חלק 1 של מאמר זה התייחס ל-shunts הנוכחי ועיצובי חיישני אפקט הול. חלק זה דן בשנאים נוכחיים וחדשים טֶכנוֹלוֹגִיָה אפשרויות כגון התנגדות למגנט ואפילו חיישנים קוונטיים של יהלום.
אחת הבעיות העיקריות בכלי רכב חשמליים (EVs) של ימינו היא ההתפתחות המתמשכת של הטכנולוגיה, כאשר הסטנדרטים מתפתחים גם כן. ב-100+ השנים שבהן היו קיימים כלי רכב ממונעים בדלק מאובנים, השימוש הכמעט בלעדי בבנזין ובדיזל עם עופרת ולאחר מכן נטול עופרת אפשר למקם תחנות תדלוק בכל מקום בו נדרשו במדינות ברחבי העולם עם חלוקת דלק סטנדרטית. בעוד שהמתח במכשירי החשמל של היום הוא בדרך כלל סביב 400 וולט, למחברים לטעינה המהירה ביותר (רמה 3) יש שלושה עיצובים שונים: SAE Combo, Tesla ו-CHAdeMO. עם זאת, עם Performance Battery Plus שהוצגה לאחרונה, פורשה מציעה כעת מכוניות ייצור (דגמי טייקן) עם מתח מערכת של 800 וולט (טווח מתח של 610 עד 835 וולט). מתחים גבוהים יותר פירושם טעינה מהירה יותר ושינויים מתמשכים עלולים לגרום למתכנני מערכות לשנות את בחירת חיישני הזרם שלהם במערכות EV מסוימות.
חיישני שנאי זרם
חיישני שנאי זרם מוצעים בשתי וריאציות עיצוב שונות: קונבנציונלי וסליל Rogowski. בהתבסס על חוק פאראדיי, חישת שנאי זרם היא טכניקה לא פולשנית (מבודדת) המודדת זרם חילופין (AC). הוא משתמש בסליל עם ליבה מגנטית, ושימור יחס האמפר-סיבובים כדי להפחית משמעותית את זרם הסליל הנמדד מרמת הזרם הראשונית. בדרך כלל, שנאי זרם יהיה בעל סיבוב ראשוני עם סיבוב בודד ופצע משני של 10 עד 1,000 סיבובים על חומר ליבה מגנטית שנבחר עבור טווח התדרים. בנוסף לבידוד המובנה שלהם, שנאי זרם הם גם ליניאריים ביותר ויכולים להשיג טווח דינמי רחב.
במקום להשתמש בליבה מגנטית, סליל רוגובסקי הוא סולנואיד ליבת אוויר כפוף למעגל כמעט סגור סביב מוליך נושא זרם גבוה למדידת AC. בניגוד לחומרים פרומגנטיים, האוויר אינו יוצר אי-לינאריות או רוויה, ולכן היעדר ליבה מגנטית מספק לסליל רוגובסקי יכולת לקרוא זרמים בתדר גבוה מאוד ובמשרעת גבוהה. עם זאת, במקום לציין ישירות את כמות הזרם, הפלט שלו פרופורציונלי לקצב השינוי בזרם (di/dt). כדי לקבל את הקריאה הנוכחית, יש לשלב את הפלט של הסליל. כתוצאה מכך, האינטגרטור מגביל בהכרח את טווח התדרים והמשרעת שהסליל יכול למדוד.
חישת התנגדות מגנטית
ההתנגדות החשמלית של חיישן מגנוטי משתנה כאשר הוא נתון לשדה מגנטי חיצוני. מוצרי חישת התנגדות מגנטית זמינים בשלושה סוגים: טכנולוגיות התנגדות מגנטית אנזוטרופית (AMR), התנגדות מגנטית ענקית (GMR) וטכנולוגיות התנגדות מגנטית (TMR). שלא כמו אלמנט AMR או אלמנט GMR, אלמנט מגנטורותי מנהרה (TMR) יכול לייצר תפוקה גבוהה בהרבה. כטכנולוגיית החיישנים המגנטיים החדשה ביותר, היתרונות של TMR עבור יישומי חישת זרם EV כוללים פחות רגישות לשינויי טמפרטורה, רגישות מגנטית גבוהה במיוחד ו-SNR גבוה. יתרונות נוספים של TMR כוללים צריכת חשמל נמוכה, זיהוי זרם יתר ופין תקלות שניתן לתכנות, חישה דו-כיוונית ובידוד מתח גבוה כדי להבטיח בטיחות.
חיישן זרם קוונטי של יהלום
בעודם נמצאים במצב מחקר ופיתוח, חיישני קוונטים של יהלום מציעים טווח דינמי רחב מטבעו ורגישות גבוהה למדידת זרם הסוללה. התכנון של החוקרים משתמש בזיהוי דיפרנציאלי של שני חיישנים כדי לחסל רעש סביבתי במצב נפוץ ברכב. בקרה דיגיטלית-אנלוגית של אותות מעורבת עקבה אחר תדרי המיקרוגל התהודה המגנטית של החיישן הקוונטי על פני טווח דינמי רחב ולא הצביעה על סטייה.
בצג אב-טיפוס של סוללה, חיישן קוונטי היהלום מדד את זרם הסוללה עד 130 A מכסה את דפוס הנהיגה של נוהל בדיקת כלי רכב קלים (WLTC). היכולת של חיישן הזרם להעריך במדויק את מצב הטעינה של הסוללה נותחה להיות 10 mA. הבדיקה אישרה טווח טמפרטורת פעולה של -40 עד +85 מעלות צלזיוס וטווח דינמי זרם מרבי של ± 1000 A.
הפניות
דגמי פורשה טייקאן 2025 החדשים - Porsche Newsroom ארה"ב
Taycan, Taycan 4S, Turbo ו-Turbo S – הסוללה – פורשה טייקן
רכבי חשמליים טעונים | מבט מקרוב על חיישני זרם ב-EVs - Charged EVs
מקור תמונה: מיטוב ביצועים מ-Rogowski Coil Current Transformers – DENT Instruments
TMR Coreless Current Sensing ברכבי רכב חשמליים https://crocus-technology.com/tmr-coreless-current-sensing-in-evs/
מקור תמונה: חיישן TMR פתרון: Precision EV Battery Monitoring | TDK
ניטור חזק ברמת דיוק גבוהה של זרם טעינה/פריקה בטווח דינמי רחב עבור סוללות רכב חשמלי באמצעות חיישני קוונטים יהלומים | דוחות מדעיים (nature.com)