Eine genaue Überwachung und zusätzlicher Schutz können dazu beitragen, dass Hybrid- und Elektrofahrzeuge länger und weiter fahren.

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Referenzdesigns und Analog-ICs Länger und weiter elektrisch fahren

09.05.2019

Texas Instruments hat geprüfte Referenzdesigns für Batteriemanagement- und Traktionswechselrichter-Systeme sowie neue analoge Schaltungen mit Überwachungs- und Schutzfunktionen vorgestellt. Sie sollen zur Senkung der CO2-Emissionen beitragen und Hybrid- und Elektrofahrzeugen dazu verhelfen, länger und weiter zu fahren.

Das neue Referenzdesign für ein Batteriemanagement-System (BMS) von TI auf Basis des Batteriewächter- und Balancer-Bausteins BQ79606A-Q1 ist für Überwachungsschaltungen von sechs bis 96 Zellen skalierbar. Entwickler erhalten damit die Möglichkeit zur zügigen Markteinführung ihrer Automotive-Lösungen. Das Design implementiert die Batterieüberwachung in einer Daisy-Chain-Konfiguration zur Realisierung eines präzisen und zuverlässigen Systemdesigns für drei bis 378 in Serie geschaltete Lithium-Ionen-Akkusätze mit Spannungen von 12 V bis 1,5 kV.

Sicherheitsanforderungen einhalten

Der BQ79606A-Q1 überwacht Temperatur- und Spannungswerte und unterstützt dabei, die Batterielebensdauer und den Aktionsradius zu vergrößern. Darüber hinaus sorgt der Batteriewächter für eine sichere Zustandsübermittlung. Diese wiederum unterstützt Systemdesigner bei der Einhaltung von Sicherheitsanforderungen bis Automotive Safety Integrity Level D (ASIL D), der höchsten Funktionssicherheitsvorgabe der für Straßenfahrzeuge geltenden Norm ISO 26262.

Zuverlässiges Wärmemanagement

Angesichts der hohen Leistung, die den Traktionswechselrichter und die Batterien eines Elektrofahrzeugs durchläuft, können hohe Temperaturen potenziell schädlich für die ebenso kostspieligen wie empfindlichen Elemente des Antriebsstrangs sein. Ein ausgefeiltes Wärmemanagement des Systems ist deshalb nicht nur für die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs entscheidend, sondern auch für den Schutz seiner Insassen.

Um Antriebsstrangsysteme wie etwa einen 48-V-Startergenerator vor Überhitzung zu schützen, hat TI den Temperatursensor des Typs TMP235-Q1 mit Analogausgang vorgestellt. Der durch eine niedrige Ruhestromaufnahme von 9 µA gekennzeichnete Baustein bietet eine Genauigkeit von typisch ±0,5 °C beziehungsweise maximal ±2,5 °C über den vollen Temperaturbereich von -40 bis 150 °C. Dadurch ermöglicht er Traktionswechselrichter-Systemen, besser auf Temperatursprünge zu reagieren und die richtigen Temperaturmanagement-Techniken anzuwenden.

Platzsparender Schutz

Mit dem Temperatursensor TMP235-Q1 und den kürzlich vorgestellten Gatetreibern UCC21710-Q1 und UCC21732-Q1 lassen sich kleinere und effizientere Traktionswechselrichter-Designs realisieren. Die Bausteine sind nach Herstellerangaben die ersten isolierten Gatetreiber mit integrierten Sensorfunktionen für IGBTs und FETs auf SiC-Basis. Sie können die Systemzuverlässigkeit in Anwendungen mit Betriebsspannungen bis zu 1,5 kVrms steigern und bieten eine Isolation gegen Spannungsspitzen bis zu 12,8 kV sowie eine Nenn-Isolationsspannung von 5,7 kV.

Die Bauelemente verfügen darüber hinaus über kurze Ansprechzeiten. Damit bieten sie Schutz gegen Überstromereignisse und sollen gleichzeitig ein sicheres Abschalten des Systems gewährleisten.

Drei Arten von Bias-Versorgungsoptionen

Zur Versorgung der neuen Gatetreiber direkt aus dem 12-V-Bordnetz hat TI ebenfalls ein neues Referenzdesign vorgestellt, das drei verschiedene Arten von Bias-Versorgungsoptionen für IGBTs und SiC-FETs für die Leistungsstufen von Traktionswechselrichtern demonstriert. Es besteht aus Verpolungsschutzschaltungen, Klemmschaltungen für elektrische Transienten sowie Über- und Unterspannungsschutzschaltungen.

Bestandteil des Designs ist der neue LM5180-Q1. Er ist ein synchroner Abwärtswandler für 100 V und 1 A mit einer Standby-Ruhestromaufnahme von 10 µA.

Bildergalerie

  • Damit Antriebsstrangsysteme nicht mehr überhitzen, stellt Texas Instruments einen neuen Temperatursensor vor.

    Bild: Texas Instruments

  • Vorserienmuster der Produkte gibt es nun im TI Store. Preise und Gehäusebauarten sind dieser Tabelle zu entnehmen.

    Bild: Texas Instruments

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