Aktuelle sensingløsninger i ev / hev-batterier

Markedet for elbiler tager fart hurtigt over hele kloden. Skøn viser, at antallet af elektriske køretøjer på vejen rundt om i verden vil ramme 125 millioner inden 2030. Globalt marked for elektriske køretøjer (EV) og hybrid. For at kontrollere energiforbruget og optimere effektiviteten i HEV / EV-drevsystemer som trækkraftomformere, indbyggede opladere (OBC), DC-DC-omformere og batteristyringssystemer (BMS) er nøjagtig og nøjagtig strømmåling afgørende. Disse højspændingsundersystemer skal måle store strømme ved høje common-mode spændinger. Af tekniske og lovgivningsmæssige årsager kræver de aktuelle målinger isolering såvel som meget høj ydeevne i barske bilmiljøer.

De typiske konfigurationer af elektriske køretøjer i Indien er som nedenfor:

i) 2-hjulet

1. Batterispænding = 48V, 72V
2. 1 kW, 2 kW motor

ii) 3-hjulet

1. Batterispænding = 48V, 72V
2. 2 kW, 4 kW motor

iii) 4-hjulet og bus

1. Batterispænding = 72V, 400V, 600V
2. 20kW til 300kW

En af nøglefunktionerne for at gøre et elektrisk køretøj sikkert er at indsamle data og tage hurtige feedbackhandlinger lokalt baseret på disse data. Et sådant datapunkt, der er meget vigtigt og nøglen til sikkerhed, er strømmen, der strømmer over forskellige undersystemer i et elektrisk køretøj.

Vi kan opdele den aktuelle sensing i et elektrisk køretøj bredt i 3 kategorier som vist nedenfor:

1. Overstrømsbeskyttelse i realtid

1. Trækkraft drev:
2. Batteribeskyttelseskredsløb:

2. Strøm- og effektovervågning til systemoptimering

1. Batterimåling
2. Systemets strømforbrug
3. Servostyring

3. Aktuel måling af lukkede kredsløb

1. Applikation til motordrev:
2. DC / DC-omformere

Nedenfor er et højt niveau oversigt over de forskellige løsninger fra TI til aktuelle sensing applikationer. Y-aksen er den almindelige tilstandsspænding på skinnen, gennem hvilken strøm registreres, og X-aksen er den aktuelle amplitude af den strøm, der måles.

Som vist i figuren ovenfor kan strøm registreres gennem en spænding over en lille shuntmodstand eller kan måles ved at måle det magnetiske felt, der produceres af strømmen, mens den strømmer gennem lederen. Hos Ti leverer vi løsninger til måling af strøm ved hjælp af begge ovennævnte metoder.

En liste over løsninger tilgængelige fra TI til aktuel sensingapplikation kan ses nedenfor:

Lad os se på hver af anvendelsestilfælde for strømføler lidt mere dybt og se på nogle passende løsninger, der er tilgængelige fra TI til det samme.

1. Beskyttelse i realtid overstrøm

Denne brugssag ses generelt i en EV fra en sikkerhedsmæssig potentiel. Da batterierne kan aflade store mængder strøm under forekomsten af ​​en fejl, bliver det meget vigtigt at have overvågningskredsløb i realtid. Hastigheden og nøjagtigheden af ​​et sådant kredsløb er værdien for den nuværende senseforstærker. I nogle tilfælde, da uC har begrænset båndbredde, forårsager prøveudtagning af den analoge strømværdi - konvertering til en digital værdi efterfulgt af en digital værdisammenligning for at detektere overstrøm en enorm forsinkelse i beskyttelseskredsløbet. For at tackle dette problem er TI kommet med en nuværende senseforstærker med integrerede komparatorer, hvis tærskel kan indstilles og kan føres direkte ind i afbryderstiften på uC, hvilket forårsager en enorm reduktion i overbelastning af uC.

Nogle af løsningerne fra TI til overstrømsbeskyttelse er:

Et meget godt eksempel på denne brugssag er at bruge en nuværende sense-forstærker som en E-sikring som vist nedenfor:

2. Strøm- og effektovervågning til systemoptimering

Strøm- og effektovervågning implementeres normalt i elektriske køretøjssystemer for at overvåge det samlede strømforbrug fra batteriet og dermed give føreren information i realtid om den opladning, der er tilbage i køretøjets batteri ved hjælp af algoritmer som coulomb-optælling. Ud over ovennævnte brugssituation anvendes strømovervågning i køretøjer i forskellige undersystemer som servostyring, elruder og lignende områder. TI har en bred portefølje, når det kommer til strøm- og strømovervågning.

Som nævnt ovenfor er et af de vigtigste fokusområder at se på strømmen, der strømmer ind og ud af batteripakken for at tælle coulombene og beregne den resterende batterilevetid / opladning. TI's INA299 skiller sig ud for en sådan anvendelse på grund af det høje niveau af integritet kombineret med høj præcision og lavt hvilende strømforbrug. Vi kan se et typisk blokdiagram på højt niveau nedenfor af en BMS med INA299. For flere detaljer og whitepapers, se produktmappen til INA299 på ti.com.

3. Aktuel måling af lukkede kredsløb

På grund af tilstedeværelsen af ​​flere spændinger til rådighed i et el-køretøj finder man en hel masse kombination af bukke- og boost-omformere, der findes i strømforsyningstræet. Nogle af de meget fremtrædende strømforsyningsblokke i et typisk el-køretøj er den indbyggede oplader, BLDC (drivmotordrivere), 48V til 12V-konverter osv. Da kontrolsløjfen i alle disse højt watt strømforsyninger udøves ved hjælp af en uC, måling med høj nøjagtighed bliver lav latensstrøm af største betydning for implementering af topstrømstyringssløjfer. For en sådan applikation kræves strømssensor med meget høj båndbredde for at måle skiftestrøm, udgangsstrøm for styringen til at tage hurtige handlinger.Et andet højdepunkt for sådanne aktuelle sensorer, der bruges til at styre motordrev, er sensorernes evne til at afvise Common Mode-støj ved høj frekvens (PWM-afvisning).

For eksempler udmærker INA253 sig i denne applikation med sin brancheførende 93db CMRR selv @ 50kHz. Nedenfor er en typisk skematisk vist, der bruges til indbygget strømfølerapplikation

Texas Instruments tilbyder isolerede forstærkere og isolerede modulatorer i bedste klasse, der hjælper med at opnå meget nøjagtige isolerede strømmålinger over temperatur, når de parres med shunts med høj præcision. TI er kommet op med et nyt sortiment af isolerede strømfølerforstærkere navngivet som AMC-serien, som hjælper den designede måle strøm med høj nøjagtighed med en isolationsbarriere på 2kVrms.

TI har en god samling dybdrevstræning om " Kom godt i gang med strømfølere ", som skal hjælpe ingeniører med at lære, hvordan man maksimerer den opnåede ydeevne, når man måler strøm med en strømfølsom forstærker. Dette er en række korte videoer, der hver vedrører et andet emne.

Samlet set skal træningen opdeles i tre sektioner

• Det grundlæggende
• Forstå fejlkilder
• Avancerede emner

Du kan få adgang til alle TI-træningsvideoer ved at følge linket.

Om forfatterne

Mr. Shreenidhi Patil er en analog applikationsingeniør i Texas Instruments, der primært fokuserer på netmåling, kommende EV-marked og EV-ladestationer.

Mr. Mahendra Patel startede sin karriere i halvlederindustrien for Texas Instruments for 6 år siden. Som feltingeniør understøtter han flere kunder og applikationer i bilsektoren. Han nyder at arbejde med design relateret til elbiler og bilbelysning.