Como usar o fotoacoplador para isolar altas tensões para melhorar a segurança das baterias de íons de lítio de veículos elétricos

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Atualmente, no uso de veículos totalmente elétricos ou híbridos, o gerenciamento de baterias de íons de lítio de alta tensão enfrenta muitos desafios, além da falta de monitoramento e dos ciclos de carga e descarga, com base em considerações de segurança, é necessário isolar as baterias do fornecimento de centenas de tensões. Este artigo discute especialmente as necessidades de monitoramento de baterias de íons de lítio e discute componentes arquitetônicos e zero usados ​​por sistemas de monitoramento de baterias, sistemas de comunicação digital e interfaces de isolamento. No sistema de gerenciamento, a placa de monitoramento da bateria usa dois subsistemas principais para monitorar de forma confiável o status da bateria e fornecer resultados digitais ao sistema de controle principal operado pelo sistema de controle, a fim de separar esses subsistemas, em circuitos e placas de indução de bateria de alta tensão. O dispositivo de comunicação usa uma interface de sinal de isolamento óptico para garantir que a alta tensão não afete o subsistema digital.

As características da bateria de íons de lítio não correspondem ao complexo sistema eletrônico de veículos elétricos em termos de desempenho, segurança e requisitos de confiabilidade, e este ponto diretamente das características da bateria de íons de lítio, o material de lítio é descarregado, o material de lítio é geralmente ionizado no ânodo de grafite, então estes O íon de lítio é movido pelo eletrólito para atingir o cátodo, e o processo de carregamento é inverso de todo o programa, e os íons de lítio são trazidos de volta pelo cátodo através do separador. O desempenho e a confiabilidade deste programa de reação química são controlados pela temperatura e voltagem da unidade de bateria. Em uma temperatura mais baixa, a reação química é lenta, de modo que a voltagem da unidade da bateria é baixa e a velocidade da reação aumenta até o lítio conforme a temperatura aumenta, a velocidade da reação aumenta até o lítio A unidade de íons começa a falhar, quando a temperatura excede 100°Quando C, o eletrólito começa a analisar, a liberação de gás que pode causar a pressão das células da bateria no projeto, em alta temperatura, a unidade da bateria de íons de lítio pode liberar oxigênio devido à análise de óxido em face do descontrole térmico, aumento de temperatura ainda mais acelerado.

Portanto, as melhores condições operacionais para manter a bateria de íons de lítio são um requisito fundamental do sistema de gerenciamento de bateria. O desafio crítico ao projetar sistemas de controle e gerenciamento é garantir aquisição e decomposição confiáveis ​​de dados para monitorar o status das baterias de íons de lítio no carro. E esse é o problema característico da própria bateria de íons de lítio.

No veículo elétrico ChevyVolt, o conjunto de baterias contém 288 baterias de íons de lítio em formato de prisma, divididas em 96 conjuntos de baterias, e fornece tensões de sistema de 386,6 V CC, que formam quatro baterias principais em conjunto com sensores de temperatura e unidades de resfriamento. Módulo, a linha de detecção de tensão conectada a cada grupo de baterias é conectada a cada módulo de bateria, e o terminal é resolvido e conectado ao módulo de interface de bateria acima de cada módulo de bateria através do conector combinado do feixe de detecção de tensão, 4 usando cores.

O módulo de interface de bateria indicado opera em diferentes posições do conjunto de baterias, correspondendo respectivamente à faixa de baixa tensão de neutralização e alta tensão de 4 módulos de deslocamento de tensão CC. Os dados fornecidos pelo módulo de interface da bateria serão enviados ao módulo de controle de energia da bateria e, em seguida, fornecerão a situação de falha, o estado e as informações de diagnóstico a um módulo de controle híbrido como um controlador primário de diagnóstico do veículo. A qualquer momento, todo o sistema executará mais de 5.000 diagnósticos do sistema, 85% dos diagnósticos se concentram na segurança da bateria, além do desempenho e do controle de vida útil da bateria alvo. A decomposição do desempenho da bateria da placa de circuito multicamadas começa no módulo de controle da interface da bateria usado em veículos elétricos ChevyVolt, consulte a FIG.

1, especificamente voltado para alta integridade de sinal, usando uma placa de circuito de design de quatro camadas usando uma tecnologia de layout de rastreamento, isolamento A combinação de técnicas e planos de aterramento para ajudar a garantir a integridade do sinal no ambiente desafiador, onde a camada superior contém a maioria dos componentes zero, incluindo isoladores ópticos, planos de aterramento e traços de sinal com vários furos passantes, O caminho de fornecimento para a camada inferior é fornecido com a segunda camada, e a fonte de alimentação e o plano de aterramento são distribuídos abaixo da zona de alta tensão da placa de circuito, e a terceira camada contém a linha de sinal abaixo dessas áreas, o outro lado da placa de circuito impresso, que é A quarta camada é como um plano de aterramento e traço de sinal e contém alguns componentes zero extras. Figura 1: Cada uma das quatro placas de circuito do módulo de controle da interface da bateria no veículo elétrico ChevyVolt contém uma pluralidade de circuitos de indução e circuitos de comunicação CAN e isola as bordas do fotoacoplador do subsistema de comunicação. Isolamento de sinal No uso de veículos elétricos, a comunicação e o controle são um crimp do veículo, como o ChevyVolt, usando isolamento de rede múltipla e protegendo o subsistema independente, usando algoritmo complexo para gerenciar grupos independentes de baterias de íons de lítio e monitorar o módulo de controle de interface de bateria especial O pacote de bateria em cada subsistema induzido, mas os dados principais como um gerenciamento geral da bateria estão contidos na rede local do controlador (CAN, interface de sinal de barramento ControlraneNetWork e um sinal de falha de alta tensão, enquanto a segurança e a confiabilidade do sistema também liberam o isolamento de segurança da rede de barramento CAN e do circuito de detecção de alta tensão, embora o isolamento possa ser implementado usando uma variedade de métodos e componentes zero, mas o ambiente exigente e os vários regulamentos de segurança exigem que o acoplador optoeletrônico seja o uso preferido deste tipo.

Método. O fotoacoplador fornece capacidades de supressão de ruído de alto coeficiente e é fundamentalmente altamente aprimorado em termos de ruído elétrico, como EMC e EMI no setor automotivo. Além disso, o isolamento de altura desse tipo de alimentação do dispositivo está relacionado à pressão de tensão CC da bateria de longo prazo. E a rápida mudança transitória de alta tensão na sonda, conexão de carga e remoção, e conversão CC-CC são essenciais.

Ao selecionar este componente zero chave, os requisitos criticados do carro incluem especificações adequadas de pacote e tensão operacional, embora as especificações de desempenho, como velocidade, taxa de dados e consumo de energia, ainda sejam rigorosas, mas a EMI é considerada para a troca rápida e alta mudança de corrente. A demanda por dispositivos de ultra-alta velocidade será restrita, voltando-se assim para melhorar os requisitos de maior flexibilidade para ajustar a taxa de onda de compressão e o desempenho de restrição de EMI. Para atender aos rigorosos requisitos do ambiente de uso do carro, a AVAGO fornece várias séries de produtos fotoacopladores, que podem ser usados ​​na indução de tensão do conjunto de baterias, o que traz a interface de comunicação de dados e outro isolamento de segurança, Tabela 1 Fornecimento em linha com vários produtos optoacopladores para uso em carros. Tabela 1: Vários fotocondutores adequados para exemplos de fotoacopladores automotivos, o fotoacoplador ACPL-M43T da AVAGO fornece a placa de circuito do módulo de controle da interface da bateria a ser separada, como um membro da série Avagor2Coupler, o ACPL-M43T é um pacote SO-5JEDEC compacto de 5 pinos, adequado para optoacoplador digital de canal único montado em superfície.

Além de fortalecer as capacidades de isolamento, os produtos R2Coupler da Avago usam linha dupla para melhorar as principais conexões funcionais, conforme mostrado na Figura 2. Além disso, o fotoacoplador de vedação apresenta maior confiabilidade e maior faixa de temperatura operacional, o que excede em muito o produto fotoacoplador que usa LEDs de nível de consumidor. Especialmente projetados para uso automotivo, os produtos da AVAGO utilizam LEDs de nível de carro, fabricados pelo sistema de qualidade ISO/TS16949 e atendem às especificações AEC-Q100.

Figura 2: A Avago usa conexão de função de chave reforçada de dois fios com produtos fotocondensadores ACPL-M43T. (Destaques na figura) Este dispositivo é ideal para atender às necessidades de baterias de veículos elétricos. O fornecimento inclui tensão de trabalho contínua de 567 V, sobretensão transitória máxima de 6000 V, distância de fuga de 5 mm e folga elétrica de 5 mm, etc.

, quando 10 mA é inserido na corrente, quer haja uma saída lógica de nível alto ou baixo com perturbação instantânea de modo comum de 30 kV/s, isso pode reduzir a chance de alterações em outros sistemas do carro na rede de linha de transmissão CAN.