Cómo utilizar un fotoacoplador para aislar altos voltajes y mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos

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En la actualidad, en el uso de vehículos totalmente eléctricos o híbridos, la gestión de los paquetes de baterías de iones de litio de alto voltaje enfrenta muchos desafíos, además de la falta de monitoreo y los ciclos de carga y descarga, por consideraciones de seguridad, es necesario aislar los paquetes de baterías para que no proporcionen cientos de voltajes. Este artículo analiza especialmente las necesidades de monitoreo de las baterías de iones de litio y analiza los componentes arquitectónicos y cero utilizados por los sistemas de monitoreo de baterías, los sistemas de comunicación digital y las interfaces de aislamiento. En el sistema de gestión, la placa de monitoreo de batería utiliza dos subsistemas clave para monitorear de manera confiable el estado de la batería y suministrar resultados digitales al sistema de control principal operado por el sistema de control, para separar estos subsistemas, en circuitos y placas de inducción de batería de alto voltaje. El dispositivo de comunicación utiliza una interfaz de señal de aislamiento óptico para garantizar que el alto voltaje no afecte al subsistema digital.

Las características de la batería de iones de litio no coinciden con el complejo sistema electrónico de los vehículos eléctricos en términos de rendimiento, seguridad y requisitos de confiabilidad, y este punto se deriva directamente de las características de la batería de iones de litio: el material de litio se descarga, generalmente se ioniza en el ánodo de grafito, luego, estos iones de litio se mueven por el electrolito a través del electrolito para llegar al cátodo, y el proceso de carga es a la inversa de todo el programa, y ​​los iones de litio son devueltos por el cátodo a través del separador. El rendimiento y la confiabilidad de este programa de reacción química están controlados por la temperatura y el voltaje de la unidad de batería. A una temperatura más baja, la reacción química es lenta, por lo que el voltaje de la unidad de batería es bajo y la velocidad de reacción aumenta hasta que el litio a medida que aumenta la temperatura, la velocidad de reacción aumenta hasta que el litio La unidad de iones comienza a colapsar, cuando la temperatura excede 100°Cuando C, el electrolito comienza a analizar, la liberación de gas que puede causar la presión de las celdas de la batería en el diseño, a alta temperatura, la unidad de batería de iones de litio puede liberar oxígeno debido al análisis de óxido ante el control térmico, lo que aceleró aún más el aumento de temperatura.

Por lo tanto, las mejores condiciones de funcionamiento para el mantenimiento de la batería de iones de litio son un requisito clave del sistema de gestión de la batería. El desafío crítico al diseñar sistemas de control y gestión es garantizar la adquisición y descomposición confiable de datos para monitorear el estado de las baterías de iones de litio en el automóvil. Y este es el problema característico de la propia batería de iones de litio.

En el vehículo eléctrico ChevyVolt, el paquete de baterías contiene 288 baterías de iones de litio con forma de prisma, divididas en 96 paquetes de baterías, y suministra voltajes de sistema de 386,6 V CC, que forman cuatro baterías principales junto con sensores de temperatura y unidades de enfriamiento. Módulo, la línea de detección de voltaje conectada a cada grupo de baterías está conectada a cada módulo de batería, y el terminal se resuelve y se conecta al módulo de interfaz de batería sobre cada módulo de batería a través del conector combinado del haz de detección de voltaje, 4 usando color.

El módulo de interfaz de batería indicado funciona en diferentes posiciones del paquete de baterías, respectivamente corresponde al rango de voltaje alto de neutralización bajo de las compensaciones de voltaje de CC de los 4 módulos. Los datos suministrados por el módulo de interfaz de la batería se enviarán al módulo de control de energía de la batería, luego se suministrará la situación de falla, el estado y la información de diagnóstico a un módulo de control híbrido como controlador primario de diagnóstico del vehículo, en cualquier momento, todo el sistema ejecutará más de 5,000 diagnósticos del sistema, el 85% del diagnóstico se centra en la seguridad del paquete de baterías, otros como el rendimiento y el control de vida útil de la batería de destino. La descomposición del rendimiento de la batería de la placa de circuito multicapa comienza en el módulo de control de la interfaz de la batería utilizado en los vehículos eléctricos ChevyVolt, consulte la FIG.

1, específicamente frente a la alta integridad de la señal, utilizando una placa de circuito de diseño de cuatro capas que utiliza una tecnología de diseño de trazas, aislamiento La combinación de técnicas y planos de tierra para ayudar a garantizar la integridad de la señal en el entorno desafiante, donde la capa superior contiene la mayoría de los componentes cero, incluidos los aisladores ópticos, los planos de tierra y los rastros de señal con múltiples orificios pasantes, la ruta de suministro a la capa inferior se suministra con la segunda capa, y la fuente de alimentación y el plano de tierra se distribuyen por debajo de la zona de alto voltaje de la placa de circuito, y la tercera capa contiene la línea de señal debajo de estas áreas, el otro lado de la placa de circuito impreso, es decir, la cuarta capa es como un plano de tierra y un rastro de señal y contiene algunos componentes cero adicionales. Figura 1: Cada una de las cuatro placas de circuito del módulo de control de interfaz de batería en el vehículo eléctrico ChevyVolt contiene una pluralidad de circuitos de inducción y circuitos de comunicación CAN, y aísla los bordes del fotoacoplador del subsistema de comunicación. Aislamiento de señal En el uso de vehículos eléctricos, la comunicación y el control son un engarce del vehículo, como ChevyVolt, utilizando el aislamiento de red múltiple y protegiendo el subsistema independiente, utilizando un algoritmo complejo para administrar grupos de baterías de iones de litio independientes y monitorear el módulo de control de interfaz de batería especial El paquete de baterías en cada subsistema inducido, pero los datos clave como una gestión general de la batería están contenidos en la red de área local del controlador (CAN, interfaz de señal de bus ControlraneNetWork y una señal de falla de alto voltaje, mientras que la seguridad y confiabilidad del sistema también liberan el aislamiento de seguridad de la red de bus CAN y el circuito de detección de alto voltaje, aunque el aislamiento se puede implementar utilizando una variedad de métodos y componentes cero, pero el entorno exigente y las múltiples regulaciones de seguridad requieren que el acoplador optoelectrónico sea el uso preferido de este tipo.

Método. El fotoacoplador proporciona capacidades de supresión de ruido de alto coeficiente, y es fundamentalmente una mejora de ruido altamente eléctrico como EMC y EMI en el sector automotriz, además, el aislamiento de altura de este tipo de suministro de dispositivo está relacionado con la presión de voltaje de CC del paquete de batería de cara a largo plazo. Y el cambio transitorio de alto voltaje rápido en la sonda, la conexión de carga y la extracción, y la conversión de CC a CC son fundamentales.

Al seleccionar este componente cero clave, los requisitos criticados del automóvil incluyen especificaciones de voltaje operativo y paquete adecuado, aunque las especificaciones de rendimiento como velocidad, velocidad de datos y consumo de energía aún son estrictas, pero se considera la EMI para el cambio rápido y el cambio de alta corriente. La demanda de dispositivos de ultra alta velocidad se verá restringida, lo que se traduce en mejorar los requisitos de mayor flexibilidad para ajustar la tasa de onda de compresión y el rendimiento de restricción EMI. Para cumplir con los estrictos requisitos del entorno de uso del automóvil, AVAGO suministra múltiples series de productos fotoacopladores, que se pueden usar en la inducción de voltaje del paquete de baterías, lo que brinda la interfaz de comunicación de datos y otro aislamiento de seguridad, Tabla 1 Suministro en línea con varios productos optoacopladores para uso en automóviles. Tabla 1: Varios fotoconductores adecuados para ejemplos de fotoacopladores automotrices, el fotoacoplador ACPL-M43T de AVAGO suministra la placa de circuito del módulo de control de interfaz de batería para separarla, como miembro de la serie Avagor2Coupler, ACPL-M43T es un paquete SO-5JEDEC compacto de 5 pines, adecuado para optoacoplador digital de un solo canal montado en superficie.

Además de fortalecer las capacidades de aislamiento, los productos R2Coupler de Avago utilizan doble línea para mejorar las conexiones funcionales clave, como se muestra en la Figura 2. Además, el fotoacoplador de sellado exhibe una confiabilidad más fuerte y un rango de temperatura de funcionamiento más amplio, lo que supera ampliamente al producto fotoacoplador que utiliza LED de grado de consumo. Especialmente diseñados para uso automotriz, los productos de AVAGO utilizan LED de nivel de automóvil, fabricados mediante el sistema de calidad ISO / TS16949, y cumplen con las especificaciones AEC-Q100.

Figura 2: Avago utiliza una conexión de función de tecla reforzada de dos cables con productos fotocondensadores ACPL-M43T. (Aspectos destacados en la figura) Este dispositivo es ideal para los requisitos de paquetes de baterías de vehículos eléctricos. La fuente de alimentación incluye un voltaje de trabajo continuo de 567 V, una sobretensión transitoria máxima de 6000 V, una distancia de fuga de 5 mm y un espacio libre eléctrico de 5 mm, etc.

, cuando se ingresan 10 mA a la corriente, ya sea que haya una salida de nivel alto o bajo lógico que tenga una perturbación instantánea de modo común de 30 kV/s, puede reducir la posibilidad de cambios en otros sistemas del automóvil en la red de línea de transmisión CAN.