Aktuální řešení snímání v bateriích ev / hev

Trh s elektrickými vozidly se na celém světě rychle rozvíjí. Odhady ukazují, že počet elektrických vozidel na silnicích po celém světě dosáhne do roku 2030 125 milionů. Globální trh pro elektrická vozidla (EV) a hybridní vozidla. K řízení toku energie a optimalizaci účinnosti v subsystémech hnacího ústrojí HEV / EV, jako jsou trakční měniče, palubní nabíječky (OBC), měniče DC-DC a systémy pro správu baterií (BMS), je nezbytné přesné a přesné měření proudu. Tyto vysokonapěťové subsystémy potřebují měřit velké proudy při vysokých napětích v běžném režimu. Z technických a regulačních důvodů vyžadují aktuální měření izolaci a také velmi vysoký výkon v drsném automobilovém prostředí.

Typické konfigurace elektrických vozidel v Indii jsou uvedeny níže:

i) dvoukolka

1. Napětí akumulátoru = 48V, 72V
2. Motor 1kW, 2kW

ii) tříkolka

1. Napětí akumulátoru = 48V, 72V
2. 2kW, 4kW motor

iii) čtyřkolka a autobus

1. Napětí akumulátoru = 72V, 400V, 600V
2. 20kW až 300kW

Jednou z klíčových funkcí, jak zajistit bezpečnost elektrického vozidla, je shromažďovat data a na základě těchto dat provádět místní akce rychlé zpětné vazby. Jedním z takových datových bodů, který je velmi důležitý a klíčový pro bezpečnost, je proud protékající různými subsystémy elektrického vozidla.

Můžeme rozdělit snímání proudu v elektrickém vozidle zhruba do 3 kategorií, jak je znázorněno níže:

1. Nadproudová ochrana v reálném čase

1. Pohonné pohony:
2. Ochranné obvody baterie:

2. Monitorování proudu a výkonu pro optimalizaci systému

1. Měření baterie
2. Spotřeba energie systému
3. Posilovač řízení

3. Měření proudu pro uzavřené smyčkové obvody

1. Aplikace motorového pohonu:
2. Měniče DC / DC

Níže je uveden přehled vysoké úrovně různých řešení od TI pro aplikace současného snímání. Osa Y je běžné napětí kolejnice, skrz které je snímán proud, a osa X je skutečná amplituda měřeného proudu.

Jak je znázorněno na obrázku výše, proud lze snímat napětím přes malý odpor bočníku nebo ho lze měřit měřením magnetického pole vytvářeného proudem při protékání vodičem. Ve společnosti Ti poskytujeme řešení pro měření proudu pomocí obou výše uvedených metod.

Seznam řešení dostupných od TI pro aktuální snímací aplikace je uveden níže:

Pojďme se podívat na každý z případů použití proudového senzoru o něco hlouběji a podívat se na některá vhodná řešení dostupná od TI pro stejný případ.

1. Ochrana proti nadproudu v reálném čase

Tento případ použití je obecně patrný u EV z hlediska bezpečnosti. Protože baterie mohou během výskytu poruchy vybíjet obrovské množství proudu, stává se velmi důležité mít obvody pro monitorování poruch v reálném čase. Rychlost a přesnost takových obvodů je hodnota zásluhy proudového zesilovače. V některých případech, protože uC má omezenou šířku pásma, vzorkování hodnoty analogového proudu - převod na digitální hodnotu následovaný digitálním porovnáním hodnot pro detekci nadproudu způsobí obrovské zpoždění v ochranných obvodech. Aby se tento problém vyřešil, přišel TI s proudovým zesilovačem s integrovanými komparátory, jejichž prahovou hodnotu lze nastavit a lze je přímo přivést do přerušovacího kolíku uC, což způsobuje obrovské snížení přetížení uC.

Některá z řešení od TI pro nadproudovou ochranu jsou:

Velmi dobrým příkladem tohoto případu použití je použití proudového zesilovače jako pojistky E, jak je uvedeno níže:

2. Monitorování proudu a výkonu pro optimalizaci systému

Monitorování proudu a výkonu je obvykle implementováno v systémech elektrických vozidel za účelem sledování celkové spotřeby proudu z baterie, a tím poskytuje řidiči v reálném čase informace o zbývajícím nabití v baterii vozidla pomocí algoritmů, jako je počítání coulombů. Kromě výše uvedeného případu použití je monitorování proudu ve vozidlech využíváno v různých subsystémech, jako je posilovač řízení, elektricky ovládaná okna a podobné oblasti. TI má široké portfolio, pokud jde o monitorování proudu a napájení.

Jak již bylo zmíněno výše, jednou z klíčových oblastí zaměření je podívat se na proud proudící dovnitř a ven z akumulátoru, aby se spočítaly coulomby a vypočítal zbývající životnost / nabití akumulátoru. INI299 od společnosti TI vyniká takovou aplikací díky vysoké úrovni integrity ve spojení s vysokou přesností a nízkou klidovou spotřebou proudu. Níže můžeme vidět typické blokové schéma vysoké úrovně BMS s INA299. Další informace a dokumenty najdete na produktové složce INA299 na ti.com.

3. Měření proudu pro uzavřené smyčkové obvody

Vzhledem k přítomnosti více napětí, která jsou k dispozici v elektrickém vozidle, je ve stromě napájení spousta kombinací převaděčů buck a boost. Některé z velmi významných bloků napájecího zdroje v typickém elektrickém vozidle jsou palubní nabíječka, BLDC (ovladače trakčních motorů), převodník 48 V na 12V atd. Protože se řídicí smyčka ve všech těchto zdrojích vysokého výkonu provádí pomocí měření uC, měření s vysokou přesností se pro realizaci smyček řízení špičkového proudu stává velmi důležitým proud s nízkou latencí. U takových aplikací je pro měření spínacího proudu vyžadován proudový snímač s velmi velkou šířkou pásma, aby výstupní proud pro řízení mohl provádět rychlé akce.Dalším vrcholem takových proudových snímačů, které se používají při řízení motorových pohonů, je schopnost snímačů odmítat hluk společného režimu při vysoké frekvenci (odmítnutí PWM).

Například INA253 v této aplikaci vyniká špičkovým 93 dB CMRR dokonce i při 50 kHz. Níže je uvedeno typické schéma, které se používá pro inline aplikaci pro snímání proudu

Společnost Texas Instruments nabízí nejlepší izolované zesilovače a izolované modulátory ve své třídě, které ve spojení s vysoce přesnými bočníky pomáhají dosáhnout velmi přesných měření izolovaného proudu přes teplotu. Společnost TI přišla s novou řadou izolovaných zesilovačů proudu označovaných jako série AMC, které pomáhají navrženému měřicímu proudu s vysokou přesností s izolační bariérou až do výše 2 kVrms.

TI má dobrou sbírku tréninků hlubokých pohonů na téma „ Začínáme se zesilovači proudu “, které mají technikům pomoci naučit se maximalizovat dosažený výkon při měření proudu zesilovačem proudu. Toto je série krátkých videí, každé s jiným tématem.

Celkově je školení rozděleno do tří sekcí

• Základy
• Porozumění zdrojům chyb
• Pokročilá témata

Kliknutím na odkaz můžete přistupovat ke všem tréninkovým videím TI.

O autorech

Pan Shreenidhi Patil je analogový aplikační inženýr společnosti Texas Instruments, který se zaměřuje hlavně na měření v mřížce, nadcházející trh s elektromobily a nabíjecí stanice pro elektromobily.

Mahendra Patel zahájil svou kariéru v polovodičovém průmyslu u společnosti Texas Instruments před 6 lety. Jako inženýr v terénu podporuje různé zákazníky a aplikace v automobilovém průmyslu. Rád pracuje na designech souvisejících s elektrickými vozidly a automobilovým osvětlením.