固態(tài)繼電器為電動(dòng)汽車監(jiān)測(cè)
世界電子元器件 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2004-5-5 1
| 電動(dòng)汽車常被喻作“歸來(lái)的孩子”，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)在多年前進(jìn)(Forward)入市場(chǎng)(Rialto)后便一直沉寂，直至最近才再次活躍起來(lái)。其實(shí)，電動(dòng)汽車早于1835年首次于美國(guó)出現(xiàn)，到1899年，紐約市接近90%的出租車都是由電力驅(qū)動(dòng)。然而，當(dāng)電力啟動(dòng)器和內(nèi)燃機(jī)變得完善時(shí)，電動(dòng)汽車的使用就迅速衰退。隨著如今對(duì)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注，由燃燒碳?xì)浠衔镌斐傻奈廴�，加�?a href=http://m.photographerstories.com/huanye_htm/hyfenlei239.html target=_blank>汽油成本高升的影響，再次引起了人們對(duì)電動(dòng)汽車或混合驅(qū)動(dòng)汽車的興趣，同時(shí)也加促了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。 其中一項(xiàng)發(fā)展中的技術(shù)是固態(tài)繼電器 (SSR)，這是監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車電池電壓的理想元件。以往，這類應(yīng)用使用的是機(jī)械繼電器或干簧繼電器。機(jī)械繼電器的功耗大，而且由于機(jī)械觸頭磨損使到壽命較短，并需要等待時(shí)間來(lái)讓繼電器觸頭穩(wěn)定或去彈跳。干簧繼電器能將磨損和彈跳問題降至最少，但在需要高耐壓時(shí)成本太高。固態(tài)繼電器便能夠提供另類的解決方案，功耗較少之外還能避免觸頭磨損和彈跳的問題，而且成本也低于干簧繼電器。 監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車電池 電動(dòng)汽車的推進(jìn)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電子線路、機(jī)械傳動(dòng)、車輛控制/功率管理、充電系統(tǒng)，以及電池（圖1）。每個(gè)部分的性能對(duì)于車輛的運(yùn)行都非常重要。電動(dòng)汽車的長(zhǎng)期性能很大程度上取決于如何維持電池和電池充電系統(tǒng)的良好效能。 今天，電動(dòng)汽車使用鉛酸、NIMH、鋰離子、鋅氣、氫燃料電池或其它特殊化學(xué)物質(zhì)作為電源。決定這些電源壽命的一般做法是管理其充電狀態(tài)和充電速率。充電速率可以通過測(cè)量電池的充電電流、電池溫度和接線端電壓來(lái)確定。 電動(dòng)汽車或混合汽車的電池系統(tǒng)是由75至150個(gè)2V電池單元串聯(lián)而成。這種串聯(lián)連接方式可產(chǎn)生150至300V的電壓，因而增加了測(cè)量每個(gè)電池接線端電壓的難度。高電壓排除了在每個(gè)電池接線端上跨接標(biāo)準(zhǔn)差分運(yùn)算放大器的應(yīng)用。每個(gè)電池電壓的測(cè)量需要使用切換網(wǎng)絡(luò)，用于連接電池串中每個(gè)電池兩個(gè)接線端子之間的隔離或浮動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，并需要切換系統(tǒng)將該"電壓表"依次跨接到150個(gè)電池上。 固態(tài)繼電器陣列 + 微控制器可解決問題 使用固態(tài)繼電器陣列可輕易實(shí)現(xiàn)電池對(duì)電池的測(cè)量隔離，以及電池和控制電路之間的隔離。圖2所示的功能框圖是電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的一個(gè)示例。電池系統(tǒng)由150個(gè)2V電池串接而成。這種配置可提供300V的組合電壓。測(cè)量這種直流高壓需要使用隔離電壓測(cè)量系統(tǒng)，可由微控制器隔離電壓表和隔離開關(guān)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 SSR陣列 在本例中，電池測(cè)量系統(tǒng)由151個(gè)飛兆半導(dǎo)體的HSR412固態(tài)繼電器開關(guān)陣列組成，可提供400V的關(guān)態(tài)閉鎖電壓。每個(gè)繼電器均為單刀單擲 (SPST)、常開(NO)光觸發(fā)開關(guān)。這些繼電器使用少至3mA或5mW的LED驅(qū)動(dòng)器電流驅(qū)動(dòng)，其低啟動(dòng)功耗特性可省去繼電器驅(qū)動(dòng)器IC的使用。 測(cè)量電池電壓的第一步是將隔離電壓表跨接在電池上，請(qǐng)仔細(xì)觀察圖2來(lái)了解實(shí)現(xiàn)方法。隔離電壓表的輸入與雙線測(cè)量通路連接。該總線的接線端標(biāo)有A和B。各電池單元上的測(cè)試點(diǎn)由SSR(N)和SSR(N+1)測(cè)試，這里(N)是當(dāng)前被測(cè)試電池的編號(hào)。 第1號(hào)電池的測(cè)量由閉合SSR1和SSR2完成，并保持其它149個(gè)繼電器開路。閉合兩只SSR可通過SSR(1)的輸出將1號(hào)電池的電源正與絕對(duì)轉(zhuǎn)換器的節(jié)點(diǎn)"A"連接，通過SSR(2)將電池的電源負(fù)與節(jié)點(diǎn)"B"連接。第2個(gè)電池通過打開SSR(1)，并在SSR(2)保持開的狀態(tài)下閉合SSR(3)來(lái)測(cè)量。這樣依次通過SSR(2)的輸出將2號(hào)電池的電源正與節(jié)點(diǎn)B連接，通過SSR(3)的輸出將電池的電源負(fù)與節(jié)點(diǎn)A連接。然后重復(fù)該過程，直到測(cè)完所有電池。這時(shí)，電壓表返回至1號(hào)電池并重新開始測(cè)量過程。 尋址SSR 測(cè)量順序是由微控制器(MCU)控制的。要測(cè)量某個(gè)電池，MCU會(huì)發(fā)出一個(gè)與被測(cè)電池相對(duì)應(yīng)的8位數(shù)字地址。該地址被傳到由11個(gè)74HC154多路轉(zhuǎn)換器組成的解碼區(qū)。數(shù)據(jù)通過高速(High Speed)HCPL2631光電耦合器的8信道陣列發(fā)送。光電耦合器用來(lái)提供300V電池電壓和底板接地之間的共模電壓隔離。HCPL2631光電隔離器的雙信道密度能將區(qū)內(nèi)的元件數(shù)量減少至4。所有電池均會(huì)每3ms尋址一次，這是HSR412 SSR接通和斷開所需的時(shí)間。當(dāng)電池被尋址后600us，即會(huì)進(jìn)行電池電壓測(cè)量。SSR的接通時(shí)間小于500us，這會(huì)給MCU的10位A/D轉(zhuǎn)換器留下100us的訪問時(shí)間。個(gè)別SSR的接通和斷開時(shí)間之和與電池?cái)?shù)相乘，便得出循環(huán)時(shí)間。使用HSR412時(shí)，測(cè)量150個(gè)電池的時(shí)間少于450ms。 300V 共模電壓 當(dāng)測(cè)量某個(gè)電池時(shí)，Vn到V(n+1)通路電壓約為2V，這是差模電壓。Vn到V(n+1)電壓至底板接地在300V至2V范圍內(nèi)，視乎被測(cè)電池而定。HSR412的400V關(guān)態(tài)鎖閉電壓很容易應(yīng)付這種高300V 的共模電壓。切換陣列控制電路也必須能適應(yīng)這300V的共模電壓。SSR輕易地解決了這個(gè)問題。LED和SSR開關(guān)之間的隔離電壓為4KV(RMS)，這對(duì)于300V系統(tǒng)已經(jīng)足夠。對(duì)應(yīng)300V共模電壓須要使用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器為微控制器供電。 將電池?cái)?shù)據(jù)發(fā)送至車輛控制計(jì)算機(jī) MCU記錄電池電壓的絕對(duì)值，并將該值和電池編號(hào)保存在板上存儲(chǔ)器中。整個(gè)測(cè)量周期結(jié)束時(shí)，可對(duì)數(shù)據(jù)加以整理，以符合標(biāo)準(zhǔn)汽車串行總線格式。例如CAN總線。一經(jīng)整理后，數(shù)據(jù)會(huì)立刻經(jīng)由雙向光隔離鏈路發(fā)送至車輛控制計(jì)算機(jī)。該鏈路由兩個(gè)高速(High Speed)HCPL-0600邏輯兼容光電耦合器構(gòu)成。數(shù)據(jù)在收到并被確認(rèn)后，便會(huì)重復(fù)整個(gè)測(cè)量循環(huán)。 總結(jié) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池在電動(dòng)汽車或混合汽車是非常重要的參數(shù)。在測(cè)量系統(tǒng)中使用光學(xué)耦合SSR，可保證在高共模電壓的情況下獲得高測(cè)量可靠性和信號(hào)完整性。固態(tài)繼電器解決方案消除了使用機(jī)械繼電器解決方案時(shí)所遇到的觸頭磨損和彈跳問題。個(gè)別電池電壓的健康狀態(tài)，可為駕駛者提供關(guān)于剩余電量和行駛距離的第一手信息。 |
品牌專修:( 關(guān)鍵字：固態(tài)繼電器為電動(dòng)汽車監(jiān)測(cè)電動(dòng)車維修電池,電壓,繼電器,測(cè)量,電動(dòng)汽車)
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