La necesidad de pasar de vehículos propulsados por gasolina y diésel (combustibles fósiles) a vehículos eléctricos (EV) para reducir los niveles de dióxido de carbono ha revelado muchas cuestiones controvertidas. Los problemas comunes incluyen el momento de implementación, la infraestructura requerida (incluidos los sistemas de carga rápida para múltiples vehículos), la adopción legislada en lugar de basada en el consumidor, mejoras continuas del sistema y fuentes de nuevas materias primas críticas.
Uno de los problemas técnicos más sencillos, aunque todavía abiertos, que los ingenieros de diseño deben resolver es la sensación actual. la tecnología. Cambiar de forma segura y eficaz los niveles de corriente involucrados en la propulsión de vehículos eléctricos (control de motores), la conversión de voltaje, la gestión de baterías y los sistemas de carga (cargador a bordo (OBC), doméstico y basado en infraestructura) requiere sensores de corriente.
Las baterías son la única fuente de energía de los vehículos eléctricos y tienen una vida útil limitada. Para prolongar su vida útil, un sistema de monitoreo de baterías estima el estado de salud (SOH), el estado de carga (SOC) y el estado de función (SOF) utilizando sensores de corriente y temperatura, a menudo llamados sensores IVT (corriente, voltaje y temperatura). Según Research Reports World, el mercado de sensores de corriente de baterías de vehículos eléctricos por sí solo tiene un tamaño de mercado valorado en 1310.0 millones de dólares en 2021, aumentando a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 12.17% durante el período de pronóstico y alcanzando los 2610.0 millones de dólares en 2027.
La buena noticia es que los diseñadores de sistemas tienen opciones que no requieren que los gobiernos dicten cómo perciben los materiales actuales o exóticos. Entre las opciones se encuentran una derivación resistiva (de corriente), una variedad de diseños de sensores de efecto Hall con opciones de proveedores, transformadores de corriente, nuevas opciones tecnológicas como la magnetorresistencia e incluso sensores cuánticos de diamante. Los problemas de diseño del sistema para sensores de corriente incluyen detección de corriente del lado alto versus lado bajo, circuitos de interfaz, ancho de banda, tiempo de respuesta, blindaje, diseño del concentrador de flujo, relación señal-ruido (SNR), diafonía, programabilidad y más.
Derivación de corriente
Una derivación de corriente estándar es la solución más sencilla para detectar corriente. Es una resistencia de alta potencia, bajo valor y alta precisión. La corriente enviada a través de la derivación produce una caída de voltaje proporcional a la corriente (E=I*R). Sin embargo, es necesario amplificar, aislar y medir el voltaje a través de la derivación para determinar el nivel de corriente. Dado que la resistencia en derivación está en serie con la carga, la caída de voltaje produce una pérdida de potencia, por lo que se utilizan valores de resistencias cada vez más pequeños. Esto significa que el extremo frontal analógico (AFE) para amplificar y compensar la caída de voltaje debe ser muy preciso para medir estos valores tan pequeños. El AFE también puede proporcionar aislamiento para mejorar la seguridad.
Detección de efecto Hall
Los sensores de corriente de efecto Hall miden la magnitud del campo magnético alrededor de un conductor que transporta corriente. A diferencia de las derivaciones que están conectadas directamente a la alta corriente, los dispositivos de efecto Hall están aislados de la carga. Con su aislamiento galvánico inherente, los sensores de corriente de efecto Hall pueden medir corrientes CC y CA, tienen una baja pérdida de energía y están térmicamente desacoplados de la electrónica de potencia.
En un sensor de corriente de efecto Hall, el elemento Hall está montado en el espacio de un núcleo magnético de ferrita (anillo de flujo o colector) colocado alrededor del conductor de corriente. Los AFE en dispositivos disponibles comercialmente incluyen amplificadores para aumentar y convertir el voltaje Hall a un nivel utilizable y otros circuitos. Las mediciones del sensor de corriente diferencial que utilizan dos celdas Hall proporcionan una alta precisión incluso en un entorno ruidoso donde pueden producirse interferencias debido a líneas de corriente adyacentes o campos magnéticos parásitos.
La parte 2 discutirá otras tecnologías para la detección de corriente en vehículos eléctricos.
Referencias
Comprensión de la detección de corriente en baterías HEV/EV
(34) Mercado mundial de sensores de corriente de baterías de vehículos eléctricos [2023-2027] | Retos y Oportunidades | Se espera que el mercado alcance un valor de 2610 millones de dólares | LinkedIn
Fuente de la imagen: Isabellenhutte_EV Shunt Resistors_tech artículo_final (isabellenhuetteusa.com)
Fuente de la imagen destacada: Detección de corriente de efecto Hall en aplicaciones de vehículos eléctricos híbridos (HEV) | Allegro Microsistemas
Sensores de corriente | XENSIV™ – sensores de corriente sin núcleo de alta precisión – Infineon Technologies