Soluții de detectare a curentului în bateriile ev / hev

Piața vehiculelor electrice crește destul de rapid pe tot globul. Estimările arată că numărul vehiculelor electrice pe șoseaua din întreaga lume va atinge 125 de milioane până în 2030. Piața globală pentru vehicule electrice (EV) și hibrid. Pentru a controla fluxul de energie și a optimiza eficiența în subsistemele de propulsie HEV / EV, cum ar fi invertoarele de tracțiune, încărcătoarele la bord (OBC), convertoarele DC-DC și sistemele de gestionare a bateriei (BMS), este esențială măsurarea precisă și precisă a curentului. Aceste subsisteme de înaltă tensiune trebuie să măsoare curenți mari la tensiuni în mod comun ridicate. Din motive tehnice și de reglementare, măsurătorile actuale necesită izolare, precum și performanțe foarte ridicate în medii auto dure.

Configurațiile tipice ale vehiculelor electrice din India sunt următoarele:

i) 2 roți

1. Tensiunea bateriei = 48V, 72V
2. Motor de 1kW, 2kW

ii) cu 3 roți

1. Tensiunea bateriei = 48V, 72V
2. Motor de 2kW, 4kW

iii) 4 roți și autobuz

1. Tensiunea bateriei = 72V, 400V, 600V
2. 20kW la 300kW

Una dintre caracteristicile cheie pentru a asigura siguranța unui vehicul electric este colectarea de date și efectuarea de acțiuni rapide de feedback local pe baza acestor date. Un astfel de punct de date, care este foarte important și cheie pentru siguranță, este curentul care circulă prin diferite subsisteme ale unui vehicul electric.

Putem împărți detectarea curentului într-un vehicul electric în linii mari în 3 categorii, după cum se arată mai jos:

1. Protecție la supracurent în timp real

1. Unități de tracțiune:
2. Circuite de protecție a bateriei:

2. Monitorizarea curentului și a puterii pentru optimizarea sistemului

1. Calibrarea bateriei
2. Consumul de energie al sistemului
3. Servodirecție

3. Măsurarea curentului pentru circuite cu buclă închisă

1. Aplicație de acționare a motorului:
2. Convertoare DC / DC

Mai jos este o prezentare generală la nivel înalt a diferitelor soluții de la TI pentru aplicațiile de detectare curente. Axa Y este tensiunea de mod comun a șinei prin care este detectat curentul, iar axa X este amplitudinea reală a curentului măsurat.

Așa cum se arată în figura de mai sus, curentul poate fi detectat printr-o tensiune pe o mică rezistență la șunt sau poate fi măsurat prin măsurarea câmpului magnetic produs de curent în timp ce curge prin conductor. La Ti oferim soluții pentru măsurarea curentului utilizând ambele metode menționate mai sus.

O listă de soluții disponibile de la TI pentru aplicația de detectare curentă poate fi văzută mai jos:

Să analizăm fiecare dintre cazurile de utilizare ale senzorului de curent cu ceva mai multă profunzime și să vedem câteva soluții adecvate disponibile de la TI pentru același lucru.

1. Protecție la supracurent în timp real

Acest caz de utilizare este, în general, văzut într-un EV dintr-o perspectivă de siguranță. Deoarece bateriile pot descărca cantități uriașe de curent în timpul apariției unei defecțiuni, circuitele de monitorizare a defecțiunilor în timp real devin foarte importante. Viteza și acuratețea unui astfel de circuit sunt cifra de merit a amplificatorului de sens curent. În unele ocazii, deoarece uC are lățime de bandă limitată, eșantionarea valorii analogice a curentului - convertirea într-o valoare digitală urmată de o comparație digitală a valorii pentru a detecta supracurentul provoacă o întârziere imensă a circuitelor de protecție. Pentru a rezolva această problemă, TI a venit cu un amplificator de sens curent cu comparatoare integrate al căror prag poate fi setat și poate fi alimentat direct în pinul de întrerupere al uC provocând o reducere imensă a supraîncărcării uC.

Unele dintre soluțiile de la TI pentru protecția la supracurent sunt:

Un exemplu foarte bun al acestui caz de utilizare este utilizarea unui amplificator de curent ca siguranță E, așa cum se arată mai jos:

2. Monitorizarea curentului și a puterii pentru optimizarea sistemului

Monitorizarea curentului și a puterii este de obicei implementată în sistemele de vehicule electrice pentru a monitoriza consumul total de curent de la baterie și, astfel, pentru a oferi șoferului informații în timp real despre încărcătura rămasă în bateria vehiculului utilizând algoritmi cum ar fi numărarea coulombului. Pe lângă cazurile de utilizare de mai sus, monitorizarea curentului în vehicule este utilizată în diferite subsisteme, cum ar fi servodirecția, geamurile electrice și zone similare. TI are un portofoliu larg în ceea ce privește monitorizarea curentului și a puterii.

După cum s-a menționat mai sus, una dintre principalele zone de focalizare este de a analiza curentul care curge în interiorul și ieșirea din acumulator, astfel încât să numere coulombii și să calculeze durata de viață / încărcare rămasă a bateriei. INA299 de la TI se remarcă pentru o astfel de aplicație datorită nivelului ridicat de integritate cuplat cu o precizie ridicată și un consum redus de curent în repaus. Putem vedea o diagramă tipică bloc de nivel înalt mai jos a unui BMS cu INA299. Pentru mai multe detalii și hârtie albă, vă rugăm să accesați dosarul de produse INA299 de pe ti.com.

3. Măsurarea curentului pentru circuite cu buclă închisă

Datorită prezenței mai multor tensiuni disponibile într-un vehicul electric, se găsește o mulțime de combinații de convertoare Buck și Boost prezente în arborele de alimentare. Unele dintre blocurile de alimentare foarte proeminente dintr-un vehicul electric tipic sunt încărcătorul la bord, BLDC (driverele motorului de tracțiune), convertorul de 48V la 12V etc. de precizie ridicată, curentul de latență scăzut devine de o importanță primordială pentru implementarea buclelor de control ale curentului de vârf. Pentru o astfel de aplicație este necesar un senzor de curent cu lățime de bandă foarte mare pentru a măsura curentul de comutare, curentul de ieșire pentru ca controlul să ia măsuri rapide.Un alt punct culminant al acestor senzori de curent care sunt utilizați pentru controlul acționărilor motorului este capacitatea senzorilor de a respinge zgomotul în modul comun la frecvență înaltă (respingere PWM).

De exemplu, INA253 excelează în această aplicație, cu CMRR de 93db lider în industrie chiar @ 50khz. Mai jos este prezentată o schemă tipică care este utilizată pentru aplicația de detectare a curentului în linie

Texas Instruments oferă cele mai bune amplificatoare izolate din clasă și modulatori izolați care ajută la realizarea unor măsurători de curent izolate foarte precise peste temperatură atunci când sunt asociate cu șunturi de mare precizie. TI a venit cu o nouă gamă de amplificatoare de detectare a curentului izolate numite seria AMC, care ajută la măsurarea curentului proiectat cu o precizie ridicată, cu o barieră de izolare de 2kVrms.

TI are o bună colecție de cursuri de antrenare profundă despre „ Noțiuni de bază cu amplificatoarele de detectare a curentului”, care îi vor ajuta pe ingineri să învețe cum să maximizeze performanțele obținute, atunci când măsoară curentul cu un amplificator de detectare a curentului. Aceasta este o serie de videoclipuri scurte, fiecare abordând un subiect diferit.

În general, instruirea va fi împărțită în trei secțiuni

• Cele elementare
• Înțelegerea surselor de eroare
• Subiecte avansate

Puteți accesa toate videoclipurile de instruire TI urmând linkul.

despre autori

Domnul Shreenidhi Patil este un inginer de aplicații analogice în Texas Instruments, care se concentrează în principal pe măsurarea rețelei, viitoarea piață EV și stațiile de încărcare EV.

Domnul Mahendra Patel și-a început cariera în industria semiconductoarelor cu Texas Instruments acum 6 ani. Ca inginer de teren, susține mai mulți clienți și aplicații în sectorul auto. Îi place să lucreze la proiecte legate de vehiculele electrice și iluminatul auto.