La nécessité de passer des véhicules alimentés à l'essence et au diesel (combustibles fossiles) aux véhicules électriques (VE) pour réduire les niveaux de dioxyde de carbone a révélé de nombreuses questions controversées. Les problèmes courants incluent le calendrier de mise en œuvre, l’infrastructure requise (y compris les systèmes multi-véhicules à recharge rapide), l’adoption par la loi plutôt que par le consommateur, les améliorations continues du système et les sources de nouvelles matières premières critiques.
L'un des problèmes techniques les plus simples, mais toujours ouverts que les ingénieurs concepteurs doivent résoudre, est la détection du courant. sans souci. La commutation sûre et efficace des niveaux de courant impliqués dans la propulsion des véhicules électriques (commande du moteur), la conversion de tension, la gestion de la batterie et les systèmes de charge (chargeur embarqué (OBC), domestique et basé sur l'infrastructure) nécessitent tous des capteurs de courant.
Les batteries sont la seule source d’énergie des véhicules électriques et ont une durée de vie limitée. Pour prolonger leur durée de vie, un système de surveillance des batteries estime l'état de santé (SOH), l'état de charge (SOC) et l'état de fonctionnement (SOF) à l'aide de capteurs de courant et de température, souvent appelés capteurs IVT (courant, tension et température). Selon Research Reports World, le marché des capteurs de courant de batterie de véhicules électriques à lui seul a une taille de marché évaluée à 1310.0 2021 millions de dollars en 12.17, augmentant à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 2610.0 % au cours de la période de prévision, et atteignant 2027 XNUMX millions de dollars d'ici XNUMX.
La bonne nouvelle est que les concepteurs de systèmes disposent de choix qui n’obligent pas les gouvernements à dicter la façon dont ils perçoivent le courant ou à impliquer des matériaux exotiques. Parmi les choix figurent un shunt résistif (de courant), une variété de conceptions de capteurs à effet Hall avec des choix de fournisseurs, des transformateurs de courant, de nouvelles options technologiques telles que la magnétorésistance et même des capteurs quantiques en diamant. Les problèmes de conception du système pour les capteurs de courant incluent la détection du courant côté haut et côté bas, les circuits d'interface, la bande passante, le temps de réponse, le blindage, la conception du concentrateur de flux, le rapport signal sur bruit (SNR), la diaphonie, la programmabilité, etc.
Shunt actuel
Un shunt de courant standard est la solution la plus simple pour détecter le courant. Il s'agit d'une résistance de haute précision, de faible valeur et de haute puissance. Le courant acheminé à travers le shunt entraîne une chute de tension proportionnelle au courant (E=I*R). Cependant, la tension aux bornes du shunt doit être amplifiée, isolée et mesurée pour déterminer le niveau de courant. Étant donné que la résistance shunt est en série avec la charge, la chute de tension entraîne une perte de puissance, c'est pourquoi des valeurs de résistance de plus en plus petites sont utilisées. Cela signifie que le frontal analogique (AFE) destiné à amplifier et compenser la chute de tension doit être très précis pour mesurer ces très petites valeurs. L'AFE peut également fournir une isolation pour une sécurité améliorée.
Détection à effet Hall
Les capteurs de courant à effet Hall mesurent l'amplitude du champ magnétique autour d'un conducteur porteur de courant. Contrairement aux shunts directement connectés au courant élevé, les dispositifs à effet Hall sont isolés de la charge. Grâce à leur isolation galvanique inhérente, les capteurs de courant à effet Hall peuvent mesurer à la fois les courants continus et alternatifs, présentent une faible perte de puissance et sont thermiquement découplés de l'électronique de puissance.
Dans un capteur de courant à effet Hall, l'élément Hall est monté dans l'espace d'un noyau magnétique en ferrite (anneau de flux ou collecteur) placé autour du conducteur de courant. Les AFE des appareils disponibles dans le commerce comprennent des amplificateurs pour augmenter et convertir la tension Hall en un niveau utilisable et d'autres circuits. Les mesures de capteurs de courant différentiel utilisant deux cellules Hall offrent une grande précision même dans un environnement bruyant où une diaphonie peut se produire à partir de lignes de courant adjacentes ou de champs magnétiques parasites.
La deuxième partie abordera d'autres technologies de détection de courant dans les véhicules électriques.
Bibliographie
Comprendre la détection de courant dans les batteries HEV/EV
(34) Marché mondial des capteurs de courant de batterie de véhicule électrique [2023-2027] | Défis et opportunités | Le marché devrait atteindre 2610 XNUMX millions de dollars | LinkedIn
Source de l'image : Isabellenhutte_EV Shunt Resistors_tech article_final (isabellenhuetteusa.com)
Source de l'image en vedette : Détection de courant à effet Hall dans les applications de véhicules électriques hybrides (HEV) | Allegro MicroSystèmes
Capteurs de courant | XENSIV™ – capteurs de courant sans noyau de haute précision – Infineon Technologies