电动汽车上常用的电气隔离器件

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）在电动汽车中，存在着多套系统，比如根据电压可以分成高压和低压系统，高压系统中主要是为牵引电机、空调系统压缩机、高压电池包等核心模块供电，驱动车辆的行进。低压系统主要是座舱内以及一些车身部件，比如车灯、空气悬挂、座舱娱乐系统、电动门窗等。

高压系统中的电压可以超过800V，而低压系统目前普遍采用12V电压。显然车辆系统中的电压差异巨大，实际上即使是在高压系统中，OBC与牵引逆变器的运行电压水平也有较大的差距。可以想象如果高压系统与座舱内的低压系统之间没有保护措施，那么一旦发生触电很可能对乘客造成严重伤害。

所以在电动汽车上，不同电压系统之间的隔离对于整车安全而言十分关键。

电动汽车三种常用的电气隔离器件

在电动汽车上，主要用到光耦、继电器、数字隔离芯片这三种电气隔离器件。在高压直流系统中，单台电动汽车一般会配备5—8颗高压继电器，分别应用在高压直流充电、交流充电、驱动系统等部分。

继电器：

继电器是一种使用电磁控制物理开关状态的电气隔离装置，采用电磁感应原理，主要由线圈、铁芯、衔铁、触点等几个部分组成，适用于直接控制高功率负载的场景。

继电器的工作流程是：当给继电器的线圈施加一定电压时，电流通过线圈产生磁场；磁场吸引衔铁，使其克服弹簧力向铁芯方向移动；衔铁的移动会改变触点的状态，如果原本是常开触点，则闭合，如果是常闭触点，则断开；而线圈上的电压被移除后，磁场消失，衔铁在弹簧的作用下返回原位，触点恢复到初始状态。

相对于普通的继电器，在电动汽车上应用的高压继电器在设计和材料、结构上都有一些区别。首先是高达800V的电压，对于高压继电器的绝缘材料有更高要求，需要防止电弧的产生；为了承受更高的电压和电流，高压继电器使用的触点材料往往具有更好的耐磨损性和导电性；由于需要承受更大的电压，产生的磁场也更强，需要弹性模量更高的弹簧，同时也需要继电器拥有机械强度更高的结构。

光耦：

光耦也称为光电耦合器或光电隔离器，是一种通过光信号实现电气隔离的器件，内部结构主要包括LED光源、光学通道以及一个光敏元件。

光耦的工作流程是：当电流通过输入端的发光器件时，光线会通过一个绝缘的光学通道，被输出端的光敏元件接收，并转为相应的电信号。

光耦一般被用于高低压控制电路之间的控制信号传输隔离，比如在BMS中，光耦被用于隔离高压电池组与低压控制系统之间的信号传输；在逆变器中，光耦被用于隔离高侧开关的栅极驱动信号，防止高低压控制电路之间互相干扰。

数字隔离芯片：

数字隔离芯片则是利用电容耦合、磁耦合、射频耦合等技术实现电气隔离，主要是用于高速数字信号传输，响应时间极短，可以支持高达150Mbps的传输速率。

同时数字隔离芯片相比光耦拥有更低的功耗，使用寿命也更长，更重要的是在数字信号传输中能够降低信号失真，抗干扰能力更强，体积更小。所以在电动汽车中，数字隔离芯片被广泛用于通信接口、BMS、OBC等领域，而在汽车、工业自动化、医疗设备等领域，数字隔离芯片也开始逐步替代光耦。

小结：

随着汽车的电动化和智能化，更高的电压和更快的传输速率，会给隔离器件行业带来新的机遇。继电器、光耦、数字隔离芯片等产品还将会长时间共存，在多个不同的应用领域中发挥出各自的优势。