雖然混合動(dòng)力和電動(dòng)車比傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車更節(jié)能，但由于電子系統(tǒng)的顯著增加需要新的電路保護(hù)概念。高可靠性（如電池管理或傳輸逆變器的惡劣的環(huán)境）需要采用特定的技術(shù)。 伴隨著每一代新汽車的問世，電子系統(tǒng)的數(shù)量也在不斷增加。不僅是因?yàn)閷?duì)高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）或互聯(lián)信息娛樂系統(tǒng)的需求不斷增長(zhǎng)，如今即使是入門級(jí)汽車也整合了高端汽車中的先進(jìn)電子系統(tǒng)，包括安全、遠(yuǎn)程信息處理和互聯(lián)。對(duì)于這些電子系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)階段的早期就將保護(hù)考慮進(jìn)來是非常重要的。不幸的是，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，電路保護(hù)往往被低估，甚至被忽略了。電路保護(hù)為何如此重要呢？不僅是因?yàn)樗兄陔娮釉O(shè)備保持其設(shè)計(jì)功能，還可以增強(qiáng)可靠性；在許多情況下，乘員安全是保護(hù)生命的最重要的方面。電氣危害的主要來源是來自人體的 ESD（如在連接智能手機(jī)時(shí)觸摸 USB端口），以及在汽車制造或進(jìn)入維保時(shí)來自組裝或維修人員的 ESD。來源于電路中的負(fù)載切換瞬變，以及雷電引起的（通過磁場(chǎng)進(jìn)入車輛電子設(shè)備的）浪涌等。過載和短路電流與汽車內(nèi)的電源有關(guān)，需要使用保險(xiǎn)絲或自復(fù)式保護(hù)器件（如 PPTC）加以保護(hù)。 立法，正將環(huán)境保護(hù)的需要轉(zhuǎn)化為提高燃油效率的更強(qiáng)制性的法規(guī)。歐盟將在 2021 年將二氧化碳排放限制在 95g/km，而在其他地區(qū)，針對(duì)二氧化碳排放量也有非常相似的規(guī)定。所有汽車制造商遵行這些法規(guī)的唯一途徑是在其產(chǎn)品組合中推出混合動(dòng)力和電動(dòng)車型。如此會(huì)導(dǎo)致越來越多的電子設(shè)備被采用，特別是高壓/大電流應(yīng)用（逆變器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、充電器等等）。因此，針對(duì)這些要求的特定的電路保護(hù)解決方案的需求在不斷增加。 然而，設(shè)計(jì)師在尋找合適的技術(shù)或產(chǎn)品、滿足這種新汽車系統(tǒng)的應(yīng)用要求上卻往往面臨著挑戰(zhàn)。 本文將重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)電路保護(hù)的特殊要求，并介紹在這一領(lǐng)域當(dāng)前和未來的技術(shù)對(duì)混合動(dòng)力汽車中主要的大功率應(yīng)用。 電池管理系統(tǒng) 純電動(dòng)和混合動(dòng)力車需要便攜式儲(chǔ)能來為電動(dòng)動(dòng)力組件提供電力。最根本的問題是，電能無法被儲(chǔ)存，只能以化學(xué)形式（如電池和燃料電池）或機(jī)械形式存在，需要通過使用電能轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換成電的形式。關(guān)鍵在于以最小的封裝和環(huán)境污染并盡可能有效地進(jìn)行轉(zhuǎn)換（即具有高功率密度和能量密度的轉(zhuǎn)換）。尋找能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換裝置的過程是艱巨的，從汽車動(dòng)力到車輪的整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程都必須是最高效的。 EV/HEV 的電池的理想特性有： 高功率/能量密度，以減少空間和重量。 高電流以降低充電時(shí)間。 長(zhǎng)壽命和循環(huán)壽命。 良好的電池平衡和電池組管理，以提高效率和續(xù)航。 合理的成本。 電池是由單個(gè)的電池單元組成的，它們將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。多個(gè)這樣的電化學(xué)電池單元串聯(lián)起來，形成一個(gè)電池模塊，以提供一定的電壓。每個(gè)單位電池單元的電壓取決于電池的化學(xué)性質(zhì)；串聯(lián)模塊的電池單元數(shù)量取決于所需的總電壓。 EV/HEV 中使用的電池是一個(gè)電池組，由多個(gè)電池模塊的串聯(lián)和并聯(lián)組合。串聯(lián)和并聯(lián)組合是基于所需的直流側(cè)電壓和電池的能量容量配置的。串聯(lián)連接產(chǎn)生所需的電壓，并聯(lián)連接為電池組的最小運(yùn)行時(shí)間提供所需的容量。此外，電池組配備了充電平衡和均衡、以及電池組管理電路。電池組管理電路確保了可靠性和對(duì)過充電、過放電、短路和熱過載的保護(hù)。電池組管理電路能夠?qū)﹄姵氐臓顩r和故障進(jìn)行報(bào)告。 圖 1：鋰離子電池系統(tǒng)。電池單元及電池組 此外，還需要對(duì)電池管理系統(tǒng)本身加以保護(hù)，使這一重要的系統(tǒng)在所有條件下（組裝、維護(hù)和正常運(yùn)行）都安全可靠。 圖 2 所示的是包含主要模塊的高壓電池系統(tǒng)。 圖 2：高壓電池系統(tǒng)：構(gòu)建模塊及其保護(hù) 主要保護(hù)需要為 1、傳感線路保險(xiǎn)絲可以保護(hù)防止傳感線路短路：根據(jù)電池系統(tǒng)，會(huì)安裝多達(dá) 200 條傳感線路來測(cè)量每個(gè)電池單元的電壓，以確定它們的充電狀態(tài)和狀況。從理論上講，根據(jù)故障模式，在隨機(jī)傳感線路之間會(huì)發(fā)生短路。潛在的故障：交通事故或裝配問題，導(dǎo)致冷卻劑或其他液體的泄漏，從而產(chǎn)生導(dǎo)電沉積。 電路保護(hù)器件的電壓范圍取決于電池配置，對(duì)于中斷額定值也是一樣。此外，傳感線路保險(xiǎn)絲應(yīng)具有較低的溫度降額、低耐寒性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性，能夠應(yīng)對(duì)溫度周期和振動(dòng)，并且具有較小 體積。 2、電池監(jiān)測(cè) IC 傳感線路輸入過電壓保護(hù)：保護(hù)電池監(jiān)測(cè)的低壓（5V）輸入端子免受瞬變的影響。在電池組的裝配和維護(hù)過程中會(huì)發(fā)生熱插拔瞬變；而充電器、逆變器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等車輛系統(tǒng)，通過傳導(dǎo)或通過鄰近電纜的感應(yīng)耦合，會(huì)誘發(fā)其他瞬變。 3、菊鏈 I/F（如熱插拔、ESD）的過電壓/ESD 保護(hù)。電路保護(hù)器件應(yīng)具有較低的電容（保持信號(hào)完整性，最大程度降低數(shù)據(jù)丟失）、低鉗位電壓、小形式因數(shù)，以及 10 到 數(shù)百 W 的功率容量。 4、電池串兩端的高壓 TVS 可提供瞬變保護(hù)（如熱插拔） 圖 3：傳感線路和電池監(jiān)測(cè)保護(hù) 5、Overvoltage CAN 總線 I/F 的過電壓/ESD 保護(hù)：CAN 總線是用于將電池監(jiān)測(cè)控制器與更高級(jí)的 BMS 控制器（然后與汽車中的其他控制器通信）連接起來的典型的接口。在汽車電池系統(tǒng)的密集環(huán)境中，CAN 線路會(huì)遭受由 ESD（例如在裝配和維護(hù)的過程中）導(dǎo)致的過電壓應(yīng)力或其他汽車系統(tǒng)通過偶合或傳導(dǎo)而引起的瞬變。 6、 用于電力線保護(hù)的高壓/大電流保險(xiǎn)絲：高壓/大電流主保險(xiǎn)絲是汽車大功率系統(tǒng)中電流過大或短路事件情況下確保安全性的最后一道防線。合適的保險(xiǎn)絲需要與系統(tǒng)下游的其他保險(xiǎn)絲（例如接線盒）進(jìn)行良好的協(xié)調(diào)。保險(xiǎn)絲需要能夠承受幾千安培的電流，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)傳導(dǎo)大量的電能。 圖 4：微控制器和電力線保護(hù) 車載充電器 圖 5 是電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車中使用的典型車載電池充電器的框圖。 圖 5：電池充電器電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 該電路由輸入端的橋式整流器以及其后的功率因數(shù)校正（PFC）電路和全橋 DC/DC 轉(zhuǎn)換器組成。 主要保護(hù)需要為 圖 6：橋式整流器、功率因數(shù)校正（PFC）和全橋 DC/DC 轉(zhuǎn)換和保護(hù)器件 1、交流輸入保險(xiǎn)絲：需要能夠在高達(dá) 250V 單相交流電壓下高電流（例如 32A）的汽車級(jí)過電流保護(hù)保險(xiǎn)絲。高分?jǐn)嗄芰σ约俺惺苷駝?dòng)、浪涌瞬變和熱循環(huán)的能力是關(guān)鍵。 2、交流輸入瞬變保護(hù)：由于直接連接到電網(wǎng)，需要使用 MOV 提供瞬變（8/20μs）保護(hù)； 所用的 MOV 需要能夠在高溫（125°C）下運(yùn)行，并且提供交流線路的工作電壓。符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)要求是必要條件。 3、直流側(cè)電容器保護(hù)：即使直流側(cè)電容器的目的是過濾某些瞬變，但是在某些情況下仍然需要保護(hù)；快速汽車級(jí) TVS 二極管可以保護(hù)這些昂貴的部件。 4、a. 柵極過電壓保護(hù)：以前使用的是齊納二極管，但是這些器件不具有TVS 二極管的快速響應(yīng)、更高的浪涌能力和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。