Τρέχουσες λύσεις ανίχνευσης σε μπαταρίες ev / hev

Η αγορά ηλεκτρικών οχημάτων αυξάνεται αρκετά γρήγορα σε όλο τον κόσμο. Οι εκτιμήσεις δείχνουν ότι ο αριθμός των ηλεκτρικών οχημάτων σε όλο τον κόσμο θα φτάσει τα 125 εκατομμύρια μέχρι το 2030. Παγκόσμια αγορά ηλεκτρικών οχημάτων (EV) και Hybrid. Για τον έλεγχο της ροής ενέργειας και τη βελτιστοποίηση της απόδοσης στα υποσυστήματα κινητήρα HEV / EV όπως Traction Inverters, On-Board Chargers (OBC), DC-DC converter και Battery Management Systems (BMS), είναι απαραίτητη η ακριβής και ακριβής μέτρηση ρεύματος. Αυτά τα υποσυστήματα υψηλής τάσης πρέπει να μετρούν μεγάλα ρεύματα σε υψηλές τάσεις κοινής λειτουργίας. Για τεχνικούς και κανονιστικούς λόγους, οι τρέχουσες μετρήσεις απαιτούν απομόνωση καθώς και πολύ υψηλή απόδοση σε σκληρά περιβάλλοντα αυτοκινήτων.

Οι τυπικές διαμορφώσεις ηλεκτρικών οχημάτων στην Ινδία είναι οι παρακάτω:

i) δίτροχο

1. Τάση μπαταρίας = 48V, 72V
2. Κινητήρας 1kW, 2kW

ii) τρίτροχο

1. Τάση μπαταρίας = 48V, 72V
2. Κινητήρας 2kW, 4kW

iii) τετράτροχο και λεωφορείο

1. Τάση μπαταρίας = 72V, 400V, 600V
2. 20kW έως 300kW

Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά για να κάνετε ένα ηλεκτρικό όχημα ασφαλές είναι η συλλογή δεδομένων και η λήψη γρήγορων ενεργειών ανατροφοδότησης με βάση αυτά τα δεδομένα. Ένα τέτοιο σημείο δεδομένων που είναι πολύ σημαντικό και κλειδί για την ασφάλεια είναι το ρεύμα που ρέει σε διάφορα υποσυστήματα ενός ηλεκτρικού οχήματος.

Μπορούμε να χωρίσουμε την τρέχουσα ανίχνευση σε ένα ηλεκτρικό όχημα σε 3 κατηγορίες όπως φαίνεται παρακάτω:

1. Προστασία υπερέντασης σε πραγματικό χρόνο

1. Κίνηση έλξης:
2. Κύκλωμα προστασίας μπαταρίας:

2. Παρακολούθηση ρεύματος και ισχύος για βελτιστοποίηση συστήματος

1. Μετρητής μπαταρίας
2. Κατανάλωση ισχύος συστήματος
3. Υδραυλικό τιμόνι

3. Τρέχουσα μέτρηση για κυκλώματα κλειστού βρόχου

1. Εφαρμογή κινητήρα:
2. Μετατροπείς DC / DC

Ακολουθεί μια επισκόπηση υψηλού επιπέδου των διαφόρων λύσεων από το TI για τρέχουσες εφαρμογές ανίχνευσης. Ο άξονας Υ είναι η κοινή τάση λειτουργίας της σιδηροτροχιάς μέσω της οποίας γίνεται αισθητήριο το ρεύμα και ο άξονας Χ είναι το πραγματικό πλάτος του ρεύματος που μετράται.

Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, το ρεύμα μπορεί να ανιχνευθεί μέσω τάσης σε μια μικρή αντίσταση διακλάδωσης ή μπορεί να μετρηθεί μετρώντας το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από το ρεύμα ενώ ρέει μέσω του αγωγού. Στην Ti παρέχουμε λύσεις για τη μέτρηση ρεύματος χρησιμοποιώντας και τις δύο μεθόδους που αναφέρονται παραπάνω.

Μια λίστα με τις διαθέσιμες λύσεις από το TI για την τρέχουσα εφαρμογή ανίχνευσης μπορεί να δει παρακάτω:

Ας ρίξουμε μια ματιά σε κάθε περίπτωση χρήσης του αισθητήρα ρεύματος σε λίγο περισσότερο βάθος και να δούμε μερικές κατάλληλες λύσεις διαθέσιμες από το TI για το ίδιο.

1. Προστασία σε πραγματικό χρόνο

Αυτή η περίπτωση χρήσης φαίνεται γενικά σε ένα EV από μια προοπτική ασφάλειας. Καθώς οι μπαταρίες μπορούν να εκφορτίσουν τεράστιες ποσότητες ρεύματος κατά την εμφάνιση ενός σφάλματος, το να έχουμε κυκλώματα παρακολούθησης σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο καθίσταται πολύ σημαντικό. Η ταχύτητα και η ακρίβεια ενός τέτοιου κυκλώματος είναι η αξία του σημερινού ενισχυτή αίσθησης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, καθώς το uC έχει περιορισμένο εύρος ζώνης, η δειγματοληψία της αναλογικής τρέχουσας τιμής - μετατροπή σε ψηφιακή τιμή ακολουθούμενη από σύγκριση ψηφιακής τιμής για τον εντοπισμό υπερβολικού ρεύματος προκαλεί τεράστια καθυστέρηση στο κύκλωμα προστασίας. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, το TI έχει βρει έναν ενισχυτή αίσθησης ρεύματος με ενσωματωμένους συγκριτές των οποίων το κατώφλι μπορεί να ρυθμιστεί και μπορεί να τροφοδοτηθεί απευθείας στον πείρο διακοπής του uC προκαλώντας τεράστια μείωση της υπερφόρτωσης του uC.

Μερικές από τις λύσεις της TI για προστασία από την τρέχουσα περίοδο είναι:

Ένα πολύ καλό παράδειγμα αυτής της θήκης χρήσης είναι ο τρέχων ενισχυτής αίσθησης ως ασφάλεια E όπως φαίνεται παρακάτω:

2. Παρακολούθηση ρεύματος και ισχύος για βελτιστοποίηση συστήματος

Η παρακολούθηση ρεύματος και ισχύος εφαρμόζεται συνήθως σε συστήματα ηλεκτρικών οχημάτων για την παρακολούθηση της συνολικής κατανάλωσης ρεύματος από την μπαταρία και δίνοντας έτσι πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο στον οδηγό σχετικά με το φορτίο που απομένει στην μπαταρία του οχήματος χρησιμοποιώντας αλγόριθμους όπως η καταμέτρηση coulomb. Εκτός από την παραπάνω περίπτωση χρήσης, η παρακολούθηση ρεύματος σε οχήματα χρησιμοποιείται σε διαφορετικά υποσυστήματα όπως το υδραυλικό τιμόνι, τα ηλεκτρικά παράθυρα και παρόμοιες περιοχές. Το TI διαθέτει ένα ευρύ χαρτοφυλάκιο όσον αφορά την παρακολούθηση ρεύματος και ισχύος.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένας από τους βασικούς τομείς εστίασης είναι να εξετάσουμε το ρεύμα που ρέει μέσα και έξω από την μπαταρία, έτσι ώστε να μετράει τις κολομβίες και να υπολογίζει την υπολειπόμενη διάρκεια ζωής / φόρτιση της μπαταρίας. Το TI's INA299 ξεχωρίζει για μια τέτοια εφαρμογή λόγω του υψηλού επιπέδου ακεραιότητας σε συνδυασμό με υψηλή ακρίβεια και χαμηλή κατανάλωση ρεύματος ηρεμίας. Μπορούμε να δούμε ένα τυπικό διάγραμμα μπλοκ υψηλού επιπέδου παρακάτω ενός BMS με το INA299. Για περισσότερες λεπτομέρειες και λευκά χαρτιά επισκεφθείτε τον φάκελο προϊόντος του INA299 στη διεύθυνση ti.com.

3. Τρέχουσα μέτρηση για κυκλώματα κλειστού βρόχου

Λόγω της παρουσίας πολλαπλών τάσεων που διατίθενται σε ένα ηλεκτρικό όχημα, κάποιος βρίσκει πολλούς συνδυασμούς δώρων μετατροπέα buck και boost στο δέντρο τροφοδοσίας. Μερικά από τα πολύ εξέχοντα μπλοκ τροφοδοσίας σε ένα τυπικό ηλεκτρικό όχημα είναι ο ενσωματωμένος φορτιστής, BLDC (οδηγοί έλξης), μετατροπέας 48V έως 12V κ.λπ. Καθώς ο βρόχος ελέγχου σε όλα αυτά τα τροφοδοτικά υψηλής ισχύος ασκείται χρησιμοποιώντας ένα uC, μέτρηση υψηλής ακρίβειας, το ρεύμα χαμηλού λανθάνοντος χρόνου έχει πρωταρχική σημασία για την εφαρμογή βρόχων ελέγχου ρεύματος αιχμής. Για μια τέτοια εφαρμογή απαιτείται αισθητήρας ρεύματος με πολύ υψηλό εύρος ζώνης για τη μέτρηση του ρεύματος μεταγωγής, το ρεύμα εξόδου για τον έλεγχο για γρήγορη ενέργεια.Ένα άλλο πλεονέκτημα τέτοιων αισθητήρων ρεύματος που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των κινητήρων είναι η ικανότητα των αισθητήρων να απορρίπτουν το θόρυβο Common mode σε υψηλή συχνότητα (απόρριψη PWM).

Για παράδειγμα, το INA253 υπερέχει σε αυτήν την εφαρμογή με τον κορυφαίο στον κλάδο 93db CMRR ακόμη και στα 50khz. Παρακάτω παρουσιάζεται ένα τυπικό σχηματικό σχήμα που χρησιμοποιείται για εφαρμογή inline current sensing

Η Texas Instruments προσφέρει απομονωμένους ενισχυτές στην κατηγορία και απομονωμένους διαμορφωτές που βοηθούν στην επίτευξη πολύ ακριβών μεμονωμένων μετρήσεων ρεύματος σε σχέση με τη θερμοκρασία, όταν συνδυάζονται με στροφές υψηλής ακρίβειας. Η TI έχει παρουσιάσει μια νέα γκάμα μεμονωμένων ενισχυτών αίσθησης ρεύματος που ονομάζεται σειρά AMC, οι οποίες βοηθούν το σχεδιασμένο ρεύμα μέτρησης με υψηλή ακρίβεια με ένα φράγμα απομόνωσης του ρυθμού των 2kVrms.

Το TI διαθέτει μια καλή συλλογή από προπονήσεις σε βάθος δίσκου σχετικά με το « Ξεκινώντας με τους ενισχυτές τρέχουσας αίσθησης », οι οποίοι θα βοηθήσουν τους μηχανικούς να μάθουν πώς να μεγιστοποιούν την απόδοση που επιτυγχάνεται, κατά τη μέτρηση ρεύματος με έναν ενισχυτή τρέχουσας αίσθησης. Πρόκειται για μια σειρά σύντομων βίντεο, το καθένα απευθύνεται σε ένα διαφορετικό θέμα.

Συνολικά, η εκπαίδευση χωρίζεται σε τρεις ενότητες

• Τα βασικά
• Κατανόηση των πηγών σφαλμάτων
• Προχωρημένα θέματα

Μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση σε όλα τα εκπαιδευτικά βίντεο TI ακολουθώντας τον σύνδεσμο.

Σχετικά με τους Συγγραφείς

Ο κ. Shreenidhi Patil είναι ένας αναλογικός μηχανικός εφαρμογών στην Texas Instruments που επικεντρώνεται κυρίως στη μέτρηση πλέγματος, στην επερχόμενη αγορά EV και στους σταθμούς φόρτισης EV.

Ο κ. Mahendra Patel ξεκίνησε την καριέρα του στη βιομηχανία ημιαγωγών με την Texas Instruments πριν από 6 χρόνια. Ως μηχανικός πεδίου, υποστηρίζει πολλαπλούς πελάτες και εφαρμογές στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας. Του αρέσει να εργάζεται σε σχέδια που σχετίζονται με ηλεκτρικά οχήματα και φωτισμό αυτοκινήτων.