如何保护汽车电池系统免受瞬态，短路和其他故障的影响？

由于瞬态，极端温度环境和其他因素，从汽油车转换为汽油电混合动力车或全电动车的过程给汽车使用的电路和子系统带来了许多设计挑战。

必须隔离高压电池阵列和与各个子系统（例如传输系统和其他高功率电源系统）的连接，以使电池系统保持“浮动状态”。

以防止泄漏电流或高压进入低压系统和汽车外壳。

插电式电动汽车上的充电器将在夜间充电时接收240V高市电电压并吸收大电流。

因此，能够抵抗瞬时变化的高压保护非常重要。

目前，汽车制造商正在寻求标准化的电池管理。

系统（BMS，电池管理系统），以便它可以提供高达1000V的电池阵列。

为了达到必要的隔离水平，光电隔离器已成为一种工业标准，它提供高电气隔离和高抗扰性，并且比使用变压器耦合来提供隔离所消耗的功率更低。

电池子系统使用大量的电池。

由于电池充电电流发生较大的瞬态变化，因此高功率噪声和高负载尤其困难。

另外，在电池阵列本身和充电子系统的设计中，监视阵列中每个电池单元的电压非常重要。

单个电池单元的故障一定不能导致整个阵列停止工作或使充电系统过载。

电动汽车中典型的电池阵列由多个电池模块组成。

每个模块通常包含许多独立的电池单元和用于监视模块中电池单元的特殊电路。

整个阵列可以提供数百伏的电压输出，通常高于400V。

监视电路获取电池电压和其他参数，将收集的数据数字化，然后通过串行外围设备接口（SPI，串行外围设备接口）总线将其传输到管理电池系统的微控制器（MCU）。

请参考图1，然后再参考微型控制器。

控制器通过控制器局域网（CAN，Controller Area Network）总线将控制信号发送到汽车中的各个子系统。

为了隔离电池子系统和微控制器，光电隔离器用于接收由电池监控电路的SPI输出发送的串行数据，并提供物理屏障，这主要是通过将LED发射器和LED隔离来实现的。

感光接收器。

可以使用数百伏的隔离。

避免瞬变，电噪声和其他因素对系统造成损害，从而使电池系统处于“浮动状态”，即与车身没有直接连接。

另外，因为没有车身连接，所以可以减少电流泄漏。

到最低。

图1：典型的电池管理子系统需要多个光耦合器，以提供SPI总线与微控制器之间以及微控制器与CAN总线之间的隔离。

电池子系统中使用了不同类型的光电耦合器，以提供不同级别的电压隔离和性能，以满足系统不同部分的性能要求。

请参考图2。

例如，SPI接口通常以高于1MHz的数据速率工作，并且需要在-40°C至+ 125°C的工作温度范围内。

这些要求导致了ACPL-K49T和其他类似光耦合器的使用。

为了隔离低速片选信号，可以将诸如ACPL-M72T或其他类似产品之类的高速光电耦合器用作每个电池监视电路上的更快SPI信号线，例如串行时钟，串行数据输入和串行用于行。

数据输出，请参阅图3。

图2电池监视电路上SPI连接端口的4个信号使用光电隔离器，以确保从电池阵列到低压微控制器不会有高压脉冲。

ACPL-K49T是一款单通道光电耦合器，具有非常简单的结构，包括LED发射器，隔离栅，光电二极管接收器和晶体管放大器。

请参考图3的左侧。

此设备可以处理高达20Kbits / s的数据速率。

在VCM = 1,500V时提供30kV /μs的高共模抑制（CMR，共模抑制）能力和最低4mA的低LED驱动电流。

相反，ACPL-M72T具有更复杂的接收器侧结构，光电二极管耦合至跨阻放大器和电压比较器的输出驱动电路，以更好地处理SPI总线的驱动。

请参考图3的中间部分。