Huidige detectieoplossingen in ev / hev-batterijen

De markt voor elektrische voertuigen trekt wereldwijd vrij snel aan. Schattingen tonen aan dat het aantal elektrische voertuigen op de weg over de hele wereld tegen 2030 125 miljoen zal bedragen Wereldwijde markt voor elektrische voertuigen (EV) en hybride. Om de energiestroom te regelen en de efficiëntie te optimaliseren in HEV / EV-aandrijflijnsubsystemen zoals tractieomvormers, boordladers (OBC), DC-DC-omvormers en batterijbeheersystemen (BMS), is een nauwkeurige en nauwkeurige stroommeting essentieel. Deze hoogspanningssubsystemen moeten grote stromen meten bij hoge common-mode spanningen. Om technische en regelgevende redenen vereisen de stroommetingen isolatie en zeer hoge prestaties in ruwe auto-omgevingen.

De typische configuraties van elektrische voertuigen in India zijn als volgt:

i) tweewieler

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

ii) driewieler

1. Accuspanning = 48V, 72V
2. Motor van 2 kW, 4 kW

iii) 4-wieler en bus

1. Accuspanning = 72V, 400V, 600V
2. 20kW tot 300kW

Een van de belangrijkste kenmerken om een ​​elektrische auto veilig te maken, is het verzamelen van gegevens en op basis van deze gegevens snel feedbackacties uitvoeren. Een van die gegevenspunten die erg belangrijk en essentieel is voor de veiligheid, is de stroom die door verschillende subsystemen van een elektrisch voertuig vloeit.

We kunnen de huidige detectie in een elektrisch voertuig grofweg opsplitsen in 3 categorieën, zoals hieronder weergegeven:

1. Real-time overstroombeveiliging

1. Tractie-aandrijvingen:
2. Batterijbeveiligingscircuit:

2. Stroom- en vermogensbewaking voor systeemoptimalisatie

1. Batterij meten
2. Systeem stroomverbruik
3. Stuurbekrachtiging

3. Stroommeting voor circuits met gesloten lus

1. Toepassing motoraandrijving:
2. DC / DC-omvormers

Hieronder vindt u een overzicht op hoog niveau van de verschillende oplossingen van TI voor stroomdetectietoepassingen. De Y-as is de common mode-spanning van de rail waardoor stroom wordt gedetecteerd en de X-as is de werkelijke amplitude van de stroom die wordt gemeten.

Zoals in de bovenstaande afbeelding wordt getoond, kan stroom worden gedetecteerd via een spanning over een kleine shuntweerstand of kan worden gemeten door het magnetische veld te meten dat wordt geproduceerd door de stroom terwijl deze door de geleider stroomt. Bij Ti bieden we oplossingen voor het meten van stroom met behulp van beide bovengenoemde methoden.

Hieronder vindt u een lijst met oplossingen die bij TI beschikbaar zijn voor stroomdetectietoepassingen:

Laten we elk van de gebruiksscenario's van de stroomsensor wat dieper bekijken en enkele geschikte oplossingen bekijken die voor hetzelfde beschikbaar zijn bij TI.

1. Real-time overstroombeveiliging

Deze use-case wordt over het algemeen gezien in een EV vanuit een veiligheidsperspectief. Omdat de accu's tijdens het optreden van een fout enorme hoeveelheden stroom kunnen ontladen, wordt het hebben van realtime foutbewakingscircuits erg belangrijk. De snelheid en de nauwkeurigheid van een dergelijke schakeling is de verdienste van de stroomdetectieversterker. In sommige gevallen, aangezien de UC een beperkte bandbreedte heeft, veroorzaakt het bemonsteren van de analoge stroomwaarde - omzetten in een digitale waarde gevolgd door een digitale waardevergelijking om overstroom te detecteren, een enorme vertraging in het beschermingscircuit. Om dit probleem aan te pakken, heeft TI een stroomdetectieversterker bedacht met geïntegreerde comparatoren waarvan de drempel kan worden ingesteld en direct kan worden ingevoerd in de interrupt-pin van de uC, waardoor de overbelasting van de uC enorm wordt verminderd.

Enkele van de oplossingen van TI voor overstroombeveiliging zijn:

Een heel goed voorbeeld van deze use case is het gebruik van een stroomdetectieversterker als E-zekering, zoals hieronder weergegeven:

2. Stroom- en vermogensbewaking voor systeemoptimalisatie

Stroom- en vermogensbewaking wordt meestal geïmplementeerd in elektrische voertuigsystemen om het totale stroomverbruik van de batterij te bewaken en zo de bestuurder realtime informatie te geven over de resterende lading in de batterij van het voertuig met behulp van algoritmen zoals coulombtelling. Naast de bovenstaande use case wordt stroombewaking in voertuigen gebruikt in verschillende subsystemen zoals de stuurbekrachtiging, elektrische ramen en soortgelijke gebieden. TI heeft een breed portfolio als het gaat om stroom- en vermogensbewaking.

Zoals hierboven vermeld, is een van de belangrijkste aandachtsgebieden om te kijken naar de stroom die in en uit de batterij stroomt om de coulombs te tellen en de resterende levensduur / lading van de batterij te berekenen. TI's INA299 valt op door een dergelijke toepassing vanwege het hoge niveau van integriteit in combinatie met hoge precisie en laag ruststroomverbruik. We kunnen hieronder een typisch blokschema op hoog niveau zien van een GBS met de INA299. Ga voor meer details en whitepapers naar de productfolder van INA299 op ti.com.

3. Stroommeting voor circuits met gesloten lus

Vanwege de aanwezigheid van meerdere voltages die beschikbaar zijn in een elektrisch voertuig, vindt men een heleboel combinaties van buck- en boost-converters in de voedingsboom. Enkele van de zeer prominente voedingsblokken in een typisch elektrisch voertuig zijn de ingebouwde lader, BLDC (tractiemotorbestuurders), 48V naar 12V-omvormer enz. Aangezien de regelkring in al deze stroombronnen met hoog wattage wordt uitgeoefend met behulp van een van hoge nauwkeurigheid, lage latentiestroom wordt van primair belang om piekstroomregellussen te implementeren. Voor een dergelijke toepassing is een stroomsensor met een zeer hoge bandbreedte vereist om de schakelstroom te meten, de uitgangsstroom zodat de besturing snelle acties kan ondernemen.Een ander hoogtepunt van dergelijke stroomsensoren die worden gebruikt bij het besturen van motoraandrijvingen, is het vermogen van de sensoren om Common-mode-ruis bij hoge frequentie te onderdrukken (PWM-afwijzing).

INA253 blinkt bijvoorbeeld uit in deze toepassing met zijn toonaangevende 93db CMRR zelfs @ 50khz. Hieronder ziet u een typisch schema dat wordt gebruikt voor inline stroomdetectietoepassingen

Texas Instruments biedt de allerbeste geïsoleerde versterkers en geïsoleerde modulatoren die helpen bij het bereiken van zeer nauwkeurige geïsoleerde stroommetingen over temperatuur in combinatie met zeer nauwkeurige shunts. TI heeft een nieuwe reeks geïsoleerde stroomdetectieversterkers bedacht, genaamd de AMC-serie, die de ontworpen stroom helpen meten met een hoge nauwkeurigheid met een isolatiebarrière van 2kVrms.

TI heeft een goede verzameling diepgaande trainingen over " Aan de slag met stroomdetectie-versterkers " die ingenieurs zullen helpen leren hoe ze de bereikte prestaties kunnen maximaliseren bij het meten van stroom met een stroomdetectieversterker. Dit is een reeks korte video's, elk over een ander onderwerp.

Over het algemeen zal de training worden onderverdeeld in drie secties

• De basis
• Inzicht in foutbronnen
• Geavanceerde onderwerpen

U krijgt toegang tot alle TI-trainingsvideo's door de link te volgen.

Over de Auteurs

De heer Shreenidhi Patil is een analoog applicatie-engineer bij Texas Instruments die zich voornamelijk richt op het meten van het elektriciteitsnet, de opkomende EV-markt en EV-laadstations.

De heer Mahendra Patel begon zijn carrière in de halfgeleiderindustrie 6 jaar geleden bij Texas Instruments. Als field engineer ondersteunt hij meerdere klanten en applicaties in de automobielsector. Hij werkt graag aan ontwerpen met betrekking tot elektrische voertuigen en autoverlichting.