A necessidade de transição de veículos movidos a gasolina e diesel (combustíveis fósseis) para veículos eléctricos (VE) para reduzir os níveis de dióxido de carbono revelou muitas questões controversas. As questões comuns incluem o calendário de implementação, a infraestrutura necessária (incluindo sistemas de carregamento rápido para vários veículos), adoção legislada em vez de baseada no consumidor, melhorias contínuas do sistema e fontes de novas matérias-primas críticas.
Uma das questões técnicas mais diretas, mas ainda em aberto, para os engenheiros de projeto resolverem é a detecção atual tecnologia. A comutação segura e eficaz dos níveis de corrente envolvidos na propulsão de veículos elétricos (controle do motor), conversão de tensão, gerenciamento de bateria e sistemas de carregamento (carregador de bordo (OBC), doméstico e baseado em infraestrutura) exigem sensores de corrente.
As baterias são a única fonte de energia dos veículos elétricos e têm uma vida útil limitada. Para prolongar sua vida útil, um sistema de monitoramento de bateria estima o estado de saúde (SOH), o estado de carga (SOC) e o estado de função (SOF) usando sensores de corrente e temperatura, geralmente chamados de sensores IVT (corrente, tensão e temperatura). De acordo com a Research Reports World, o mercado de sensores de corrente de bateria de veículos elétricos sozinho tem um tamanho de mercado avaliado em US$ 1310.0 milhões em 2021, aumentando a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 12.17% durante o período de previsão, e atingindo US$ 2610.0 milhões em 2027.
A boa notícia é que os projetistas de sistemas têm opções que não exigem que os governos ditem como eles se sentem atuais ou envolvem materiais exóticos. Entre as opções estão um shunt resistivo (corrente), uma variedade de designs de sensores de efeito Hall com opções de fornecedores, transformadores de corrente, novas opções de tecnologia, como magnetorresistência e até sensores quânticos de diamante. Os problemas de design do sistema para sensores de corrente incluem detecção de corrente no lado alto versus lado baixo, circuito de interface, largura de banda, tempo de resposta, blindagem, design do concentrador de fluxo, relação sinal-ruído (SNR), diafonia, programabilidade e muito mais.
Derivação de corrente
Um shunt de corrente padrão é a solução mais simples para detectar corrente. É um resistor de alta precisão, baixo valor e alta potência. A corrente encaminhada através do shunt resulta em uma queda de tensão proporcional à corrente (E=I*R). Contudo, a tensão através do shunt precisa ser amplificada, isolada e medida para determinar o nível de corrente. Como o resistor shunt está em série com a carga, a queda de tensão resulta em perda de potência, portanto valores de resistores cada vez menores são usados. Isto significa que o front end analógico (AFE) para amplificar e compensar a queda de tensão deve ser muito preciso para medir esses valores muito pequenos. O AFE também pode fornecer isolamento para maior segurança.
Detecção de efeito Hall
Os sensores de corrente de efeito Hall medem a magnitude do campo magnético em torno de um condutor que transporta corrente. Ao contrário dos shunts que estão diretamente conectados à alta corrente, os dispositivos de efeito Hall são isolados da carga. Com seu isolamento galvânico inerente, os sensores de corrente de efeito Hall podem medir correntes CC e CA, têm baixa perda de potência e são termicamente desacoplados da eletrônica de potência.
Em um sensor de corrente de efeito Hall, o elemento Hall é montado na lacuna de um núcleo magnético de ferrite (anel de fluxo ou coletor) colocado ao redor do condutor de corrente. Os AFEs em dispositivos disponíveis comercialmente incluem amplificadores para aumentar e converter a tensão Hall em um nível utilizável e outros circuitos. As medições do sensor de corrente diferencial usando duas células Hall fornecem alta precisão, mesmo em ambientes ruidosos, onde diafonia pode ocorrer a partir de linhas de corrente adjacentes ou campos magnéticos parasitas.
A Parte 2 discutirá outras tecnologias para detecção de corrente em VEs.
Referências
Compreendendo a detecção de corrente em baterias HEV/EV
(34) Mercado global de sensores de corrente de bateria de veículos elétricos [2023-2027] | Desafios e Oportunidades | Mercado deverá atingir valor de US$ 2610 milhões | LinkedIn
Fonte da imagem: Isabellenhutte_EV Shunt Resistors_tech article_final (isabellenhuetteusa.com)
Fonte da imagem em destaque: Sensor de corrente por efeito Hall em aplicações de veículos elétricos híbridos (HEV) | Allegro MicroSystems
Sensores de corrente | XENSIV™ – sensores de corrente sem núcleo de alta precisão – Infineon Technologies