Comment utiliser un photocoupleur pour isoler les hautes tensions afin d&39;améliorer la sécurité des batteries lithium-ion des véhicules électriques

作者：Iflowpower – Kaasaskantava elektrijaama tarnija

À l&39;heure actuelle, dans l&39;utilisation de véhicules entièrement électriques ou hybrides, la gestion des packs de batteries lithium-ion haute tension est confrontée à de nombreux défis, en plus de la non-surveillance et des cycles de charge et de décharge, sur la base de considérations de sécurité, il est nécessaire d&39;isoler les packs de batteries de la fourniture de centaines de tensions. Cet article traite spécifiquement des besoins de surveillance des batteries lithium-ion et présente les composants architecturaux et zéro utilisés par les systèmes de surveillance des batteries, les systèmes de communication numérique et les interfaces d&39;isolation. Dans le système de gestion, la carte de surveillance de la batterie utilise deux sous-systèmes clés pour surveiller de manière fiable l&39;état de la batterie et fournir des résultats numériques au système de contrôle principal exploité par le système de contrôle, afin de séparer ces sous-systèmes, dans les circuits et cartes d&39;induction de batterie haute tension. Le dispositif de communication utilise une interface de signal d&39;isolation optique pour garantir que la haute tension n&39;affecte pas le sous-système numérique.

Les caractéristiques de la batterie lithium-ion ne correspondent pas au système électronique complexe des véhicules électriques en termes de performances, de sécurité et de fiabilité, et ce point ressort directement des caractéristiques de la batterie lithium-ion, le matériau lithium est déchargé, le matériau lithium est généralement ionisé dans l&39;anode en graphite, puis ces L&39;ion lithium est déplacé par l&39;électrolyte pour atteindre la cathode, et le processus de charge est inversé dans l&39;ensemble du programme, et les ions lithium sont ramenés par la cathode à travers le séparateur. Les performances et la fiabilité de ce programme de réaction chimique sont contrôlées par la température et la tension de l’unité de batterie. À une température plus basse, la réaction chimique est lente, de sorte que la tension de l&39;unité de batterie est faible et la vitesse de réaction augmente jusqu&39;à ce que le lithium à mesure que la température augmente, la vitesse de réaction augmente jusqu&39;à ce que le lithium L&39;unité ionique commence à s&39;écraser, lorsque la température dépasse 100°Lorsque C, l&39;électrolyte commence à analyser, la libération de gaz qui peut provoquer la pression des cellules de la batterie dans la conception, à une température élevée, l&39;unité de batterie lithium-ion peut libérer de l&39;oxygène en raison de l&39;analyse de l&39;oxyde face à une chaleur hors de contrôle, une augmentation supplémentaire de la température accélérée.

Par conséquent, les meilleures conditions de fonctionnement pour l’entretien de la batterie lithium-ion sont une exigence clé du système de gestion de la batterie. Le défi crucial lors de la conception de systèmes de contrôle et de gestion est de garantir une acquisition et une décomposition fiables des données pour surveiller l&39;état des batteries lithium-ion dans la voiture. Et c’est le problème caractéristique de la batterie lithium-ion elle-même.

Dans le véhicule électrique ChevyVolt, le bloc-batterie contient 288 batteries lithium-ion en forme de prisme, divisées en 96 blocs-batteries, et fournit des tensions système de 386,6 V CC, qui forment quatre batteries principales en conjonction avec des capteurs de température et des unités de refroidissement. Module, la ligne de détection de tension connectée à chaque groupe de batteries est connectée à chaque module de batterie, et le terminal est résolu et connecté au module d&39;interface de batterie au-dessus de chaque module de batterie via le connecteur combiné du faisceau de détection de tension, 4 utilisant la couleur.

Le module d&39;interface de batterie indiqué fonctionne à différentes positions du bloc-batterie, correspondant respectivement à la plage de tension basse et haute de neutralisation des décalages de tension CC de 4 modules. Les données fournies par le module d&39;interface de batterie seront envoyées au module de contrôle de l&39;énergie de la batterie, puis fourniront la situation de défaut, l&39;état et les informations de diagnostic à un module de contrôle hybride en tant que contrôleur principal de diagnostic du véhicule, à tout moment, l&39;ensemble du système exécutera plus de 5 000 diagnostics système, 85 % des diagnostics se concentrent sur la sécurité de la batterie, ainsi que sur les performances et le contrôle de la durée de vie de la batterie cible. La décomposition des performances de la batterie du circuit imprimé multicouche commence dans le module de contrôle d&39;interface de batterie utilisé dans les véhicules électriques ChevyVolt, veuillez vous référer à la FIG.

1, spécifiquement face à une intégrité de signal élevée, en utilisant une carte de circuit imprimé de conception à quatre couches utilisant une technologie de disposition de trace, l&39;isolation La combinaison de techniques et de plans de masse pour aider à garantir l&39;intégrité du signal dans l&39;environnement difficile, où la couche supérieure contient la plupart des composants zéro, y compris les isolateurs optiques, les plans de masse et les traces de signal avec plusieurs trous traversants, Le chemin d&39;alimentation vers la couche inférieure est alimenté par la deuxième couche, et l&39;alimentation et le plan de masse sont distribués sous la zone haute tension de la carte de circuit imprimé, et la troisième couche contient la ligne de signal sous ces zones, l&39;autre côté de la carte de circuit imprimé, c&39;est-à-dire La quatrième couche est comme un plan de masse et une trace de signal et contient des composants zéro supplémentaires. Figure 1 : Chacune des quatre cartes de circuit imprimé du module de commande d&39;interface de batterie du véhicule électrique ChevyVolt contient une pluralité de circuits d&39;induction et de circuits de communication CAN, et isole les bords du photocoupleur du sous-système de communication. Isolation du signal Dans l&39;utilisation des véhicules électriques, la communication et le contrôle sont un élément essentiel du véhicule, comme ChevyVolt, en utilisant une isolation de réseau multiple et en protégeant le sous-système indépendant, en utilisant un algorithme complexe pour gérer les groupes de batteries lithium-ion indépendants et surveiller le module de contrôle d&39;interface de batterie spécial Le pack de batteries dans chaque sous-système induit, mais les données clés en tant que gestion globale de la batterie sont contenues dans le réseau local du contrôleur (CAN, interface de signal de bus ControlraneNetWork et un signal de défaut haute tension, tandis que la sécurité et la fiabilité du système soulagent également l&39;isolation de sécurité du réseau de bus CAN et du circuit de détection haute tension, bien que l&39;isolation puisse être mise en œuvre en utilisant une variété de méthodes et de composants zéro, mais l&39;environnement exigeant et les multiples réglementations de sécurité exigent que le coupleur optoélectronique soit l&39;utilisation préférée de ce type.

Méthode. Le photocoupleur offre des capacités de suppression du bruit à coefficient élevé et constitue fondamentalement une amélioration du bruit électrique élevé, tel que l&39;EMC et l&39;EMI dans l&39;automobile. De plus, l&39;isolation en hauteur de l&39;alimentation de ce type d&39;appareil est liée à la pression de tension continue de la batterie à long terme. Et le changement rapide de haute tension transitoire dans la sonde, la connexion de charge et le retrait, ainsi que la conversion CC-CC sont essentiels.

Lors de la sélection de ce composant zéro clé, les exigences critiquées de la voiture incluent un emballage approprié et des spécifications de tension de fonctionnement, bien que les spécifications de performances telles que la vitesse, le débit de données et la consommation d&39;énergie soient toujours strictes, mais l&39;EMI est pris en compte pour la commutation rapide et le changement de courant élevé. La demande de dispositifs à très haute vitesse sera restreinte, se tournant ainsi vers l&39;amélioration des exigences de flexibilité plus élevées pour ajuster le taux d&39;onde de compression et restreindre les performances EMI. Afin de répondre aux exigences strictes de l&39;environnement d&39;utilisation de la voiture, AVAGO fournit plusieurs séries de produits photocoupleurs, qui peuvent être utilisés sur l&39;induction de tension du bloc-batterie, ce qui apporte l&39;interface de communication de données et d&39;autres isolations de sécurité, Tableau 1 Alimentation en ligne avec divers produits optocoupleurs pour l&39;utilisation des voitures. Tableau 1 : Divers photoconducteurs adaptés aux exemples de photocoupleurs automobiles, le photocoupleur ACPL-M43T d&39;AVAGO alimente la carte de circuit imprimé du module de commande d&39;interface de batterie à séparer, en tant que membre de la série Avagor2Coupler, ACPL-M43T est un boîtier SO-5JEDEC compact à 5 broches, adapté à l&39;optocoupleur numérique monocanal monté en surface.

En plus de renforcer les capacités d&39;isolation, les produits R2Coupler d&39;Avago utilisent une double ligne pour améliorer les connexions fonctionnelles clés, comme illustré dans la figure 2. De plus, le photocoupleur d&39;étanchéité présente une fiabilité plus élevée et une plage de températures de fonctionnement plus large, qui dépasse largement le produit photocoupleur utilisant des LED de qualité grand public. Spécialement conçus pour une utilisation automobile, les produits AVAGO utilisent des LED de niveau automobile, fabriquées selon le système de qualité ISO / TS16949 et sont conformes aux spécifications AEC-Q100.

Figure 2 : Avago utilise une connexion de fonction clé renforcée à deux fils avec les produits photocondensateurs ACPL-M43T. (Points forts de la figure) Cet appareil est idéal pour les besoins en batteries de véhicules électriques. L&39;alimentation comprend une tension de fonctionnement continue de 567 V, une surtension transitoire maximale de 6 000 V, une distance de fuite de 5 mm et un dégagement électrique de 5 mm, etc.

, lorsque 10 mA sont appliqués au courant, qu&39;il y ait une sortie logique de niveau haut ou bas ayant une perturbation instantanée en mode commun de 30 kV / s, cela peut réduire le risque de changements dans d&39;autres systèmes automobiles dans le réseau de lignes de transmission CAN.