Решения для измерения тока в батареях ev / hev

Рынок электромобилей во всем мире довольно быстро растет. По оценкам, к 2030 году количество электромобилей на дорогах по всему миру достигнет 125 миллионов. Мировой рынок электромобилей (EV) и гибридных автомобилей. Для управления потоком энергии и оптимизации эффективности подсистем трансмиссии HEV / EV, таких как тяговые инверторы, бортовые зарядные устройства (OBC), преобразователи постоянного тока в постоянный и системы управления батареями (BMS), необходимы точные и точные измерения тока. Эти высоковольтные подсистемы должны измерять большие токи при высоких синфазных напряжениях. По техническим и нормативным причинам измерения тока требуют изоляции, а также очень высоких характеристик в суровых автомобильных средах.

Типичные конфигурации электромобилей в Индии следующие:

i) двухколесный

1. Напряжение аккумуляторной батареи = 48 В, 72 В
2. Двигатель 1кВт, 2кВт

ii) 3-колесный

1. Напряжение аккумуляторной батареи = 48 В, 72 В
2. Двигатель 2кВт, 4кВт

iii) квадроцикл и автобус

1. Напряжение аккумуляторной батареи = 72 В, 400 В, 600 В
2. От 20 до 300 кВт

Одна из ключевых функций, позволяющих сделать электромобиль безопасным, - это сбор данных и быстрое принятие ответных мер на местном уровне на основе этих данных. Одной из таких точек данных, которая очень важна и является ключом к безопасности, является ток, протекающий через различные подсистемы электромобиля.

Мы можем разделить измерение тока в электромобиле на 3 категории, как показано ниже:

1. Защита от перегрузки по току в реальном времени

1. Тяговые приводы:
2. Схема защиты аккумулятора:

2. Мониторинг тока и мощности для оптимизации системы

1. Измерение заряда батареи
2. Энергопотребление системы
3. Усилитель руля

3. Измерение тока для замкнутых цепей.

1. Применение моторного привода:
2. DC / DC преобразователи

Ниже приведен общий обзор различных решений TI для приложений измерения тока. Ось Y - это синфазное напряжение шины, через которую измеряется ток, а по оси X - фактическая амплитуда измеряемого тока.

Как показано на рисунке выше, ток может быть измерен через напряжение на небольшом шунтирующем сопротивлении или может быть измерен путем измерения магнитного поля, создаваемого током, протекающим по проводнику. Компания Ti предлагает решения для измерения тока, используя оба упомянутых выше метода.

Список решений, доступных от TI для текущего приложения, можно увидеть ниже:

Давайте рассмотрим каждый из вариантов использования датчика тока немного подробнее и рассмотрим некоторые подходящие решения, доступные от TI для того же.

1. Защита от перегрузки по току в реальном времени

Этот вариант использования обычно рассматривается в электромобиле с точки зрения безопасности. Поскольку батареи могут разряжать огромное количество тока во время возникновения неисправности, очень важно иметь схему мониторинга неисправностей в реальном времени. Скорость и точность такой схемы - это показатель достоинства усилителя считывания тока. В некоторых случаях, когда микроконтроллер имеет ограниченную полосу пропускания, выборка аналогового значения тока - преобразование в цифровое значение с последующим цифровым сравнением значений для обнаружения сверхтока вызывает огромную задержку в схеме защиты. Чтобы решить эту проблему, компания TI разработала усилитель считывания тока со встроенными компараторами, порог которых может быть установлен и может напрямую подаваться на вывод прерывания микроконтроллера, что значительно снижает перегрузку микроконтроллера.

Некоторые из решений от TI для защиты от сверхтоков:

Очень хороший пример этого варианта использования - использование усилителя считывания тока в качестве предохранителя E, как показано ниже:

2. Мониторинг тока и мощности для оптимизации системы

Мониторинг тока и мощности обычно реализуется в системах электромобилей для отслеживания общего потребления тока от аккумулятора и, таким образом, предоставления водителю информации о заряде, оставшемся в аккумуляторе транспортного средства, в режиме реального времени с использованием таких алгоритмов, как подсчет кулонов. Помимо вышеуказанного варианта использования текущий мониторинг в транспортных средствах используется в различных подсистемах, таких как гидроусилитель руля, электрические стеклоподъемники и аналогичные области. У TI есть обширное портфолио, когда речь идет о мониторинге тока и мощности.

Как упоминалось выше, одной из ключевых областей внимания является изучение тока, протекающего в аккумуляторной батарее и выходящего из нее, чтобы подсчитать кулоны и рассчитать оставшийся срок службы батареи / заряд. INA299 от TI выделяется для такого применения благодаря высокому уровню целостности в сочетании с высокой точностью и низким потреблением тока покоя. Ниже мы можем увидеть типичную блок-схему высокого уровня BMS с INA299. Для получения дополнительных сведений и технических документов посетите папку продукта INA299 на сайте ti.com.

3. Измерение тока для замкнутых цепей.

Из-за наличия нескольких напряжений, доступных в электромобиле, в дереве источников питания можно найти множество комбинаций понижающих и повышающих преобразователей. Некоторые из наиболее заметных блоков питания в типичном электромобиле - это бортовое зарядное устройство, BLDC (приводы тяговых двигателей), преобразователь 48 В в 12 В и т. Д. Поскольку контур управления во всех этих источниках питания высокой мощности осуществляется с использованием микроконтроллера, измерение высокой точности, малой задержки тока становится первостепенное значение для реализации контуров регулирования пикового тока. Для такого применения требуется датчик тока с очень широкой полосой пропускания для измерения коммутируемого тока и выходного тока, чтобы система управления могла предпринимать быстрые действия.Еще одна особенность таких датчиков тока, которые используются для управления моторными приводами, - это способность датчиков подавлять синфазный шум на высокой частоте (подавление ШИМ).

Например, INA253 превосходит это приложение благодаря лучшему в отрасли CMRR 93 дБ даже при 50 кГц. Ниже показана типичная схема, которая используется для встроенного датчика тока.

Texas Instruments предлагает лучшие в своем классе изолированные усилители и изолированные модуляторы, которые помогают достичь очень точных изолированных измерений тока при превышении температуры в сочетании с высокоточными шунтами. Компания TI разработала новую серию изолированных усилителей считывания тока, названных серией AMC, которые помогают измерять ток с высокой точностью с изолирующим барьером до 2 кВ среднеквадратичного значения.

У TI есть хороший набор обучающих программ по « Приступая к работе с усилителями считывания тока », которые помогут инженерам узнать, как добиться максимальной производительности при измерении тока с помощью усилителя считывания тока. Это серия коротких видеороликов, каждое из которых посвящено разной теме.

В целом обучение делится на три части.

• Основы
• Понимание источников ошибок
• Продвинутые темы

Вы можете получить доступ ко всем обучающим видео TI, перейдя по ссылке.

Об авторах

Г-н Шриниди Патил - инженер по аналоговым приложениям в Texas Instruments, который в основном специализируется на измерениях в энергосистеме, предстоящем рынке электромобилей и зарядных станциях для электромобилей.

Г-н Махендра Патель начал свою карьеру в полупроводниковой промышленности в компании Texas Instruments 6 лет назад. Как полевой инженер, он поддерживает нескольких клиентов и приложений в автомобильном секторе. Ему нравится работать над проектами, связанными с электромобилями и автомобильным освещением.