Các giải pháp cảm biến hiện tại trong pin ev / hev

Thị trường xe điện đang tăng khá nhanh trên toàn cầu. Các ước tính cho thấy số lượng xe điện trên toàn thế giới sẽ đạt 125 triệu chiếc vào năm 2030. Thị trường toàn cầu cho Xe điện (EV) và Hybrid. Để kiểm soát dòng năng lượng và tối ưu hóa hiệu quả trong các hệ thống phụ của hệ thống truyền lực HEV / EV như Biến tần kéo, Bộ sạc trên bo mạch (OBC), bộ chuyển đổi DC-DC và Hệ thống quản lý pin (BMS), việc đo dòng điện chính xác và chính xác là điều cần thiết. Các hệ thống con điện áp cao này cần phải đo dòng điện lớn ở điện áp chế độ chung cao. Vì lý do kỹ thuật và quy định, các phép đo hiện tại đòi hỏi sự cách ly cũng như hiệu suất rất cao trong môi trường ô tô khắc nghiệt.

Các cấu hình điển hình của xe điện ở Ấn Độ như sau:

i) xe 2 bánh

1. Bộ pin điện áp = 48V, 72V
2. Động cơ 1kW, 2kW

ii) xe 3 bánh

1. Bộ pin điện áp = 48V, 72V
2. Động cơ 2kW, 4kW

iii) xe 4 bánh và xe buýt

1. Điện áp bộ pin = 72V, 400V, 600V
2. 20kW đến 300kW

Một trong những tính năng chính để làm cho xe điện an toàn là thu thập dữ liệu và thực hiện các hành động phản hồi nhanh cục bộ dựa trên dữ liệu này. Một điểm dữ liệu rất quan trọng và then chốt đối với sự an toàn là dòng điện chạy qua các hệ thống phụ khác nhau của xe điện.

Chúng ta có thể chia rộng cảm nhận dòng điện trong Xe điện thành 3 loại như hình dưới đây:

1. Bảo vệ quá dòng thời gian thực

1. Truyền động lực kéo:
2. Mạch bảo vệ pin:

2. Giám sát dòng điện và điện năng để tối ưu hóa hệ thống

1. Đo pin
2. Hệ thống tiêu thụ điện năng
3. Tay lái trợ lực

3. Đo dòng điện cho mạch vòng kín

1. Ứng dụng truyền động cơ:
2. Bộ chuyển đổi DC / DC

Dưới đây là tổng quan cấp cao về các giải pháp khác nhau từ TI cho các ứng dụng cảm biến hiện tại. Trục Y là điện áp chế độ chung của đường ray mà dòng điện đang được cảm nhận qua đó và trục X là biên độ thực của dòng điện được đo.

Như thể hiện trong hình trên, dòng điện có thể được cảm nhận thông qua điện áp trên một điện trở shunt nhỏ hoặc có thể được đo bằng cách đo từ trường được tạo ra bởi dòng điện khi chạy qua dây dẫn. Tại Ti, chúng tôi cung cấp các giải pháp đo dòng điện bằng cả hai phương pháp nêu trên.

Dưới đây là danh sách các giải pháp có sẵn từ TI cho ứng dụng cảm biến hiện tại:

Chúng ta hãy xem xét từng trường hợp sử dụng của cảm biến dòng điện sâu hơn một chút và xem xét một số giải pháp phù hợp có sẵn từ TI cho tương tự.

1. Thời gian thực Bảo vệ quá dòng

Trường hợp sử dụng này thường được nhìn thấy trong EV từ một triển vọng an toàn. Vì pin có thể phóng ra một lượng lớn dòng điện khi xảy ra lỗi, việc có mạch theo dõi lỗi theo thời gian thực trở nên rất quan trọng. Tốc độ và độ chính xác của một mạch như vậy là giá trị của bộ khuếch đại cảm nhận hiện tại. Trong một số trường hợp uC có băng thông hạn chế, lấy mẫu giá trị dòng điện tương tự - chuyển đổi thành giá trị số, sau đó là so sánh giá trị số để phát hiện quá dòng gây ra độ trễ lớn trong mạch bảo vệ. Để giải quyết vấn đề này, TI đã đưa ra bộ khuếch đại cảm nhận hiện tại với các bộ so sánh tích hợp có ngưỡng có thể được thiết lập và có thể được đưa trực tiếp vào chân ngắt của uC gây ra sự giảm đáng kể quá tải của uC.

Một số giải pháp từ TI để bảo vệ quá dòng là:

Một ví dụ rất hay về trường hợp sử dụng này là sử dụng bộ khuếch đại cảm nhận dòng điện làm cầu chì E như hình dưới đây:

2. Giám sát dòng điện và điện năng để tối ưu hóa hệ thống

Giám sát dòng điện và công suất thường được thực hiện trong các hệ thống xe điện để theo dõi tổng dòng điện tiêu thụ từ pin và do đó cung cấp thông tin thời gian thực cho người lái xe về lượng điện còn lại trong pin của xe bằng các thuật toán như đếm coulomb. Bên cạnh trường hợp sử dụng trên, giám sát hiện tại trong xe được sử dụng trong các hệ thống phụ khác nhau như hệ thống lái trợ lực, cửa sổ điện và các khu vực tương tự. TI có một danh mục đầu tư rộng khi nói đến giám sát dòng điện và điện năng.

Như đã đề cập ở trên, một trong những lĩnh vực trọng tâm chính là xem xét dòng điện chạy vào và ra khỏi bộ pin để đếm coulombs và tính toán thời lượng / lần sạc còn lại của pin. TI của INA299 nổi bật cho một ứng dụng như vậy do mức độ toàn vẹn cao cùng với độ chính xác cao và mức tiêu thụ dòng điện tĩnh thấp. Chúng ta có thể thấy một sơ đồ khối mức cao điển hình bên dưới của BMS với INA299. Để biết thêm chi tiết và sách trắng, vui lòng truy cập vào thư mục sản phẩm của INA299 trên ti.com.

3. Đo dòng điện cho mạch vòng kín

Do sự hiện diện của nhiều điện áp có sẵn trong một chiếc xe điện, người ta tìm thấy rất nhiều sự kết hợp của bộ chuyển đổi buck và boost xuất hiện trong cây cung cấp điện. Một số khối cung cấp năng lượng rất nổi bật trong một chiếc xe điện điển hình là bộ sạc trên bo mạch, BLDC (trình điều khiển động cơ kéo), bộ chuyển đổi 48V sang 12V, v.v. Vì vòng điều khiển trong tất cả các nguồn điện có công suất cao này được thực hiện bằng cách sử dụng uC, phép đo có độ chính xác cao, dòng điện trễ thấp trở nên quan trọng hàng đầu để thực hiện các vòng điều khiển dòng điện đỉnh. Đối với ứng dụng như vậy, cảm biến dòng điện với băng thông rất cao được yêu cầu để đo dòng điện chuyển mạch, dòng điện đầu ra để điều khiển thực hiện các hành động nhanh chóng.Một điểm nổi bật khác của các cảm biến hiện tại như vậy được sử dụng trong điều khiển truyền động động cơ là khả năng của cảm biến để loại bỏ tiếng ồn chế độ thông thường ở tần số cao (loại bỏ PWM).

Ví dụ, INA253 vượt trội trong ứng dụng này với CMRR 93db hàng đầu trong ngành thậm chí @ 50khz. Dưới đây là một sơ đồ điển hình được hiển thị được sử dụng cho ứng dụng cảm biến dòng nội tuyến

Texas Instruments cung cấp các bộ khuếch đại cách ly tốt nhất trong lớp và bộ điều chế cách ly giúp đạt được các phép đo dòng điện cách ly rất chính xác theo nhiệt độ khi kết hợp với các bộ điều chỉnh độ chính xác cao. TI đã đưa ra một loạt các bộ khuếch đại cảm nhận dòng điện cách ly mới có tên là dòng AMC giúp đo dòng điện được thiết kế với độ chính xác cao với hàng rào cách ly đối với giai điệu 2kVrms.

TI có một bộ sưu tập tốt các khóa đào tạo chuyên sâu về “ Bắt đầu với Bộ khuếch đại cảm nhận hiện tại ” sẽ giúp các kỹ sư tìm hiểu cách tối đa hóa hiệu suất đạt được, khi đo dòng điện bằng bộ khuếch đại cảm nhận hiện tại. Đây là một loạt các video ngắn, mỗi video đề cập đến một chủ đề khác nhau.

Nhìn chung, quá trình đào tạo sẽ được chia thành ba phần

• Những thứ cơ bản
• Hiểu các nguồn lỗi
• Chủ đê nâng cao

Bạn có thể truy cập tất cả các video đào tạo TI theo liên kết.

Giới thiệu về tác giả

Ông Shreenidhi Patil là kỹ sư ứng dụng analog tại Texas Instruments, người chủ yếu tập trung vào đo sáng Lưới, thị trường EV sắp ra mắt và các trạm sạc EV.

Ông Mahendra Patel bắt đầu sự nghiệp trong lĩnh vực bán dẫn với Texas Instruments cách đây 6 năm. Là một kỹ sư thực địa, anh ấy hỗ trợ nhiều khách hàng và ứng dụng trong lĩnh vực ô tô. Anh ấy thích làm việc với các thiết kế liên quan đến Xe điện và đèn ô tô.