Solutions de détection de courant dans les batteries EV / HEV

Le marché des véhicules électriques se redresse assez rapidement à travers le monde. Les estimations montrent que le nombre de véhicules électriques sur les routes dans le monde atteindra 125 millions d'ici 2030. Marché mondial des véhicules électriques (VE) et hybrides. Pour contrôler le flux d'énergie et optimiser l'efficacité des sous-systèmes du groupe motopropulseur HEV / EV tels que les onduleurs de traction, les chargeurs embarqués (OBC), les convertisseurs CC-CC et les systèmes de gestion de batterie (BMS), une mesure précise et précise du courant est essentielle. Ces sous-systèmes haute tension doivent mesurer des courants importants à des tensions de mode commun élevées. Pour des raisons techniques et réglementaires, les mesures de courant nécessitent une isolation ainsi que des performances très élevées dans des environnements automobiles difficiles.

Les configurations typiques des véhicules électriques en Inde sont les suivantes:

i) 2 roues

1. Tension de la batterie = 48 V, 72 V
2. Moteur 1kW, 2kW

ii) 3 roues

1. Tension de la batterie = 48 V, 72 V
2. Moteur 2kW, 4kW

iii) 4 roues et autobus

1. Tension de la batterie = 72V, 400V, 600V
2. 20kW à 300kW

L'une des principales caractéristiques pour sécuriser un véhicule électrique est de collecter des données et de prendre des mesures de rétroaction rapides localement sur la base de ces données. Un de ces points de données qui est très important et essentiel à la sécurité est le courant circulant à travers divers sous-systèmes d'un véhicule électrique.

Nous pouvons diviser la détection de courant dans un véhicule électrique en trois catégories, comme indiqué ci-dessous:

1. Protection contre les surintensités en temps réel

1. Entraînements de traction:
2. Circuit de protection de la batterie:

2. Surveillance du courant et de la puissance pour l'optimisation du système

1. Mesure de la batterie
2. Consommation électrique du système
3. Direction assistée

3. Mesure du courant pour les circuits en boucle fermée

1. Application d'entraînement de moteur:
2. Convertisseurs DC / DC

Vous trouverez ci-dessous un aperçu général des différentes solutions de TI pour les applications de détection de courant. L'axe Y est la tension de mode commun du rail à travers lequel le courant est détecté et l'axe X est l'amplitude réelle du courant mesuré.

Comme le montre la figure ci-dessus, le courant peut être détecté à travers une tension à travers une petite résistance de shunt ou peut être mesuré en mesurant le champ magnétique produit par le courant tout en traversant le conducteur. Chez Ti, nous fournissons des solutions pour mesurer le courant en utilisant les deux méthodes mentionnées ci-dessus.

Une liste des solutions disponibles auprès de TI pour les applications de détection de courant peut être vue ci-dessous:

Examinons chacun des cas d'utilisation du capteur de courant un peu plus en profondeur et examinons quelques solutions appropriées disponibles auprès de TI pour le même.

1. Protection contre les surintensités en temps réel

Ce cas d'utilisation est généralement vu dans un VE du point de vue de la sécurité. Comme les batteries peuvent décharger d'énormes quantités de courant lors de l'apparition d'un défaut, il est très important de disposer d'un circuit de surveillance des défauts en temps réel. La vitesse et la précision d'un tel circuit est le mérite de l'amplificateur de détection de courant. Dans certaines occasions, comme l'uC a une bande passante limitée, l'échantillonnage de la valeur de courant analogique - la conversion en une valeur numérique suivie d'une comparaison de valeur numérique pour détecter la surintensité provoque un retard énorme dans les circuits de protection. Pour résoudre ce problème, TI a mis au point un amplificateur de détection de courant avec des comparateurs intégrés dont le seuil peut être réglé et peut être directement introduit dans la broche d'interruption de l'uC, provoquant une réduction considérable de la surcharge de l'uC.

Certaines des solutions de TI pour la protection contre les surintensités sont:

Un très bon exemple de ce cas d'utilisation est l'utilisation d'un amplificateur de détection de courant comme fusible E, comme indiqué ci-dessous:

2. Surveillance du courant et de la puissance pour l'optimisation du système

La surveillance du courant et de la puissance est généralement mise en œuvre dans les systèmes de véhicules électriques pour surveiller la consommation totale de courant de la batterie et donner ainsi des informations en temps réel au conducteur sur la charge laissée dans la batterie du véhicule à l'aide d'algorithmes tels que le comptage de coulomb. Outre le cas d'utilisation ci-dessus, la surveillance du courant dans les véhicules est utilisée dans différents sous-systèmes tels que la direction assistée, les vitres électriques et des domaines similaires. TI dispose d'un large portefeuille en matière de surveillance du courant et de la puissance.

Comme mentionné ci-dessus, l'un des principaux domaines d'intérêt est d'examiner le courant entrant et sortant de la batterie afin de compter les coulombs et de calculer la durée de vie / la charge restante de la batterie. L'INA299 de TI se distingue pour une telle application en raison du haut niveau d'intégrité associé à une haute précision et à une faible consommation de courant de repos. Nous pouvons voir un schéma de principe de haut niveau typique ci-dessous d'un BMS avec l'INA299. Pour plus de détails et des livres blancs, veuillez visiter le dossier produit de INA299 sur ti.com.

3. Mesure du courant pour les circuits en boucle fermée

En raison de la présence de multiples tensions disponibles dans un véhicule électrique, on trouve beaucoup de combinaisons de convertisseurs buck et boost présents dans l'arbre d'alimentation. Certains des blocs d'alimentation très importants dans un véhicule électrique typique sont le chargeur embarqué, le BLDC (pilotes de moteur de traction), le convertisseur 48V à 12V, etc. de haute précision, un courant de faible latence devient de première importance pour mettre en œuvre des boucles de commande de courant de crête. Pour une telle application, un capteur de courant avec une bande passante très élevée est nécessaire pour mesurer le courant de commutation, le courant de sortie pour que la commande prenne des mesures rapides.Un autre point fort de ces capteurs de courant qui sont utilisés dans la commande des entraînements de moteur est la capacité des capteurs à rejeter le bruit de mode commun à haute fréquence (rejet PWM).

Par exemple, INA253 excelle dans cette application avec son CMRR 93 dB, leader de l'industrie, même à 50 kHz. Vous trouverez ci-dessous un schéma typique utilisé pour l'application de détection de courant en ligne

Texas Instruments propose les meilleurs amplificateurs isolés et modulateurs isolés qui permettent d'obtenir des mesures de courant isolé très précises sur la température lorsqu'ils sont associés à des shunts de haute précision. TI a mis au point une nouvelle gamme d'amplificateurs de détection de courant isolés nommés série AMC, qui aident le courant conçu à mesurer avec une grande précision avec une barrière d'isolement de l'ordre de 2 kVrms.

TI a une bonne collection de formations d'entraînement approfondies sur « Premiers pas avec les amplificateurs de détection de courant» qui aideront les ingénieurs à apprendre comment maximiser les performances obtenues, lors de la mesure du courant avec un amplificateur de détection de courant. Il s'agit d'une série de courtes vidéos, chacune abordant un sujet différent.

Dans l'ensemble, la formation doit être divisée en trois sections

• Les bases
• Comprendre les sources d'erreur
• Sujets avancés

Vous pouvez accéder à toutes les vidéos de formation TI en suivant le lien.

à propos des auteurs

M. Shreenidhi Patil est un ingénieur d'applications analogiques à Texas Instruments qui se concentre principalement sur la mesure du réseau, le marché à venir des véhicules électriques et les stations de recharge pour véhicules électriques.

M. Mahendra Patel a débuté sa carrière dans l'industrie des semi-conducteurs chez Texas Instruments il y a 6 ans. En tant qu'ingénieur de terrain, il prend en charge plusieurs clients et applications dans le secteur automobile. Il aime travailler sur des conceptions liées aux véhicules électriques et à l'éclairage automobile.