حلول الاستشعار الحالية في بطاريات ev / hev

ينتعش سوق السيارات الكهربائية بسرعة كبيرة في جميع أنحاء العالم. تشير التقديرات إلى أن عدد المركبات الكهربائية على الطرق حول العالم سيصل إلى 125 مليون بحلول عام 2030. السوق العالمي للمركبات الكهربائية (EV) والهجين. للتحكم في تدفق الطاقة وتحسين الكفاءة في الأنظمة الفرعية لمجموعة نقل الحركة HEV / EV مثل محولات الجر والشواحن الموجودة على اللوحة (OBC) ومحولات DC-DC وأنظمة إدارة البطارية (BMS) ، من الضروري إجراء قياس دقيق ودقيق للتيار. تحتاج هذه الأنظمة الفرعية ذات الجهد العالي إلى قياس التيارات الكبيرة عند الفولتية العالية للوضع المشترك. لأسباب فنية وتنظيمية ، تتطلب القياسات الحالية عزلًا بالإضافة إلى أداء عالٍ جدًا في بيئات السيارات القاسية.

التكوينات النموذجية للسيارات الكهربائية في الهند هي كما يلي:

ط) 2 عجلة

1. جهد حزمة البطارية = 48 فولت ، 72 فولت
2. محرك 1kW ، 2kW

ب) 3 عجلات

1. جهد حزمة البطارية = 48 فولت ، 72 فولت
2. 2 كيلو واط ، محرك 4 كيلو واط

ج) 4 عجلات وحافلة

1. جهد حزمة البطارية = 72 فولت ، 400 فولت ، 600 فولت
2. 20 كيلو واط إلى 300 كيلو واط

تتمثل إحدى الميزات الرئيسية لجعل السيارة الكهربائية آمنة في جمع البيانات واتخاذ إجراءات سريعة للتعليقات محليًا بناءً على هذه البيانات. إحدى نقاط البيانات المهمة جدًا والمفتاح للسلامة هي التيار المتدفق عبر الأنظمة الفرعية المختلفة للسيارة الكهربائية.

يمكننا تقسيم الاستشعار الحالي في السيارة الكهربائية على نطاق واسع إلى 3 فئات كما هو موضح أدناه:

1. حماية التيار الزائد في الوقت الحقيقي

1. محركات الجر:
2. دوائر حماية البطارية:

2. مراقبة التيار والطاقة لتحسين النظام

1. قياس البطارية
2. استهلاك طاقة النظام
3. مقود مرن

3. القياس الحالي لدوائر الحلقة المغلقة

1. تطبيق محرك المحرك:
2. محولات DC / DC

فيما يلي نظرة عامة عالية المستوى على الحلول المختلفة من TI لتطبيقات الاستشعار الحالية. المحور Y هو جهد النمط الشائع للسكك الحديدية التي يتم من خلالها استشعار التيار والمحور X هو السعة الفعلية للتيار الذي يتم قياسه.

كما هو موضح في الشكل أعلاه ، يمكن استشعار التيار من خلال جهد عبر مقاومة تحويل صغيرة أو يمكن قياسه عن طريق قياس المجال المغناطيسي الناتج عن التيار أثناء التدفق عبر الموصل. في شركة Ti ، نقدم حلولاً لقياس التيار باستخدام كلتا الطريقتين المذكورتين أعلاه.

يمكن الاطلاع أدناه على قائمة بالحلول المتاحة من TI لتطبيق الاستشعار الحالي:

دعنا نلقي نظرة على كل حالة من حالات استخدام المستشعر الحالي بعمق أكبر وننظر في بعض الحلول المناسبة المتاحة من TI لنفسه.

1. في الوقت الحقيقي الحماية الحالية الزائدة

تُرى حالة الاستخدام هذه بشكل عام في EV من منظور الأمان. نظرًا لأن البطاريات يمكنها تفريغ كميات هائلة من التيار أثناء حدوث خطأ ، فإن وجود دائرة مراقبة في الوقت الفعلي يصبح أمرًا مهمًا للغاية. سرعة ودقة مثل هذه الدائرة هو الرقم الذي يستحقه مكبر المعنى الحالي. في بعض الحالات ، نظرًا لأن uC لديه نطاق ترددي محدود ، فإن أخذ عينات من القيمة الحالية التناظرية - التحويل إلى قيمة رقمية متبوعة بمقارنة قيمة رقمية لاكتشاف التيار الزائد يؤدي إلى تأخير كبير في دارة الحماية. لمعالجة هذه المشكلة ، توصلت TI إلى مكبر للصوت الحالي مع مقارنات متكاملة يمكن ضبط عتبةها ويمكن إدخالها مباشرة في دبوس المقاطعة الخاص بـ uC مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الحمل الزائد في uC.

بعض الحلول من TI للحماية الحالية هي:

مثال جيد جدًا لحالة الاستخدام هذه هو استخدام مضخم الإحساس الحالي كمصهر E كما هو موضح أدناه:

2. مراقبة التيار والطاقة لتحسين النظام

عادةً ما يتم تنفيذ مراقبة التيار والطاقة في أنظمة السيارات الكهربائية لمراقبة إجمالي الاستهلاك الحالي من البطارية وبالتالي إعطاء معلومات في الوقت الفعلي للسائق حول الشحنة المتبقية في بطارية السيارة باستخدام خوارزميات مثل عد كولوم. إلى جانب حالة الاستخدام المذكورة أعلاه ، يتم استخدام المراقبة الحالية في المركبات في أنظمة فرعية مختلفة مثل التوجيه المعزز والنوافذ الكهربائية والمناطق المماثلة TI لديها محفظة واسعة عندما يتعلق الأمر بمراقبة التيار والطاقة.

كما هو مذكور أعلاه ، فإن أحد مجالات التركيز الرئيسية هو النظر في التيار المتدفق داخل وخارج حزمة البطارية وذلك لحساب الكولوم وحساب عمر البطارية المتبقي / الشحن. تبرز INA299 من TI لمثل هذا التطبيق نظرًا للمستوى العالي من النزاهة المقترنة بالدقة العالية وانخفاض استهلاك التيار الهادئ. يمكننا أن نرى مخطط كتلة نموذجي عالي المستوى أسفل BMS مع INA299. لمزيد من التفاصيل والأوراق التقنية ، يرجى زيارة مجلد المنتج INA299 على ti.com.

3. القياس الحالي لدوائر الحلقة المغلقة

نظرًا لوجود الفولتية المتعددة المتوفرة في السيارة الكهربائية ، يجد المرء مجموعة كبيرة من مجموعة محولات باك ومحولات التعزيز الموجودة في شجرة إمداد الطاقة. بعض كتل إمداد الطاقة البارزة جدًا في سيارة كهربائية نموذجية هي الشاحن الموجود على اللوحة ، و BLDC (محركات الجر) ، ومحول 48 فولت إلى 12 فولت وما إلى ذلك ، حيث يتم ممارسة حلقة التحكم في جميع مصادر الطاقة الكهربائية العالية باستخدام uC ، ذات الدقة العالية ، يصبح تيار الكمون المنخفض ذا أهمية قصوى لتنفيذ حلقات التحكم في الذروة الحالية. لمثل هذا المستشعر الحالي للتطبيق مع عرض النطاق الترددي العالي جدًا ، يلزم قياس تيار التبديل ، تيار الإخراج للتحكم في اتخاذ إجراءات سريعة.هناك ميزة أخرى لهذه المستشعرات الحالية التي تستخدم في التحكم في محركات المحركات وهي قدرة المستشعرات على رفض ضوضاء الوضع المشترك عند التردد العالي (رفض PWM).

على سبيل المثال ، يتفوق INA253 في هذا التطبيق من خلال صناعة رائدة تبلغ 93 ديسيبل CMRR حتى @ 50 كيلو هرتز. يوجد أدناه مخطط نموذجي موضح يستخدم لتطبيق استشعار التيار المضمن

تقدم شركة Texas Instruments مكبرات الصوت المعزولة الأفضل في فئتها والمعدِّلات المعزولة التي تساعد على تحقيق قياسات تيار معزولة دقيقة للغاية على درجة الحرارة عند إقرانها بتحويلات عالية الدقة. توصلت TI إلى مجموعة جديدة من مكبرات الصوت المعزولة الحالية المسماة باسم سلسلة AMC والتي تساعد المصمم على قياس التيار بدقة عالية مع حاجز عزل يصل إلى 2kVrms.

لدى TI مجموعة جيدة من التدريبات على محرك الأقراص العميق حول " البدء باستخدام مكبرات الصوت الحالية " والتي ستساعد المهندسين على تعلم كيفية تعظيم الأداء المحقق ، عند قياس التيار باستخدام مضخم استشعار حالي. هذه سلسلة من مقاطع الفيديو القصيرة ، يتناول كل منها موضوعًا مختلفًا.

بشكل عام يجب تقسيم التدريب إلى ثلاثة أقسام

• أساسيات
• فهم مصادر الخطأ
• مواضيع متقدمة

يمكنك الوصول إلى جميع مقاطع الفيديو التدريبية TI باتباع الرابط.

عن المؤلفين

السيد شرينيدهي باتيل مهندس تطبيقات تناظري في شركة Texas Instruments ويركز بشكل أساسي على قياس الشبكة وسوق السيارات الكهربائية القادمة ومحطات شحن المركبات الكهربائية.

بدأ السيد ماهندرا باتيل حياته المهنية في صناعة أشباه الموصلات مع شركة Texas Instruments منذ 6 سنوات. كمهندس ميداني ، فهو يدعم العديد من العملاء والتطبيقات في قطاع السيارات. يستمتع بالعمل على التصاميم المتعلقة بالمركبات الكهربائية وإضاءة السيارات.