Cara menggunakan photocoupler untuk mengisolasi tegangan tinggi guna meningkatkan keamanan paket baterai lithium-ion kendaraan listrik

著者：Iflowpower – ຜູ້ຜະລິດສະຖານີພະລັງງານແບບພົກພາ

Saat ini, dalam penggunaan kendaraan listrik penuh atau hibrida, pengelolaan paket baterai lithium-ion tegangan tinggi menghadapi banyak tantangan, selain siklus non-pemantauan dan pengisian dan pengosongan, berdasarkan pertimbangan keselamatan, perlu untuk mengisolasi paket baterai dari penyediaan ratusan tegangan. Makalah ini secara khusus membahas kebutuhan pemantauan baterai ion litium, dan membahas komponen arsitektur dan nol yang digunakan oleh sistem pemantauan baterai, sistem komunikasi digital, dan antarmuka isolasi. Pada sistem manajemen, papan pemantauan baterai menggunakan dua subsistem utama untuk memantau status baterai secara andal dan memasok hasil digital ke sistem kontrol utama yang dioperasikan oleh sistem kontrol, untuk memisahkan subsistem ini, dalam sirkuit dan papan induksi baterai tegangan tinggi. Perangkat komunikasi menggunakan antarmuka sinyal isolasi optik untuk memastikan bahwa tegangan tinggi tidak memengaruhi subsistem digital.

Karakteristik baterai ion litium tidak sesuai dengan sistem elektronik kompleks kendaraan listrik dalam hal persyaratan kinerja, keamanan, dan keandalan. Hal ini ditunjukkan langsung dari karakteristik baterai ion litium. Material litium dilepaskan, material litium biasanya terionisasi di anoda grafit, kemudian ion litium tersebut digerakkan oleh elektrolit hingga mencapai katoda. Proses pengisian berlangsung secara terbalik di seluruh program. Ion litium dibawa kembali oleh katoda melalui pemisah. Kinerja dan keandalan program reaksi kimia ini dikontrol oleh suhu dan tegangan unit baterai. Pada suhu yang lebih rendah, reaksi kimia berlangsung lambat, sehingga tegangan unit baterai rendah, dan kecepatan reaksi meningkat hingga lithium saat suhu meningkat, kecepatan reaksi meningkat hingga unit ion lithium mulai mogok, saat suhu melebihi 100°Ketika C, elektrolit mulai menganalisis, pelepasan gas yang dapat menyebabkan tekanan sel baterai dalam desain, pada suhu tinggi, unit baterai ion litium dapat melepaskan oksigen karena analisis oksida dalam menghadapi termal di luar kendali, kenaikan suhu yang lebih cepat lagi.

Oleh karena itu, kondisi operasi terbaik untuk memelihara baterai ion litium merupakan persyaratan utama sistem manajemen baterai. Tantangan kritis saat merancang sistem kontrol dan manajemen adalah memastikan perolehan dan dekomposisi data yang andal untuk memantau status baterai lithium-ion di mobil. Dan ini merupakan masalah khas dari baterai ion litium itu sendiri.

Pada kendaraan listrik ChevyVolt, paket baterai berisi 288 baterai lithium-ion berbentuk prisma, dibagi menjadi 96 paket baterai, dan memasok tegangan sistem 386,6 V DC, yang membentuk empat baterai utama bersama dengan sensor suhu dan unit pendingin. Modul, jalur penginderaan tegangan yang terhubung ke setiap kelompok baterai dihubungkan ke setiap modul baterai, dan terminal dipecahkan dan dihubungkan ke modul antarmuka baterai di atas setiap modul baterai melalui konektor gabungan sinar penginderaan tegangan, 4 menggunakan warna.

Modul antarmuka baterai yang ditunjukkan beroperasi pada berbagai posisi kemasan baterai, masing-masing sesuai dengan rentang tegangan rendah, netralisasi tinggi dari 4 modul pengimbang tegangan DC. Data yang diberikan oleh modul antarmuka baterai akan dikirim ke modul kontrol energi baterai, kemudian memberikan situasi kesalahan, status, dan informasi diagnostik ke modul kontrol hibrid sebagai pengendali utama diagnostik kendaraan. Setiap saat, seluruh sistem akan menjalankan lebih dari 5.000 diagnostik sistem. 85% diagnostik difokuskan pada keamanan paket baterai, sedangkan yang lainnya adalah kontrol performa dan masa pakai baterai target. Dekomposisi kinerja baterai papan sirkuit multilayer dimulai di modul kontrol antarmuka baterai yang digunakan dalam kendaraan listrik ChevyVolt, silakan lihat FIG.

1, khususnya yang menghadapi integritas sinyal tinggi, menggunakan papan sirkuit desain empat lapis yang menggunakan teknologi tata letak jejak, isolasi Kombinasi teknik dan bidang tanah untuk membantu memastikan integritas sinyal di lingkungan yang menantang, di mana lapisan paling atas berisi sebagian besar komponen nol, termasuk isolator optik, bidang tanah, dan jejak sinyal dengan beberapa lubang tembus, Jalur pasokan ke lapisan bawah disuplai dengan lapisan kedua, dan catu daya dan bidang tanah didistribusikan di bawah zona tegangan tinggi papan sirkuit, dan lapisan ketiga berisi jalur sinyal di bawah area ini, sisi lain dari papan sirkuit tercetak, yaitu Lapisan keempat sebagai bidang tanah dan jejak sinyal dan berisi beberapa komponen nol tambahan. Gambar 1: Masing-masing dari empat papan sirkuit modul kontrol antarmuka baterai di kendaraan listrik ChevyVolt berisi sejumlah besar sirkuit induksi dan sirkuit komunikasi CAN, dan mengisolasi tepi fotokopler dari subsistem komunikasi. Isolasi sinyal Dalam penggunaan kendaraan listrik, komunikasi dan kontrol merupakan halangan kendaraan, seperti ChevyVolt, yang menggunakan isolasi jaringan jamak dan melindungi subsistem independen, menggunakan algoritma kompleks untuk mengelola kelompok baterai ion litium independen, dan memantau Modul Kontrol Antarmuka Baterai khusus. Paket baterai di setiap subsistem yang diinduksi, tetapi data utama sebagai manajemen baterai keseluruhan terdapat di jaringan area lokal pengontrol (CAN, antarmuka sinyal bus ControlraneNetWork, dan sinyal kesalahan tegangan tinggi. Sementara itu, keamanan dan keandalan sistem juga membebaskan isolasi keselamatan jaringan bus CAN dan sirkuit penginderaan tegangan tinggi. Meskipun isolasi dapat diimplementasikan menggunakan berbagai metode dan komponen nol, tetapi lingkungan yang menuntut dan berbagai peraturan keselamatan mengharuskan kopler optoelektronik menjadi penggunaan jenis ini yang lebih disukai.

Metode. Fotokopler menyediakan kemampuan penekanan derau dengan koefisien tinggi, dan pada dasarnya merupakan peningkatan derau elektrik yang tinggi seperti EMC dan EMI pada otomotif, sebagai tambahan, isolasi ketinggian dari jenis pasokan perangkat ini terkait dengan tekanan tegangan DC paket baterai jangka panjang. Dan perubahan transien tegangan tinggi yang cepat pada probe, sambungan pengisian, dan pelepasan, serta konversi DC-DC sangat penting.

Saat memilih komponen kunci nol ini, persyaratan mobil yang dikritik meliputi spesifikasi paket dan tegangan operasi yang sesuai, meskipun spesifikasi kinerja seperti kecepatan, laju data, dan konsumsi daya masih ketat, tetapi EMI dipertimbangkan untuk peralihan cepat dan perubahan arus tinggi. Permintaan untuk perangkat berkecepatan sangat tinggi akan dibatasi, sehingga beralih untuk meningkatkan persyaratan fleksibilitas yang lebih tinggi untuk menyesuaikan laju gelombang kompresi dan kinerja EMI pembatasan. Untuk memenuhi persyaratan ketat pada lingkungan penggunaan mobil, AVAGO menyediakan beberapa rangkaian produk photocoupler, yang dapat digunakan pada induksi tegangan pada paket baterai, yang menghadirkan antarmuka komunikasi data dan isolasi pengaman lainnya, Tabel 1 Pasokan sejalan dengan berbagai produk Optocoupler untuk penggunaan mobil. Tabel 1: Berbagai fotokonduktor yang cocok untuk contoh fotokopler otomotif, fotokopler ACPL-M43T AVAGO memasok papan sirkuit modul kontrol antarmuka baterai untuk dipisahkan, sebagai anggota seri Avagor2Coupler, ACPL-M43T adalah paket SO-5JEDEC 5-pin yang ringkas, cocok untuk optokopler digital saluran tunggal yang dipasang di permukaan.

Selain memperkuat kemampuan isolasi, produk R2Coupler Avago menggunakan jalur ganda untuk meningkatkan sambungan fungsional utama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Selain itu, fotokopler penyegel menunjukkan keandalan yang lebih kuat dan rentang suhu pengoperasian yang lebih luas, yang jauh melampaui produk fotokopler yang menggunakan LED tingkat konsumen. Dirancang khusus untuk penggunaan otomotif, produk AVAGO menggunakan LED level mobil, diproduksi oleh sistem mutu ISO / TS16949, dan mematuhi spesifikasi AEC-Q100.

Gambar 2: Avago menggunakan sambungan fungsi kunci yang diperkuat dua kabel dengan produk fotokondensor ACPL-M43T. (Sorotan pada Gambar) Perangkat ini ideal untuk kebutuhan paket baterai kendaraan listrik. Pasokannya meliputi tegangan kerja kontinu 567V, tegangan lebih transien maksimum 6000V, jarak rambat 5MM dan jarak bebas listrik 5MM, dsb.

, ketika 10mA dimasukkan ke arus, Apakah ada keluaran level logika tinggi atau rendah yang memiliki gangguan sesaat mode umum 30 kV / s, itu dapat mengurangi kemungkinan perubahan pada sistem mobil lain ke dalam jaringan saluran transmisi CAN.