Strömavkännande lösningar i ev / hev-batterier

Elbilsmarknaden tar fart ganska snabbt över hela världen. Uppskattningar visar att antalet elektriska fordon på vägen runt om i världen kommer att nå 125 miljoner år 2030. Global marknad för elfordon (EV) och hybrid. För att kontrollera energiflödet och optimera effektiviteten i HEV / EV-drivsystem, såsom dragomvandlare, inbyggda laddare (OBC), DC-DC-omvandlare och batterihanteringssystem (BMS), är exakt och exakt strömmätning nödvändig. Dessa högspänningsundersystem måste mäta stora strömmar vid höga vanliga spänningar. Av tekniska och regulatoriska skäl kräver de nuvarande mätningarna isolering såväl som mycket höga prestanda i tuffa bilmiljöer.

De typiska konfigurationerna för elfordon i Indien är som nedan:

i) tvåhjuling

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

ii) trehjuling

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

iii) fyrhjuling och buss

1. Batterispänning = 72V, 400V, 600V
2. 20kW till 300kW

En av de viktigaste funktionerna för att göra ett eldrivet fordon säkert är att samla in data och vidta snabba återkopplingsåtgärder lokalt baserat på dessa uppgifter. En sådan datapunkt som är mycket viktig och nyckeln till säkerhet är strömmen som flyter över olika delsystem i ett elfordon.

Vi kan dela strömavkänningen i ett elfordon i stora drag i tre kategorier som visas nedan:

1. Överströmsskydd i realtid

1. Drivenheter:
2. Batteriskyddskretsar:

2. Ström- och effektövervakning för systemoptimering

1. Batterimätning
2. Systemets energiförbrukning
3. Servostyrning

3. Strömmätning för slutna kretsar

1. Applikation för motordrivning:
2. DC / DC-omvandlare

Nedan följer en översikt på hög nivå av de olika lösningarna från TI för aktuella avkänningsapplikationer. Y-axeln är den vanliga modspänningen för skenan genom vilken ström avkänns och X-axeln är den faktiska amplituden för den ström som mäts.

Såsom visas i figuren ovan kan ström avkännas genom en spänning över ett litet shuntmotstånd eller kan mätas genom att mäta det magnetfält som produceras av strömmen medan den strömmar genom ledaren. På Ti erbjuder vi lösningar för att mäta ström med båda metoderna som nämns ovan.

En lista över lösningar tillgängliga från TI för aktuell avkänningsapplikation kan ses nedan:

Låt oss titta på var och en av användningsfallet för strömgivaren lite mer djupt och titta på några lämpliga lösningar tillgängliga från TI för samma.

1. Överströmsskydd i realtid

Detta användningsfall ses i allmänhet i en EV från en säkerhetsprospektiv. Eftersom batterierna kan ladda ur stora mängder ström under ett fel, blir det mycket viktigt att ha felövervakningskretsar i realtid. Hastigheten och noggrannheten hos en sådan krets är värdet för den nuvarande avkänningsförstärkaren. I vissa tillfällen eftersom uC har begränsad bandbredd, orsakar samplingen av det analoga strömvärdet - omvandling till ett digitalt värde följt av en digital värdesjämförelse för att detektera överström en enorm fördröjning i skyddskretsarna. För att ta itu med detta problem har TI kommit med strömavkänningsförstärkare med integrerade komparatorer vars tröskel kan ställas in och kan matas direkt in i avbrottsstiftet på uC vilket orsakar en enorm minskning av överbelastningen av uC.

Några av lösningarna från TI för överströmsskydd är:

Ett mycket bra exempel på detta användningsfall är att använda en strömavkänningsförstärkare som en E-säkring som visas nedan:

2. Ström- och effektövervakning för systemoptimering

Ström- och effektövervakning implementeras vanligtvis i elektriska fordonssystem för att övervaka den totala strömförbrukningen från batteriet och därmed ge föraren information i realtid om laddningen som finns kvar i fordonets batteri med hjälp av algoritmer som coulomb-räkning. Förutom ovanstående användningsfall används strömövervakning i fordon i olika delsystem som servostyrning, elruta och liknande områden. TI har en bred portfölj när det gäller ström- och kraftövervakning.

Som nämnts ovan är ett av de viktigaste fokusområdena att titta på strömmen som strömmar in och ut ur batteripaketet för att räkna coulomb och beräkna återstående batteritid / laddning. TI: s INA299 sticker ut för en sådan applikation på grund av den höga integritetsnivån i kombination med hög precision och låg vilande strömförbrukning. Vi kan se ett typiskt blockdiagram på hög nivå nedan för en BMS med INA299. För mer information och whitepapers, gå vidare till produktmappen för INA299 på ti.com.

3. Strömmätning för slutna kretsar

På grund av närvaron av flera spänningar som är tillgängliga i ett elfordon hittar man en hel del kombination av buck- och boost-omvandlare som finns i strömförsörjningsträdet. Några av de mycket framträdande strömförsörjningsblocken i ett typiskt elfordon är laddaren ombord, BLDC (drivmotordrivrutiner), 48V till 12V-omvandlare etc. Eftersom styrslingan i alla dessa höga wattströmförsörjningar utövas med en uC, mätning med hög noggrannhet blir låg latensström av största vikt för att implementera toppströmstyrslingor. För sådan applikation krävs strömsensor med mycket hög bandbredd för att mäta omkopplingsström, utström för kontrollen att vidta snabba åtgärder.En annan höjdpunkt för sådana strömgivare som används för att styra motorenheter är sensorernas förmåga att avvisa Common Mode-brus vid hög frekvens (PWM-avvisning).

Exempel INA253 utmärker sig i den här applikationen med sin branschledande 93db CMRR till och med @ 50 kHz. Nedan visas en typisk schematisk bild som används för inbyggd strömavkänningsapplikation

Texas Instruments erbjuder förstklassiga isolerade förstärkare och isolerade modulatorer som hjälper till att uppnå mycket noggranna isolerade strömmätningar över temperatur när de är ihopkopplade med högprecisions shunt. TI har kommit med ett nytt sortiment av isolerade strömavkänningsförstärkare som heter AMC-serien som hjälper den designade mätströmmen med hög noggrannhet med en isoleringsbarriär på 2kVrms.

TI har en bra samling av djupdrivande utbildningar om " Komma igång med strömförstärkare " som ska hjälpa ingenjörer att lära sig att maximera prestandan som uppnås när man mäter ström med en strömavkänningsförstärkare. Detta är en serie korta videor, som alla behandlar olika ämnen.

Sammantaget ska träningen delas upp i tre avsnitt

• Det grundläggande
• Förstå felkällor
• Avancerade ämnen

Du kan komma åt alla TI-träningsvideor genom att följa länken.

Om Författarna

Mr. Shreenidhi Patil är en analog applikationsingenjör i Texas Instruments som huvudsakligen fokuserar på nätmätning, kommande EV-marknad och EV-laddningsstationer.

Herr Mahendra Patel började sin karriär inom halvledarindustrin med Texas Instruments för 6 år sedan. Som fältingenjör stöder han flera kunder och applikationer inom fordonsindustrin. Han tycker om att arbeta med konstruktioner relaterade till elbilar och bilbelysning.