Die Notwendigkeit, von benzin- und dieselbetriebenen Fahrzeugen (fossile Brennstoffe) auf Elektrofahrzeuge (EVs) umzusteigen, um den Kohlendioxidgehalt zu senken, hat viele kontroverse Themen ans Licht gebracht. Zu den häufigen Problemen gehören der Zeitpunkt der Umsetzung, die erforderliche Infrastruktur (einschließlich Schnellladesysteme für mehrere Fahrzeuge), eine gesetzliche und nicht verbraucherbasierte Einführung, laufende Systemverbesserungen und Quellen für neue kritische Rohstoffe.
Eines der einfacheren, aber immer noch offenen technischen Probleme, die Konstrukteure lösen müssen, ist die Stromerfassung Technologie. Für die sichere und effektive Umschaltung der Stromniveaus beim Antrieb von Elektrofahrzeugen (Motorsteuerung), Spannungsumwandlung, Batteriemanagement und Ladesystemen (On-Board-Ladegerät (OBC), Heim- und infrastrukturbasierte Systeme) sind Stromsensoren erforderlich.
Batterien sind die einzige Energiequelle für Elektrofahrzeuge und haben eine begrenzte Lebensdauer. Um ihre Lebensdauer zu verlängern, schätzt ein Batterieüberwachungssystem den Gesundheitszustand (SOH), den Ladezustand (SOC) und den Funktionszustand (SOF) mithilfe von Strom- und Temperatursensoren, die oft als IVT-Sensoren (Strom, Spannung und Temperatur) bezeichnet werden. Laut Research Reports World hat allein der Markt für Batteriestromsensoren für Elektrofahrzeuge im Jahr 1310.0 eine Marktgröße von 2021 Millionen US-Dollar, die im Prognosezeitraum mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 12.17 % zunimmt und bis 2610.0 2027 Millionen US-Dollar erreicht XNUMX.
Die gute Nachricht ist, dass Systemdesigner Wahlmöglichkeiten haben, bei denen Regierungen nicht vorschreiben müssen, wie sie aktuelle oder exotische Materialien wahrnehmen. Zu den Optionen gehören ein ohmscher (Strom-)Shunt, eine Vielzahl von Hall-Effekt-Sensordesigns mit Lieferantenauswahl, Stromtransformatoren, neue Technologieoptionen wie Magnetowiderstand und sogar Diamant-Quantensensoren. Zu den Systemdesignproblemen für Stromsensoren gehören High-Side- und Low-Side-Stromerfassung, Schnittstellenschaltung, Bandbreite, Reaktionszeit, Abschirmung, Flusskonzentratordesign, Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), Übersprechen, Programmierbarkeit und mehr.
Stromshunt
Ein Standard-Stromshunt ist die einfachste Lösung zur Strommessung. Es handelt sich um einen hochpräzisen Hochleistungswiderstand mit niedrigem Wert. Durch den Shunt geleiteter Strom führt zu einem Spannungsabfall proportional zum Strom (E=I*R). Allerdings muss die Spannung am Shunt verstärkt, isoliert und gemessen werden, um den Strompegel zu bestimmen. Da der Shunt-Widerstand in Reihe mit der Last liegt, führt der Spannungsabfall zu einem Leistungsverlust, sodass zunehmend kleinere Widerstandswerte verwendet werden. Das bedeutet, dass das analoge Frontend (AFE) zur Verstärkung und Kompensation des Spannungsabfalls sehr genau sein muss, um diese sehr kleinen Werte zu messen. Das AFE kann auch eine Isolierung für mehr Sicherheit bieten.
Hall-Effekt-Erkennung
Hall-Effekt-Stromsensoren messen die Stärke des Magnetfelds um einen stromdurchflossenen Leiter. Im Gegensatz zu Shunts, die direkt mit dem Hochstrom verbunden sind, sind Hall-Effekt-Geräte von der Last isoliert. Aufgrund ihrer inhärenten galvanischen Isolierung können Hall-Effekt-Stromsensoren sowohl Gleich- als auch Wechselströme messen, haben eine geringe Verlustleistung und sind thermisch von der Leistungselektronik entkoppelt.
Bei einem Hall-Effekt-Stromsensor ist das Hall-Element im Spalt eines Ferrit-Magnetkerns (Flussring oder Kollektor) montiert, der um den Stromleiter herum angeordnet ist. Die AFEs in kommerziell erhältlichen Geräten umfassen Verstärker zur Verstärkung und Umwandlung der Hall-Spannung auf einen nutzbaren Pegel sowie andere Schaltkreise. Differenzstromsensormessungen mit zwei Hall-Zellen bieten eine hohe Genauigkeit auch in einer verrauschten Umgebung, in der es zu Übersprechen durch benachbarte Stromleitungen oder magnetische Streufelder kommen kann.
In Teil 2 werden andere Technologien zur Strommessung in Elektrofahrzeugen erörtert.
Bibliographie
Verständnis der Strommessung in HEV/EV-Batterien
(34) Globaler Markt für Batteriestromsensoren für Elektrofahrzeuge [2023-2027] | Herausforderungen und Chancen | Marktwert wird voraussichtlich 2610 Millionen US-Dollar erreichen | LinkedIn
Bildquelle: Isabellenhutte_EV Shunt Resistors_tech Article_final (isabellenhuetteusa.com)
Ausgewählte Bildquelle: Hall-Effekt-Strommessung in Hybrid-Elektrofahrzeug-Anwendungen (HEV) | Allegro MicroSystems
Stromsensoren | XENSIV™ – hochpräzise kernlose Stromsensoren – Infineon Technologies