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電流隔離增強EV/HEV安全、性能和可靠性

作者: 時間:2012-12-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

雖然電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)技術(shù)仍然處于一個漸進的發(fā)展階段,但是對于烴類燃料的長期供應(yīng)和對環(huán)境問題的關(guān)注,成為新興汽車市場加快創(chuàng)新步伐的動力。承諾更高效率、降低排放,并提供與烴動力汽車相當?shù)膬r格和。為了與現(xiàn)有汽車競爭,用于的電池必須具有非常高的能量存儲密度、接近零的泄漏和幾分鐘(而不是幾小時)內(nèi)完成充電的能力。此外,電池管理和相關(guān)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須具有最小的尺寸、重量以及消耗,同時為電動馬達提供大量高效能量。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175943.htm

  現(xiàn)代設(shè)計在傳動系統(tǒng)和能量存儲/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中采用模塊化組件。EV/HEV電池管理系統(tǒng)通常包括五個主要電路部件:

  * 車載充電器:能量存儲由400~450V鋰離子電池提供,此電池依靠車載充電器充電;車載充電器由具有功率因數(shù)校正(PFC)的AC/DC變換器組成,并由電池管理系統(tǒng)(BMS)監(jiān)視。該充電器可適應(yīng)各種外部充電電源,范圍從單相交流110V到三相交流380V.

  * 電池管理系統(tǒng):電池單元由BMS監(jiān)控和管理,以確保高效率和性。BMS監(jiān)控各個電池單元的充電、狀態(tài)、放電深度和調(diào)節(jié)度。

  * DC/DC變換器:DC/DC變換器連接高壓電池到內(nèi)部12V DC網(wǎng)絡(luò),同時為車內(nèi)配件提供電能,以及為本地開關(guān)變換器提供偏置電壓。該變換器通常是可逆的,電能可以流入或流出電池。

  * 輔助逆變器:現(xiàn)代汽車利用皮帶來驅(qū)動引擎配件,例如空調(diào)和動力轉(zhuǎn)向泵。EV/HEV需要輔助逆變器生成所需的電能去驅(qū)動這些配件。

  * 主逆變器:主逆變器驅(qū)動電動機,也用于再生制動,把未使用的電能回存到電池。

圖1:EV/HEV主要電子部件安裝位置。

  圖1:EV/HEV主要電子部件安裝位置。

  

  模塊化的EV/HEV電路部件具有固定的和浮動的地,在模塊、本地(可能是致命的)電池和供電電壓之間有不同的電壓。鑒于這些情況,在電動和混合動力汽車設(shè)計中,電流極為必要。

  什么是電流,他在電氣系統(tǒng)設(shè)計中扮演什么樣的角色?電流隔離把電氣系統(tǒng)的不同功能區(qū)分隔開,以阻止功能區(qū)間的電流流動,同時允許能量或信息在功能區(qū)間進行交換。圖2A使用簡單的隔離型數(shù)據(jù)交換示例來說明這個概念,數(shù)據(jù)在電路A和電路B之間交換。專用的偏壓電源VDD1和VDD2在隔離器兩側(cè),分別提供5V電源。5V地參考脈沖序列從電路A輸入端輸入,然后被如實的傳輸?shù)礁綦x器的輸出端,在傳輸期間任意時間內(nèi)沒有電流流過GND1和GND2之間。換言之,GND1和GND2之間的阻抗有效形成了開路狀態(tài),而且數(shù)據(jù)按照電流隔離定義的形式成功的在兩個絕緣電路間進行傳輸。

  隔離為EV/HEV設(shè)計提供三個重要的電路功能:隔離、電壓電平轉(zhuǎn)換和地噪音抑制。隔離保護電氣系統(tǒng)和人員免受致命高壓造成的傷害。圖2B顯示安全隔離、電平轉(zhuǎn)換和電平傳輸示例。如圖所示,電路A具有1,000V的懸浮共模電壓,0~25V數(shù)字輸入信號跨越隔離柵傳輸?shù)诫娐稡.因為電路B由5V地參考供電,隔離器把1,000V共模電壓電平轉(zhuǎn)換到GND2電平(0V)。示例顯示已提供安全隔離,因為1,000V輸入側(cè)共模電壓由電平轉(zhuǎn)換到0V輸出。需要注意的是25V輸入信號在隔離器的輸出側(cè)轉(zhuǎn)換成VDD2(5V)電壓電平。

圖2A:基本的隔離示例。

  圖2A:基本的隔離示例。

圖2B:共模電壓示例

  圖2B:共模電壓示例。

圖2C:低噪聲抑制示例

  圖2C:低噪聲抑制示例。

圖2C顯示隔離如何減少或完全消除地噪聲。如圖上側(cè)所示,5V信號源在一條長長的高寄生電感PCB導(dǎo)線上傳輸信號,導(dǎo)致地噪聲干擾。如圖下側(cè)所示,添加的隔離器大大縮短本地有效接地長度,從而抑制地噪聲。

  數(shù)字隔離器的各種好處能夠通過不同的組合方式使用,使EV/HEV電氣系統(tǒng)更加安全可靠。圖3中主逆變器模塊圖顯示隔離器的使用位置。隔離在高壓電動機驅(qū)動和相電流及電壓測量電路中的電壓控制器之間,提供了安全隔離、電平轉(zhuǎn)換和電壓傳輸。同樣的,隔離驅(qū)動器在驅(qū)動器和高壓電動驅(qū)動電路之間也提供類似功能。隔離的DC/DC變換器在反饋環(huán)路中使用線性安全隔離,確保電源主級側(cè)和次級側(cè)間沒有電流流動,消除了高壓擊穿的可能性,并解決漏電到低壓電路的問題。最后,傳感器之間使用線性或數(shù)字隔離器,以確保安全性、電平轉(zhuǎn)換、電壓傳輸,并且消除可能的地環(huán)路噪聲。

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