕之后，提取寄生参数 R+C+CC：寄生电阻、寄生电容、偶合电容，对该电路进行后仿真。
图 3-21 为抗混叠滤波器的后仿真波特图，从图这也印证了巴特沃斯滤波器通 带平坦。上线截止频率为 989kHz 符合设计需求电路形式大略、元器件少、易于实现，通带内起伏≤1dB、带外按每倍频程 40dB 衰减的电路性能符合与其设计指标。
图 3-22 展现的是抗混叠滤波器在接管收到 1V 阶跃旗子暗记时的输出特性曲线。 仿真参数中设定阶跃旗子暗记跳变速率为 0.01μs，远小于抗混叠滤波器的上限截止频 率，跳变韶光可以忽略不计，可以看到在 0dB 增益下滤波器会产生小幅度不可避 免的阻尼振荡。
上升沿最大过冲为 0.048V，相对建立韶光为 1.043μs，低落沿最大 过冲为 0.049V，相对建立韶光为 1.043μs，知足预期设计目标。上升沿与低落沿的 特性同等性好，从侧面解释上一节的抗 EMI 运算放大器的 NP 互补差分对同等性设计的较为精良。
结论
基于 0.35μm BCD 工艺，设计了一种用于检测 BMS 芯片核心温度，以及电池 包温度的电路，并且进行了后仿真， 仿真结果良好。电路紧张包括温度采集前端电 路、增量式 ΣΔ ADC、数字处理后端电路三个部分， 个中仿照电路部分采取 Cadence 绘制了版图并进行了后仿真， 数字部分采取 Synopsys 进行了综合以及在 FPGA 上 进行了验证， 仿真构造良好达到了预期目标。对仿真与验证结果可以得到一下几点
结论：
（1）针对新能源汽车动力电池的实际需求温度丈量可分为， 对 SoC 功率部分 核心的温度检测， 以及电池包温度的检测。设计了 PTAT 电路对片内核心温度的检 测，检测范围在-50°C~150°C， 由于工艺角带来的偏差在不校准的情形下偏差在±5°C 以内，同时包含抗 EMI 运放以及抗混叠滤波器等外围电路。
（2）设计了一款 14 位增量式 ΣΔ ADC。个中包含了由高增益运放实现了积分 器与比较器和两相不交叠时钟。后仿真结果表明， 在考虑到工艺角偏差的情形下，温度在50-°C~150°C 范围内变革时， 绝对偏差不超过0.8mV，ADC 信噪比为99.8dB。
（3）针对温度检测模块与 SoC 之间设计了数字接口电路，包括 SPI 总线、 ECC 校验以及 JTAG 模块。首先将 14 位的温度旗子暗记转为两个 8 位数据， 然后采取 海明码添加校验位可以检测并纠错 2 位以内的缺点。然后通过 SPI 总线传输到 SoC当中。 JTAG 则是用在可测性设计，简化后续数字电路的测试与调试。
结果表明，该新能源汽车动力电池管理芯片温度传感模块能够实现新能源汽 车动力电池温度丈量，ADC 转换绝对偏差小于 0.8mV。总体知足前期设定指标并为后续新能源汽车动力电池管理芯片 SoC 研究奠定根本。
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