更高的功率密度、高效的功率转化和牢靠的电路维护对电动轿车的未来至关重要
图1. 碳化硅肖特基二极管和MOSFET，就像这些来自Littlefuse的图片，与硅器材比较，功率开关损耗更低。
电动轿车有望完成高速添加，从2019年的600万辆增至2023年的1600万辆。新技能正在推进这一巨大变化，包含更高效的功率转化和更高的功率密度。 还需求新的电路维护战略来维护电池办理体系（BMS）免受更高功率的影响。
高效功率转化
功率损耗会下降车辆的行进路程。 而且，在车辆充电期间，损耗以热量和充电时刻的方式引起工程应战。 这便是为什么业界在功率转化上选用供给更高功率功率的宽带隙功率半导体器材的原因。 特别是，碳化硅器材现在价格合理，而且具有轿车级的牢靠性（图1）。
碳化硅器材的另一个长处是它们利用了较小的无源元件（如电感器），而且对散热片的需求更少。 尤其是在混合动力轿车中，空间十分名贵，即使是很小的分量也会影响到轿车的功用。
功率密度
跟着锂离子电池功率密度的进步，车辆每次充电可完成更长的行进路程，然后使电动轿车对顾客更具吸引力。 一同，正在呈现的大功率轿车充电站，可大大缩短充电时刻，这也将添加电动轿车的普及率。
各大轿车公司正在可供给每公斤250瓦时（wh/kg）的锂电池轿车，其方针是在几年内到达350瓦时/公斤。政府和职业研讨人员正在研讨电池规划，这种规划或许远远超越现在可用的功率密度。
锂离子电池为车辆规划人员供给了较长的充电周期寿数和功率密度，可是它们或许有些挑剔。 过度充电和高放电会下降锂离子电池的寿数和功率。极点的电流活动或许会导致短路和树枝状锂电镀，终究损坏电池。 欠电压会损坏电极。 极点的电池温度或许会导致短路和易燃气体的开释。 为了使电池安全运转，电池办理体系有必要细心办理充电和放电，并坚持大约20％至90％的充电状况。
电路维护
跟着电池功率密度的添加和充电电压的添加，对电池和电池办理体系进行恰当的电路维护的重要性也在不断进步，这是这场绿色革命的中心。 假如不能充沛维护其免受各种电气要挟的损害，那么电池毛病将封闭用户电源，而且在最坏的状况下，将导致火灾和电击危险。
轿车规划师面对的应战是，电池办理体系的规范没有出台。与老练的内燃机技能不同，电动轿车还处于起步阶段。每一个轿车制作商都企图经过一种新的办法来寻觅最好的办法：新的架构，新的电压等级，以及适应从机械到电气的功用的新办法。这导致了关于怎么最好地维护电路的困惑。
过电流维护
电池办理体系和电池面对各种电气要挟。考虑到它是一个运转在数百安培下的高能体系，最显着的要挟是过电流。一旦产生事端，被刺穿或弄皱的电池会与轿车的金属底盘触摸，然后引起火灾或电击危险。
因而，直流熔断器布置在多个要害方位。 它们会敏捷中止高值过电流和短路。 电动轿车运用中运用的保险丝有必要契合轿车规范。 这并不简略。 与用于维护平板电脑和手机中锂电池的保险丝不同，轿车熔断器有必要承受极强的冲击和振荡。轿车保险丝在15年的运用周期内（包含8000小时的作业时刻和150000英里的路途振荡）将坚持牢靠。小尺度关于削减或许遭到振荡影响的质量至关重要，可是电动轿车所触及的高功率要求熔断器相对较大。温度是一个杂乱的环境要素；熔断器有必要具有低温降额功用，避免在高温下过早断开。
浪涌和ESD维护
电池办理体系与充电体系继续通讯，以避免电池充电过度。它操控充电速度，当电池挨近容量时将减慢充电速度，以避免过热。跟着越来越多的车辆装备了能够快速充电的大容量电池，电池办理体系会依据电池组的容量操控充电速度。
跟着电动轿车充电向更高电压和电流方向开展，电池、电池办理体系和充电器之间的通讯变得越来越重要，有必要加以维护。
TVS二极管和二极管阵列用于维护通讯线路（一般为CAN总线）免受ESD和邻近雷击引起的瞬态电压的影响。 这些器材的挑选及其在电路中的方位取决于电池办理体系体系结构。
电池办理体系架构
在电动轿车中，电池单元串联衔接，组成一个模块。 当模块串联时，体系的总电压添加。 接着，模块并联衔接以添加能量容量。 当规划人员向电池办理体系添加模块时，本钱和杂乱性都会添加。
每个电池模块都有电池监测体系。这些子体系监测电压是否平衡。然后，微操控器监督这些模块中的每个模块，以供给最高的动力功率和最长的电池寿数。
电池办理体系的特定体系结构决议了维护规范，如中止额定值和电压规模。
在分布式架构中，感测平衡集成电路经过长导线在电池与隶属板之间衔接。高压熔断器用于削减事端中模块内和电池之间在高电压条件下产生短路的危险。 假如在这种分布式架构中损坏了一个元件，则能够独自对其进行替换，然后使其成为更廉价，更简略的挑选。
在集中式架构中，一切元件都被集成到单个模块中。可是，假如某个组件呈现毛病，则有必要以更高的本钱替换整个模块。
在这种架构下，电池与隶属板之间的间隔更小，然后在高电压条件下产生事端的或许性较小。 可是，低本钱的中低压熔断器运用于避免电池办理板上的元件毛病和污染。两种类型的毛病有必要被考虑：短路和过载状况。
因为每个电池上都有监测线，因而任何电池中都有或许产生短路。 电池监控器模块或直连线也有必要装有熔断器，以避免过电流损坏。
运用电路维护
图2显现了存在损坏危险的体系元件以及最适合其电路维护的器材类型。
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用于监控电池的集成电路-TVS二极管避免过电压
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电池之间的通讯线路-TVS二极管阵列避免ESD
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电池集成电路 –电压瞬变状况下的高压TVS二极管
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微操控器– TVS二极管阵列
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主开关–与主开关串联的高压大电流熔断器，用作终究维护屏障
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逆变器和DC/DC转化器-高压TVS二极管
图2. 电池办理体系框图
电路维护方位包含保险丝（1），TVS二极管（3、5），TVS二极管阵列（4、6）和高压熔断器（7）
许多供给商都供给轿车级电路维护元件（图3a和3b）。 因为轿车电路维护的要害使命性质，规划工程师将从与了解整个BMS生态体系并供给各种技能解决方案的供给商的协作中获益。
图3a和图3b：电池办理体系维护需求AEC-Q轿车认证元件
（示例包含441A陶瓷熔断器和Littelfuse的TPSMB TVS二极管）
TVS二极管可避免次级感应瞬态电压与许多电路维护几乎是过后才想到的运用不同，车辆电气化是规划工程师认识到其要害作用的一个范畴。测验正在从最终阶段过渡到进程的前期阶段。许多供给商供给定制的模仿测验，能够在开发进程中验证规划。规范测验不存在于这个快速开展的商场中，因而规划师和元件供给商有必要作为一个团队一同作业，共同开发专业常识。此外，为了在轿车安全规范中到达最佳维护挑选，轿车工程师应承受现行安全规范及其要求的教育。一般，他们的供给商处于教育他们的最佳方位。
跟着顾客和政府都推进轿车制作商迈向更绿色的未来，他们有必要找到包含电路维护在内的一系列工程应战的解决方案。 他们与常识广博的供给商协作，正在发明新一代安全牢靠的电动轿车。
