電動(dòng)汽車(chē)常被喻作“歸來(lái)的孩子”，因為這項技術(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(chē)早于1835年首次于美國出現，到1899年，紐約市接近90%的出租車(chē)都是由電力驅動(dòng)。然而，當電力啟動(dòng)器和內燃機變得完善時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的使用就迅速衰退。隨著(zhù)如今對環(huán)境保護的關(guān)注，由燃燒碳氫化合物造成的污染，加之汽油成本高升的影響，再次引起了人們對電動(dòng)汽車(chē)或混合驅動(dòng)汽車(chē)的興趣，同時(shí)也加促了這項技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。其中一項發(fā)展中的技術(shù)是固態(tài)繼電器 (SSR)，這是監測電動(dòng)汽車(chē)電池電壓的理想元件。以往，這類(lèi)應用使用的是機械繼電器或干簧繼電器。機械繼電器的功耗大，而且由于機械觸頭磨損使到壽命較短，并需要等待時(shí)間來(lái)讓繼電器觸頭穩定或去彈跳。干簧繼電器能將磨損和彈跳問(wèn)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(lèi)的解決方案，功耗較少之外還能避免觸頭磨損和彈跳的問(wèn)題，而且成本也低于干簧繼電器。 監測電動(dòng)汽車(chē)電池 電動(dòng)汽車(chē)的推進(jìn)系統包括電動(dòng)機、驅動(dòng)電子線(xiàn)路、機械傳動(dòng)、車(chē)輛控制/功率管理、充電系統，以及電池（圖1）。每個(gè)部分的性能對于車(chē)輛的運行都非常重要。電動(dòng)汽車(chē)的長(cháng)期性能很大程度上取決于如何維持電池和電池充電系統的良好效能。 今天，電動(dòng)汽車(chē)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(guò)測量電池的充電電流、電池溫度和接線(xiàn)端電壓來(lái)確定。電動(dòng)汽車(chē)或混合汽車(chē)的電池系統是由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，因而增加了測量每個(gè)電池接線(xiàn)端電壓的難度。高電壓排除了在每個(gè)電池接線(xiàn)端上跨接標準差分運算放大器的應用。每個(gè)電池電壓的測量需要使用切換網(wǎng)絡(luò )，用于連接電池串中每個(gè)電池兩個(gè)接線(xiàn)端子之間的隔離或浮動(dòng)A/D轉換器，并需要切換系統將該"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(wèn)題使用固態(tài)繼電器陣列可輕易實(shí)現電池對電池的測量隔離，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(chē)電池系統的一個(gè)示例。電池系統由150個(gè)2V電池串接而成。這種配置可提供300V的組合電壓。測量這種直流高壓需要使用隔離電壓測量系統，可由微控制器隔離電壓表和隔離開(kāi)關(guān)控制器來(lái)實(shí)現。SSR陣列 在本例中，電池測量系統由151個(gè)飛兆半導體的HSR412固態(tài)繼電器開(kāi)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(kāi)(NO)光觸發(fā)開(kāi)關(guān)。這些繼電器使用少至3mA或5mW的LED驅動(dòng)器電流驅動(dòng)，其低啟動(dòng)功耗特性可省去繼電器驅動(dòng)器IC的使用。測量電池電壓的第一步是將隔離電壓表跨接在電池上，請仔細觀(guān)察圖2來(lái)了解實(shí)現方法。隔離電壓表的輸入與雙線(xiàn)測量通路連接。該總線(xiàn)的接線(xiàn)端標有A和B。各電池單元上的測試點(diǎn)由SSR(N)和SSR(N+1)測試，這里(N)是當前被測試電池的編號。第1號電池的測量由閉合SSR1和SSR2完成，并保持其它149個(gè)繼電器開(kāi)路。閉合兩只SSR可通過(guò)SSR(1)的輸出將1號電池的電源正與絕對轉換器的節點(diǎn)"A"連接，通過(guò)SSR(2)將電池的電源負與節點(diǎn)"B"連接。第2個(gè)電池通過(guò)打開(kāi)SSR(1)，并在SSR(2)保持開(kāi)的狀態(tài)下閉合SSR(3)來(lái)測量。這樣依次通過(guò)SSR(2)的輸出將2號電池的電源正與節點(diǎn)B連接，通過(guò)SSR(3)的輸出將電池的電源負與節點(diǎn)A連接。然后重復該過(guò)程，直到測完所有電池。這時(shí)，電壓表返回至1號電池并重新開(kāi)始測量過(guò)程。尋址SSR測量順序是由微控制器(MCU)控制的。要測量某個(gè)電池，MCU會(huì )發(fā)出一個(gè)與被測電池相對應的8位數字地址。該地址被傳到由11個(gè)74HC154多路轉換器組成的解碼區。數據通過(guò)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內的元件數量減少至4。所有電池均會(huì )每3ms尋址一次，這是HSR412 SSR接通和斷開(kāi)所需的時(shí)間。當電池被尋址后600us，即會(huì )進(jìn)行電池電壓測量。SSR的接通時(shí)間小于500us，這會(huì )給MCU的10位A/D轉換器留下100us的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。個(gè)別SSR的接通和斷開(kāi)時(shí)間之和與電池數相乘，便得出循環(huán)時(shí)間。使用HSR412時(shí)，測量150個(gè)電池的時(shí)間少于450ms。300V 共模電壓當測量某個(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，視乎被測電池而定。HSR412的400V關(guān)態(tài)鎖閉電壓很容易應付這種高300V 的共模電壓。切換陣列控制電路也必須能適應這300V的共模電壓。SSR輕易地解決了這個(gè)問(wèn)題。LED和SSR開(kāi)關(guān)之間的隔離電壓為4KV(RMS)，這對于300V系統已經(jīng)足夠。對應300V共模電壓須要使用隔離DC/DC轉換器為微控制器供電。將電池數據發(fā)送至車(chē)輛控制計算機MCU記錄電池電壓的絕對值，并將該值和電池編號保存在板上存儲器中。整個(gè)測量周期結束時(shí)，可對數據加以整理，以符合標準汽車(chē)串行總線(xiàn)格式。例如CAN總線(xiàn)。一經(jīng)整理后，數據會(huì )立刻經(jīng)由雙向光隔離鏈路發(fā)送至車(chē)輛控制計算機。該鏈路由兩個(gè)高速(High Speed)HCPL-0600邏輯兼容光電耦合器構成。數據在收到并被確認后，便會(huì )重復整個(gè)測量循環(huán)。 總結實(shí)時(shí)監測電池在電動(dòng)汽車(chē)或混合汽車(chē)是非常重要的參數。在測量系統中使用光學(xué)耦合SSR，可保證在高共模電壓的情況下獲得高測量可靠性和信號完整性。固態(tài)繼電器解決方案消除了使用機械繼電器解決方案時(shí)所遇到的觸頭磨損和彈跳問(wèn)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。