電動汽車產業發展中的隔離技術

BNEF預計2024年全球電動乘用車（純電動車和插電式混合動力車）的銷量將增長21%，達到1670萬輛，其中70%為純電動車。近年來，電動汽車產業的增勢迅猛，且預計在未來將不減反增。到2040年，電動汽車市場份額將可能占據超過75%。在汽車向電氣化方向演進的大背景下，高瓦耗電力電子器件成為了推進新一代驅動系統及電池系統創新的核心，目前電動汽車的800V系統已經趨近成熟初期，各大汽車廠商往后也一定會追求更高的電壓系統，更高的轉化效率。這些組件功能只關乎汽車高效從A點到B點的能力。但是，高電壓下的運作也帶來了功率峰值風險，可能損害車內電子設備或對乘員安全構成嚴重威脅。因此，隔離技術成為了電動車市場發展不可或缺的安全保障。

電動汽車中的隔離技術不僅是最近幾十年才迅速崛起的新興行業，它早已成為許多應用領域的核心。車輛中，為了實現低壓數控控制器與高功率電子設備的信息交流，隔離器成了橋梁。例如，CMOS隔離器就可保證數控器安全地連接至電動汽車的高壓系統。為了保持正常運行，與之類似的低壓控制器與高功率系統（如電機）之間必須實現電氣隔離，以免出現故障或失效現象。

汽車行業法規對安全性要求甚嚴，比起在較為寬松的環境下運作的數據中心或通信應用，車輛中潛在的故障或部件退化風險更大，它們正面臨著對駕駛員、乘員和行人的安全威脅。

為了面對日益緊湊的電動汽車內部系統帶來的抗干擾問題，隔離技術在電路板上的每個部件之間至關重要。隔離器能夠有效削減接地環路帶來的噪聲，并且在各個電路域之間提供電流隔離，顯著提升敏感電路的性能。

需要應用隔離技術的關鍵車輛系統包括：

BMS (電池管理系統)：

為了保持與傳統內燃機汽車的競爭力，電動汽車中使用的電池需要非常高的能量存儲密度、極低（接近于零）的自漏電流以及快速充電的能力。電池管理系統 (BMS) 監控和管理電池單元，以確保高效率和安全性。

BMS 控制單個電池壽命的不同方面，包括充電和放電監控、溫度、調節、磨損均衡和電池的整體健康狀況。該系統的另一個關鍵功能是管理車載高壓電池中存儲的電力并向車輛的其他部分供電。這些功能中的每一個都需要電流隔離，它將低壓系統與高壓域分開，這對于安全保證至關重要。

OBC (車載充電器)：

出于多種原因，隔離在車載充電器 (OBC) 內部很有用，最重要的是可以提高系統轉換功率的能力。為了給電動汽車的電池組充電，OBC 需要將壁式插座或壁式充電器的 120V 或 240V 交流電轉換為高壓直流總線，同時還提供功率因數校正。隔離柵極驅動器能夠將產生的直流信號調制為方波以驅動變壓器，然后變壓器產生所需的輸出直流電壓。 此外，整個系統可以通過與數字隔離器隔離的控制器局域網 (CAN) 總線進行監視和控制。

DC/DC轉換器：

電動汽車中使用高壓至低壓 DC/DC 轉換器將直流電壓從一個電壓域轉換為另一個電壓域，為多個輔助系統供電。它們將高壓汽車電池 (200–800 V) 的直流電轉換為內部 12V 或 48V 直流網絡中的較低電壓。這為車輛配件提供電力，包括雨刷器和車窗電機、車頭燈和車內燈、風扇和泵以及其他幾個汽車系統。

在此用例中，與 BMS 一樣，需要電流隔離來在控制系統和高壓域之間建立隔離。此外，與 OBC 系統一樣，該系統也可以通過汽車總線進行調節，例如帶有數字隔離器的隔離 CAN。

牽引逆變器：

牽引逆變器為電動汽車的傳動系統提供動力，用于將電池存儲的直流高壓轉換為交流電，以驅動牽引電機。 牽引逆變器將車載高壓電池的直流電轉換為交流電，以驅動電動汽車的主電機。

逆變器不僅驅動電動機，還用于再生制動、開關保護、升壓以及將未使用的能量返回電池等功能。這些功能中的每一個都需要隔離，以在控制系統和高電壓之間提供屏障。由于牽引逆變器在 400V 和 800V 電池之間運行，因此隔離可能導致電擊的危險電壓至關重要。

隨著電動汽車的不斷進步和發展以及汽車行業的法規變得越來越嚴格，越來越多的標準正在實施，除了電子設備和消費者之間的隔離之外，還要求各種汽車電子元件之間進行某種形式的隔離。隔離技術不僅解決了系統內部的噪聲問題，也保護了財產和人員安全，隔離將成為滿足質量和安全要求的關鍵技術。