电压和电流测量不准确可能导致对行驶里程、电池电量、满充电剩余时间等的错误估计。

由于世界各国对可持续未来的关注，混合动力汽车和电池电动汽车最近出现了快速增长。许多电子设备和电源组件同步工作，以成功运行电动汽车。电源模块位于车辆周围的不同位置，需要实时测量这些模块的隔离电压和电流，以进行连续监控。电动汽车中的一些主要模块包括车载充电器、电池管理系统（BMS）、HVAC系统、牵引逆变器和DC/DC转换器。必须准确监测电流和电压值，以确保正常运行。

本文是Skyworks高级产品线经理约翰·威尔逊的演讲总结。Wilson解释了有效测量和监控电动汽车中的电压和电流以确保最佳运行的重要性。他首先建立了高压电路测量方法的基础。

测量及其目的

为了监测模块两端的电压和流过模块的电流，电流和电压传感器放置在电路中的适当位置。例如，为了测量流经电池组的电流，电流传感器测量串联并联电阻器两端的电压，并生成与电路中电流大小成比例的输出信号。类似地，为了测量电池组两端的电压，电压传感器检测该点的电压，并产生与电压成比例的输出。这些传感器读数随后被发送到BMS，BMS随后做出有效操作的决定。车辆中的不同模块需要从车辆周围的不同节点进行测量，以进行反馈、控制、安全和充电水平评估。

当使用传感器测量电路中不同的功率相关参数时，存在不同的挑战。主要挑战是保持传感器和电源电路之间的电隔离，以防止电源电路中的波动对测量的影响。高效隔离也有助于保持高频开关电路中的测量精度，高频开关电路非常容易受到这些高频开关通过接地回路产生的噪声的影响。低响应时间和波动的温度也会影响测量的准确性。隔离也有助于电平转换，即在独立操作的同时在同一板上操作两个逻辑电平。基于CMOS的电容耦合用于大多数模块中，用于跨越隔离边界的信号耦合。与光耦合器相比，其优点包括长期使用的可靠性、低传播延迟、高抗噪性和更高的效率。

为了更好地理解测量过程，Wilson展示了一个监测锂离子电池组的BMS，两个电池管理IC监测两个电池的电压和电流水平。一个额外的电压和电流监测系统使整个系统保持安全和冗余。主BMS通过分压器电路和电压传感器测量系统电压，如图1所示。单个电池测量值也被发送到BMS进行进一步监测。隔离所有传感器和单个BMSE。

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图1:BMS中的电压和电流测量

测量误差的后果

确定各种系统参数时的准确性对于电动汽车的运行至关重要。测量不准确可能会导致不便，甚至导致危险和事故。由于电压和电流测量不准确而导致的一些常见问题包括对行驶里程和电池充电水平的错误估计、对满充电剩余时间的错误估计，实际和期望的座舱温度之间的不匹配，以及DC/DC转换后模块的过电压或欠电压。虽然保留电荷水平和保护带等功能可以帮助解决这些问题，但它们并不是永久性的解决方案，必须解决问题的根本原因。

可能发生两种基本类型的错误：静态错误和动态错误。当测量静态或缓慢变化的参数的传感器的实际值和测量值之间存在差异时，会发生静态误差。当传感器测量失真或易受噪声影响的参数时，会出现动态误差。静态误差包括增益误差、偏移误差和非线性。为了有效地测量静态误差的不同分量，需要将其转换为标准单位，在EV的BMS中，标准单位是最大电池电量的满刻度百分比。取这些误差的平方根和，以统计准确的方式表示数据。

其他需要精确测量的主要系统是车载充电系统、DC/DC转换器、牵引逆变器和HVAC系统。对于这些系统中的每一个，在功率转换的不同阶段测量功率参数，以保持冗余和准确性。

Skyworks的解决方案

Wilson介绍了Skyworks提供的一些解决方案，以确保整个电动汽车的精确测量（见图2）。他说：“Skyworks提供了一个针对成本和空间进行优化的产品系列，并具有支持电压和电流传感的优秀架构。”。“这是一个拥有提供模拟和数字接口的优化解决方案的大家庭。这是我们的第二代主要产品。”Wilson在演讲结束时提到了Skyworks电动汽车电流和电压传感器的三个特点：


图2:Skyworks提供的解决方案

电动汽车行业正在快速增长，但最近与电子系统故障相关的事件让消费者产生了疑虑。因此，制造商有必要专注于使用能够防止此类事故的质量传感器。

-Saumitra Jagdale是Open Cloudware的创始人

>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，电力电子新闻.