Solucions de detecció actual en bateries EV / HEV

El mercat dels vehicles elèctrics està augmentant força ràpidament a tot el món. Les estimacions mostren que el nombre de vehicles elèctrics a tot el món arribarà als 125 milions el 2030. Mercat mundial de vehicles elèctrics (EV) i híbrids. Per controlar el flux d’energia i optimitzar l’eficiència en subsistemes de sistemes de propulsió HEV / EV com ara inversors de tracció, carregadors integrats (OBC), convertidors DC-DC i sistemes de gestió de bateries (BMS), és fonamental una mesura de corrent precisa i precisa. Aquests subsistemes d’alta tensió necessiten mesurar grans corrents a altes tensions en mode comú. Per raons tècniques i normatives, les mesures actuals requereixen aïllament i un rendiment molt alt en entorns automotors difícils.

Les configuracions típiques dels vehicles elèctrics a l'Índia són les següents:

i) 2 rodes

1. Voltatge de la bateria = 48V, 72V
2. Motor de 1kW, 2kW

ii) 3 rodes

1. Voltatge de la bateria = 48V, 72V
2. Motor de 2kW, 4kW

iii) 4 rodes i autobús

1. Voltatge de la bateria = 72V, 400V, 600V
2. De 20 kW a 300 kW

Una de les funcions clau per fer que un vehicle elèctric sigui segur és recopilar dades i fer accions ràpides de retroalimentació localment basades en aquestes dades. Un d'aquests punts de dades, que és molt important i clau per a la seguretat, és el corrent que circula per diversos subsistemes d'un vehicle elèctric.

Podem dividir la detecció de corrent en un vehicle elèctric a grans trets en 3 categories, tal com es mostra a continuació:

1. Protecció contra sobrecorrent en temps real

1. Unitats de tracció:
2. Circuits de protecció de la bateria:

2. Supervisió de corrent i potència per a l'optimització del sistema

1. Mesurament de la bateria
2. Consum d'energia del sistema
3. Direcció assistida

3. Mesura de corrent per circuits de bucle tancat

1. Aplicació del motor:
2. Convertidors CC / CC

A continuació es presenta una visió general d’alt nivell de les diferents solucions de TI per a aplicacions de detecció actuals. L’eix Y és la tensió de mode comú del carril a través del qual s’intueix el corrent i l’eix X és l’amplitud real del corrent que es mesura.

Com es mostra a la figura anterior, el corrent es pot detectar a través d’un voltatge a través d’una resistència de derivació petita o es pot mesurar mesurant el camp magnètic produït pel corrent mentre circula pel conductor. A Ti oferim solucions per mesurar el corrent mitjançant els dos mètodes esmentats anteriorment.

A continuació es mostra una llista de solucions disponibles a TI per a l’aplicació de detecció actual:

Vegem cadascun dels casos d’ús del sensor de corrent amb una mica més de profunditat i vegem algunes solucions adequades disponibles per a TI per al mateix.

1. Protecció contra sobrecorrent en temps real

Aquest cas d'ús es veu generalment en un EV des d'una perspectiva de seguretat. Com que les bateries poden descarregar grans quantitats de corrent durant l’aparició d’una avaria, és molt important disposar de circuits de control de fallades en temps real. La velocitat i la precisió d’aquest circuit és la figura del mèrit de l’amplificador de sentit actual. En algunes ocasions, ja que l’UC té un ample de banda limitat, el mostreig del valor de corrent analògic: convertir-lo en un valor digital seguit d’una comparació de valor digital per detectar la sobrecorrent provoca un enorme retard en els circuits de protecció. Per solucionar aquest problema, TI ha creat un amplificador de sentit de corrent amb comparadors integrats el llindar del qual es pot establir i pot alimentar-se directament al pin d'interrupció de la uC provocant una reducció enorme de la sobrecàrrega de la uC.

Algunes de les solucions de TI per a protecció contra sobrecorrent són:

Un molt bon exemple d’aquest cas d’ús és utilitzar un amplificador de sentit de corrent com a fusible E, tal com es mostra a continuació:

2. Supervisió de corrent i potència per a l'optimització del sistema

La supervisió de corrent i potència s’acostuma a implementar en sistemes de vehicles elèctrics per controlar el consum total de corrent de la bateria i, per tant, donar informació en temps real al conductor sobre la càrrega que queda a la bateria del vehicle mitjançant algorismes com el recompte de coulombs. A més dels casos d'ús anteriors, la supervisió de corrent en vehicles s'utilitza en diferents subsistemes com la direcció assistida, els vidres elèctrics i zones similars. TI té una àmplia cartera pel que fa al control de corrent i de potència.

Com s’ha esmentat anteriorment, una de les àrees d’enfocament clau és mirar el corrent que entra i surt de la bateria per poder comptar els coulombs i calcular la durada / càrrega de la bateria restant. L’INA299 de TI destaca per aquesta aplicació a causa de l’alt nivell d’integritat juntament amb l’alta precisió i el baix consum de corrent en repòs. A continuació, podem veure un diagrama de blocs d’alt nivell típic d’un BMS amb l’INA299. Per obtenir més informació i fulls blancs, visiteu la carpeta de productes d’INA299 a ti.com.

3. Mesura de corrent per circuits de bucle tancat

A causa de la presència de múltiples tensions disponibles en un vehicle elèctric, es troba una gran quantitat de combinacions de convertidors Buck i Boost presents a l'arbre de la font d'alimentació. Alguns dels blocs de subministrament d’alimentació molt destacats d’un vehicle elèctric típic són el carregador de bord, el BLDC (conductors de motors de tracció), el convertidor de 48V a 12V, etc. de gran precisió, el corrent de baixa latència esdevé de primera importància per implementar bucles de control de corrent de pic. Per a aquesta aplicació, es necessita un sensor de corrent amb un ample de banda molt alt per mesurar el corrent de commutació, el corrent de sortida perquè el control faci accions ràpides.Un altre aspecte destacat d’aquests sensors de corrent que s’utilitzen en el control d’accionaments del motor és la capacitat dels sensors de rebutjar el soroll del mode comú a alta freqüència (rebuig PWM).

Per exemple, INA253 és excel·lent en aquesta aplicació amb el seu CMRR líder a la indústria a 93db fins i tot a 50khz. A continuació es mostra un esquema típic que s’utilitza per a aplicacions de detecció de corrent en línia

Texas Instruments ofereix els millors amplificadors aïllats i moduladors aïllats de la seva classe que ajuden a aconseguir mesures de corrent aïllades molt precises sobre la temperatura quan es combinen amb derivacions d’alta precisió. TI ha presentat una nova gamma d’amplificadors de detecció de corrent aïllats anomenats de la sèrie AMC que ajuden a mesurar el corrent amb alta precisió amb una barrera d’aïllament de 2 kVrms.

TI té una bona col·lecció d'entrenaments de disc profund sobre " Introducció als amplificadors de sentit actual " que ajudaran els enginyers a aprendre a maximitzar el rendiment aconseguit quan mesuren el corrent amb un amplificador de sentit de corrent. Es tracta d’una sèrie de vídeos curts, cadascun dels quals tracta d’un tema diferent.

En general, la formació es dividirà en tres seccions

• Els bàsics
• Comprensió de les fonts d’error
• Temes avançats

Podeu accedir a tots els vídeos d’entrenament de TI seguint l’enllaç.

Sobre els autors

Shreenidhi Patil és un enginyer d’aplicacions analògiques a Texas Instruments que se centra principalment en la mesura de la xarxa, el proper mercat EV i les estacions de recàrrega EV.

Mahendra Patel va començar la seva carrera a la indústria dels semiconductors amb Texas Instruments fa 6 anys. Com a enginyer de camp, dóna suport a múltiples aplicacions i clients en el sector de l'automòbil. Li agrada treballar en dissenys relacionats amb vehicles elèctrics i il·luminació per a automoció.