Strømsensorløsninger i ev / hev-batterier

Elektriske bilmarkeder tar seg raskt opp over hele kloden. Anslag viser at antall elektriske biler rundt om i verden vil slå 125 millioner innen 2030. Globalt marked for elbiler (EV) og hybrid. For å kontrollere energiflyten og optimalisere effektiviteten i HEV / EV-drivsystem-undersystemer som trekkomformere, innebygde ladere (OBC), DC-DC-omformere og batteristyringssystemer (BMS), er nøyaktig og nøyaktig strømmåling viktig. Disse høyspenningssystemene må måle store strømmer ved høye vanlige modus-spenninger. Av tekniske og regulatoriske årsaker krever de nåværende målingene isolasjon så vel som svært høy ytelse i tøffe bilmiljøer.

De typiske konfigurasjonene av elektriske kjøretøyer i India er som nedenfor:

i) tohjuling

1. Batteripakke spenning = 48V, 72V
2. 1 kW, 2 kW motor

ii) trehjuling

1. Batteripakke spenning = 48V, 72V
2. 2 kW, 4 kW motor

iii) firehjuling og buss

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

En av nøkkelfunksjonene for å gjøre et elektrisk kjøretøy trygt er å samle inn data og ta raske tilbakemeldinger lokalt basert på disse dataene. Et slikt datapunkt som er veldig viktig og nøkkelen til sikkerhet, er strømmen som strømmer over forskjellige delsystemer til et elektrisk kjøretøy.

Vi kan dele nåværende sensing i et elektrisk kjøretøy i store trekk som vist nedenfor:

1. Sanntids beskyttelse mot overstrøm

1. Trekkdrev:
2. Batteribeskyttelseskretser:

2. Strøm- og kraftovervåking for systemoptimalisering

1. Batterimåling
2. Systemets strømforbruk
3. Servostyring

3. Strømmåling for lukkede kretser

1. Motordrivapplikasjon:
2. DC / DC-omformere

Nedenfor er et høyt nivå oversikt over de forskjellige løsningene fra TI for aktuelle sensing applikasjoner. Y-aksen er den vanlige modus spenningen til skinnen gjennom hvilken strøm blir registrert, og X-aksen er den faktiske amplituden til strømmen som måles.

Som vist i figuren ovenfor kan strøm registreres gjennom en spenning over en liten shuntmotstand eller kan måles ved å måle magnetfeltet produsert av strømmen mens den strømmer gjennom lederen. Hos Ti tilbyr vi løsninger for å måle strøm ved hjelp av begge metodene nevnt ovenfor.

En liste over løsninger tilgjengelig fra TI for gjeldende sensing-applikasjon kan sees nedenfor:

La oss se på hver av brukssakene til gjeldende sensor i litt mer dybde og se på noen passende løsninger tilgjengelig fra TI for det samme.

1. Sanntids beskyttelse mot strøm

Denne brukssaken sees vanligvis i en EV fra en sikkerhetsprospektiv. Ettersom batteriene kan avlaste store mengder strøm under en feil, blir det veldig viktig å ha sanntids feilovervåkningskretser. Hastigheten og nøyaktigheten til et slikt kretsløp er verdien av gjeldende sanseforsterker. I noen tilfeller da uC har begrenset båndbredde, forårsaker prøvetaking av den analoge strømverdien - konvertering til en digital verdi etterfulgt av en digital verdisammenligning for å oppdage overstrøm en enorm forsinkelse i beskyttelseskretsene. For å takle dette problemet har TI kommet opp med en nåværende senseforsterker med integrerte komparatorer hvis terskel kan innstilles og kan mates direkte inn i avbruddspinnen til uC, noe som forårsaker en enorm reduksjon i overbelastning av uC.

Noen av løsningene fra TI for overstrømsbeskyttelse er:

Et veldig godt eksempel på denne brukssaken er å bruke en gjeldende senseforsterker som en E-sikring som vist nedenfor:

2. Strøm- og kraftovervåking for systemoptimalisering

Strøm- og kraftovervåking implementeres vanligvis i elektriske kjøretøysystemer for å overvåke det totale strømforbruket fra batteriet og dermed gi sanntidsinformasjon til sjåføren om ladningen som er igjen i batteriet i kjøretøyet ved hjelp av algoritmer som coulomb-telling. I tillegg til ovennevnte brukstilfelle brukes strømovervåking i biler i forskjellige delsystemer som servostyring, elektriske vinduer og lignende områder. TI har en bred portefølje når det gjelder strøm- og kraftovervåking.

Som nevnt ovenfor er et av hovedfokusområdene å se på strømmen som strømmer inn og ut av batteripakken for å telle coulombene og beregne gjenværende batterilevetid / lading. TIs INA299 skiller seg ut for en slik applikasjon på grunn av det høye nivået av integritet kombinert med høy presisjon og lavt hvilestrømforbruk. Vi kan se et typisk blokkskjema på høyt nivå nedenfor av en BMS med INA299. For mer informasjon og whitepapers kan du gå til produktmappen til INA299 på ti.com.

3. Strømmåling for lukkede kretser

På grunn av tilstedeværelsen av flere spenninger tilgjengelig i et elektrisk kjøretøy, finner man en hel mengde kombinasjon av bukk- og boost-omformere i strømforsyningstreet. Noen av de svært fremtredende strømforsyningsblokkene i et typisk elektrisk kjøretøy er den innebygde laderen, BLDC (trekkmotordrivere), 48V til 12V-omformer etc. Ettersom kontrollsløyfen i alle disse strømforsyningene med høy effekt utøves ved hjelp av en uC, måling med høy nøyaktighet blir lav latensstrøm av største betydning for å implementere toppstrømstyringsløkker. For en slik applikasjon er det nødvendig med strømføler med veldig høy båndbredde for å måle bryterstrøm, utgangsstrøm for kontrollen å ta raske handlinger.Et annet høydepunkt for slike strømfølere som brukes til å kontrollere motorstasjoner er sensorens evne til å avvise Common mode-støy ved høy frekvens (PWM-avvisning).

For eksempler utmerker INA253 seg i denne applikasjonen med sin bransjeledende 93db CMRR til og med @ 50 kHz. Nedenfor vises en typisk skjematisk oversikt som brukes til innebygd applikasjon for gjeldende sensing

Texas Instruments tilbyr isolerte forsterkere og isolerte modulatorer i beste klasse som hjelper til med å oppnå svært nøyaktige isolerte strømmålinger over temperatur når de er parret med shunts med høy presisjon. TI har kommet med et nytt utvalg av isolerte strømfølere, kalt AMC-serien, som hjelper den målte strømmen med høy nøyaktighet med en isolasjonsbarriere på 2kVrms.

TI har en god samling av dypkjøringstreninger om " Komme i gang med strømfølere " som skal hjelpe ingeniører å lære hvordan du maksimerer ytelsen du oppnår når du måler strøm med en nåværende senseforsterker. Dette er en serie med korte videoer, som hver tar for seg et annet tema.

Totalt sett skal treningen deles inn i tre seksjoner

• Det grunnleggende
• Forstå feilkilder
• Avanserte emner

Du kan få tilgang til alle TI-treningsvideoene ved å følge lenken.

Om forfatterne

Mr. Shreenidhi Patil er en analog applikasjonsingeniør i Texas Instruments som hovedsakelig fokuserer på nettmåling, kommende EV-marked og EV-ladestasjoner.

Mr. Mahendra Patel startet sin karriere innen halvlederindustri med Texas Instruments for 6 år siden. Som feltingeniør støtter han flere kunder og applikasjoner i bilindustrien. Han liker å jobbe med design relatert til elektriske biler og bilbelysning.