電気自動車市場は、世界中で急速に拡大しています。推定によると、世界中の道路上の電気自動車の数は2030年までに1億2500万台に達するでしょう。電気自動車（EV）とハイブリッドの世界市場。トラクションインバーター、オンボード充電器（OBC）、DC-DCコンバーター、バッテリー管理システム（BMS）などのHEV / EVパワートレインサブシステムのエネルギーフローを制御し、効率を最適化するには、正確で正確な電流測定が不可欠です。これらの高電圧サブシステムは、高いコモンモード電圧で大電流を測定する必要があります。技術的および規制上の理由から、現在の測定では、過酷な自動車環境での分離と非常に高いパフォーマンスが必要です。
インドの電気自動車の典型的な構成は次のとおりです。
i）二輪車
- バッテリーパック電圧= 48V、72V
- 1kW、2kWモーター
ii）三輪車
- バッテリーパック電圧= 48V、72V
- 2kW、4kWモーター
iii）四輪車とバス
- バッテリーパック電圧= 72V、400V、600V
- 20kW〜300kW
電気自動車を安全にするための重要な機能の1つは、データを収集し、このデータに基づいてローカルで迅速なフィードバックアクションを実行することです。非常に重要で安全性の鍵となるそのようなデータポイントの1つは、電気自動車のさまざまなサブシステムを流れる電流です。
我々は、分割することができる電気自動車において電流検出を以下のように3つのカテゴリーに広く。
1.リアルタイムの過電流保護
- トラクションドライブ：
- バッテリー保護回路：
2.システム最適化のための電流と電力の監視
- バッテリーゲージ
- システムの消費電力
- パワーステアリング
3.閉ループ回路の電流測定
- モータードライブアプリケーション：
- DC / DCコンバーター
以下は、現在のセンシングアプリケーション向けのTIのさまざまなソリューションの概要です。Y軸は、電流が検出されるレールのコモンモード電圧であり、X軸は、測定される電流の実際の振幅です。
上図に示すように、電流は小さなシャント抵抗の両端の電圧を介して検出するか、導体を流れる間に電流によって生成される磁場を測定することによって測定できます。Tiでは、上記の両方の方法を使用して電流を測定するためのソリューションを提供しています。
電流センシングアプリケーション用にTIから入手可能なソリューションのリストを以下に示します。
電流センサーの各ユースケースをもう少し詳しく見て、TIから入手できるいくつかの適切なソリューションを見てみましょう。
1.リアルタイムの過電流保護
この使用例は、安全性の観点からEVで一般的に見られます。バッテリーは障害発生時に大量の電流を放電する可能性があるため、リアルタイムの障害監視回路を持つことが非常に重要になります。このような回路の速度と精度は、電流センスアンプの性能指数です。uCの帯域幅が限られているため、アナログ電流値をサンプリングし、デジタル値に変換してからデジタル値を比較して過電流を検出すると、保護回路に大きな遅延が発生する場合があります。この問題に取り組むために、TIは、しきい値を設定でき、uCの割り込みピンに直接供給することができるコンパレータが統合された電流センスアンプを考案し、uCの過負荷を大幅に削減しました。
過電流保護のためのTIのソリューションのいくつかは次のとおりです。
この使用例の非常に良い例は、以下に示すように、電流センスアンプをEヒューズとして使用することです。
2.システム最適化のための電流と電力の監視
電流と電力の監視は通常、電気自動車システムに実装され、バッテリーからの総消費電流を監視し、クーロンカウントなどのアルゴリズムを使用して車両のバッテリーに残っている充電に関するリアルタイムの情報をドライバーに提供します。上記のユースケースに加えて、車両の電流監視は、パワーステアリング、パワーウィンドウなどのさまざまなサブシステムで利用されます。TIは、電流および電力の監視に関して幅広いポートフォリオを持っています。
上記のように、重要な焦点領域の1つは、クーロンをカウントし、バッテリーの残りの寿命/充電を計算するために、バッテリーパックに出入りする電流を調べることです。TIのINA299は、高精度と低静止電流消費に加えて、高レベルの整合性により、このようなアプリケーションで際立っています。INA299を使用したBMSの典型的な高レベルのブロック図を以下に示します。詳細およびホワイトペーパーについては、ti.comのINA299の製品フォルダーにアクセスしてください。
3.閉ループ回路の電流測定
電気自動車には複数の電圧が存在するため、電源ツリーにはバックコンバータとブーストコンバータの組み合わせがたくさんあります。典型的な電気自動車の非常に顕著な電源ブロックのいくつかは、車載充電器、BLDC（トラクションモータードライバー）、48Vから12Vへのコンバーターなどです。これらすべての高ワット数電源の制御ループはuCを使用して実行されるため、測定高精度で低レイテンシの電流は、ピーク電流制御ループを実装するために最も重要になります。このようなアプリケーションの場合、スイッチング電流を測定するために非常に高い帯域幅の電流センサーが必要です。モータードライブの制御に使用されるこのような電流センサーのもう1つのハイライトは、高周波でコモンモードノイズを除去するセンサーの機能です（PWM除去）。
たとえば、INA253は、業界をリードする93db CMRR（@ 50khz）でも、このアプリケーションに優れています。以下は、インライン電流検出アプリケーションに使用される典型的な回路図です。
Texas Instrumentsは、高精度シャントと組み合わせた場合に、温度全体で非常に正確な絶縁電流測定を実現するのに役立つ、クラス最高の絶縁型アンプと絶縁型変調器を提供します。TIは、AMCシリーズと呼ばれる新しい範囲の絶縁型電流検出アンプを開発しました。これは、2kVrmsの絶縁バリアを備えた高精度で設計された電流測定に役立ちます。
TIには、「電流センスアンプ入門」に関するディープドライブトレーニングの優れたコレクションがあり、エンジニアが電流センスアンプで電流を測定するときに達成されるパフォーマンスを最大化する方法を学ぶのに役立ちます。これは一連の短いビデオで、それぞれが異なるトピックを扱っています。
全体として、トレーニングは3つのセクションに分けられます。
- 基礎
- エラーの原因を理解する
- 高度なトピック
リンクをたどると、すべてのTIトレーニングビデオにアクセスできます。
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