Aktuálne riešenia snímania v batériách ev / hev

Trh s elektrickými vozidlami sa na celom svete rýchlo rozvíja. Odhady ukazujú, že počet elektrických vozidiel na cestách po celom svete dosiahne do roku 2030 125 miliónov. Globálny trh s elektrickými vozidlami (EV) a hybridnými vozidlami. Na riadenie toku energie a optimalizáciu účinnosti subsystémov pohonnej jednotky HEV / EV, ako sú trakčné invertory, palubné nabíjačky (OBC), konvertory DC-DC a systémy správy batérií (BMS), je nevyhnutné presné a presné meranie prúdu. Tieto vysokonapäťové subsystémy musia merať veľké prúdy pri vysokých napätiach v spoločnom režime. Z technických a regulačných dôvodov si súčasné merania vyžadujú izoláciu a veľmi vysoký výkon v drsnom automobilovom prostredí.

Typické konfigurácie elektrických vozidiel v Indii sú uvedené nižšie:

i) dvojkolka

1. Napätie akumulátora = 48V, 72V
2. 1kW, 2kW motor

ii) trojkolka

1. Napätie akumulátora = 48V, 72V
2. 2kW, 4kW motor

iii) štvorkolka a autobus

1. Napätie akumulátora = 72V, 400V, 600V
2. 20kW až 300kW

Jednou z kľúčových vlastností, ktoré zaisťujú bezpečnosť elektrického vozidla, je zhromažďovanie údajov a vykonávanie akcií rýchlej spätnej väzby lokálne na základe týchto údajov. Jedným z takých dátových bodov, ktoré sú veľmi dôležité a kľúčové pre bezpečnosť, je prúd pretekajúci rôznymi subsystémami elektrického vozidla.

Snímanie prúdu v elektrickom vozidle môžeme rozdeliť zhruba do 3 kategórií, ako je uvedené nižšie:

1. Nadprúdová ochrana v reálnom čase

1. Pohonné pohony:
2. Ochranné obvody batérie:

2. Monitorovanie prúdu a výkonu pre optimalizáciu systému

1. Meranie batérie
2. Spotreba energie systému
3. Posilňovač riadenia

3. Meranie prúdu pre obvody s uzavretou slučkou

1. Aplikácia motorového pohonu:
2. Prevodníky DC / DC

Ďalej je uvedený prehľad vysokej úrovne rôznych riešení od spoločnosti TI pre súčasné aplikácie snímania. Os Y je spoločné napätie kolejnice, cez ktoré je snímaný prúd, a os X skutočná amplitúda meraného prúdu.

Ako je znázornené na obrázku vyššie, prúd je možné snímať cez napätie cez malý bočný odpor alebo ho možno merať meraním magnetického poľa vytváraného prúdom pri prúdení vodičom. V spoločnosti Ti poskytujeme riešenia na meranie prúdu pomocou obidvoch vyššie uvedených metód.

Zoznam riešení dostupných od spoločnosti TI pre súčasné aplikácie snímania je uvedený nižšie:

Pozrime sa na každý z prípadov použitia prúdového snímača trochu hlbšie a pozrime sa na niektoré vhodné riešenia, ktoré poskytuje spoločnosť TI.

1. Ochrana proti nadprúdu v reálnom čase

Tento prípad použitia je všeobecne viditeľný pri EV z hľadiska bezpečnosti. Pretože batérie môžu počas výskytu poruchy vybiť obrovské množstvo prúdu, je veľmi dôležité mať obvody na monitorovanie porúch v reálnom čase. Rýchlosť a presnosť takýchto obvodov je hodnota zásluh zosilňovača snímania prúdu. V niektorých prípadoch, pretože uC má obmedzenú šírku pásma, vzorkovanie hodnoty analógového prúdu - prevod na digitálnu hodnotu, po ktorom nasleduje porovnanie digitálnej hodnoty na detekciu nadprúdu, spôsobí obrovské oneskorenie v ochranných obvodoch. Na riešenie tohto problému TI prišla s prúdovým zosilňovačom signálu s integrovanými komparátormi, ktorých prahovú hodnotu je možné nastaviť a je možné ich priamo napájať do prerušovacieho kolíka uC, čo spôsobuje obrovské zníženie preťaženia uC.

Niektoré z riešení TI pre ochranu proti nadprúdu sú:

Veľmi dobrým príkladom tohto prípadu použitia je použitie zosilňovača snímania prúdu ako poistky E, ako je uvedené nižšie:

2. Monitorovanie prúdu a výkonu pre optimalizáciu systému

Monitorovanie prúdu a výkonu sa zvyčajne realizuje v systémoch elektrických vozidiel na sledovanie celkovej spotreby prúdu z batérie a tým poskytuje vodičovi v reálnom čase informácie o zostávajúcom nabití v batérii vozidla pomocou algoritmov, ako je počítanie coulombov. Okrem vyššie uvedeného prípadu použitia sa monitorovanie prúdu vo vozidlách využíva v rôznych subsystémoch, ako je posilňovač riadenia, elektrické ovládanie okien a podobné oblasti. TI má široké portfólio, pokiaľ ide o sledovanie prúdu a napájania.

Ako už bolo spomenuté vyššie, jednou z kľúčových oblastí zamerania je pozrieť sa na prúd prúdiaci dovnútra a von z akumulátora, aby sa spočítali coulomby a vypočítal zostávajúca životnosť / nabitie akumulátora. INA299 od spoločnosti TI vyniká takouto aplikáciou vďaka vysokej úrovni integrity spojenej s vysokou presnosťou a nízkou spotrebou pokojového prúdu. Nižšie vidíme typický blokový diagram vysokej úrovne BMS s INA299. Ďalšie informácie a dokumenty nájdete v priečinku produktu INA299 na ti.com.

3. Meranie prúdu pre obvody s uzavretou slučkou

Kvôli prítomnosti viacerých napätí dostupných v elektrickom vozidle nájdete v strome napájania množstvo kombinácií prevodníkov buck a boost. Jedným z veľmi významných blokov napájania v typickom elektrickom vozidle je palubná nabíjačka, BLDC (ovládače trakčných motorov), prevodník 48 V na 12V atď. Pretože sa riadiaca slučka vo všetkých týchto zdrojoch vysokého výkonu napája pomocou merania UC s vysokou presnosťou má prúd s nízkou latenciou prvoradý význam pre implementáciu regulačných slučiek špičkového prúdu. Pre takúto aplikáciu je potrebný prúdový snímač s veľmi vysokou šírkou pásma na meranie spínacieho prúdu, výstupný prúd na to, aby riadenie mohlo rýchlo konať.Ďalším vrcholom týchto prúdových snímačov, ktoré sa používajú na riadenie motorových pohonov, je schopnosť snímačov odmietnuť hluk v bežnom režime pri vysokej frekvencii (odmietnutie PWM).

Napríklad INA253 vyniká v tejto aplikácii svojimi špičkovými 93 dB CMRR dokonca aj pri 50 kHz. Ďalej je uvedená typická schematická schéma, ktorá sa používa na aplikáciu snímania aktuálneho prúdu

Spoločnosť Texas Instruments ponúka najlepšie izolované zosilňovače a izolované modulátory vo svojej triede, ktoré pomáhajú dosiahnuť veľmi presné merania izolovaného prúdu nad teplotou pri spárovaní s vysoko presnými bočníkmi. Spoločnosť TI prišla s novou radou izolovaných prúdových zosilňovačov označovaných ako AMC série, ktoré pomáhajú navrhnutému merať prúd s vysokou presnosťou s izolačnou bariérou až do výšky 2 kVrms.

TI má dobrú zbierku tréningov hlbokého pohonu na tému „ Začíname so zosilňovačmi prúdu “, ktorá má inžinierom pomôcť naučiť sa maximalizovať dosiahnutý výkon pri meraní prúdu prúdovým zosilňovačom. Toto je séria krátkych videí, z ktorých každé sa venuje inej téme.

Celkovo je školenie rozdelené do troch častí

• Základy
• Pochopenie zdrojov chýb
• Pokročilé témy

Kliknutím na odkaz získate prístup ku všetkým výcvikovým videám TI.

O autoroch

Shreenidhi Patil je analógový aplikačný inžinier v spoločnosti Texas Instruments, ktorá sa zameriava hlavne na meranie v mriežke, nadchádzajúci trh s elektromobily a nabíjacie stanice pre elektromobily.

Mahendra Patel začal svoju kariéru v polovodičovom priemysle v spoločnosti Texas Instruments pred 6 rokmi. Ako inžinier v teréne podporuje viac zákazníkov a aplikácií v automobilovom priemysle. Rád pracuje na dizajnoch týkajúcich sa elektrických vozidiel a automobilového osvetlenia.