Необходимость перехода от автомобилей, работающих на бензине и дизельном топливе (ископаемое топливо), к электромобилям (EV) для снижения уровня углекислого газа выявила множество спорных вопросов. Общие проблемы включают сроки внедрения, необходимую инфраструктуру (включая системы быстрой зарядки для нескольких транспортных средств), законодательное, а не потребительское внедрение, текущие улучшения системы и источники нового критически важного сырья.
Одной из наиболее простых, но все еще открытых технических проблем, которые предстоит решить инженерам-конструкторам, является измерение тока. technology. Для безопасного и эффективного переключения уровней тока, используемых в приводе электромобилей (управлении двигателем), преобразовании напряжения, управлении аккумулятором и зарядке (встроенное зарядное устройство (OBC), домашние и инфраструктурные системы) — все это требует датчиков тока.
Аккумуляторы являются единственным источником энергии для электромобилей и имеют ограниченный срок службы. Чтобы продлить срок их службы, система мониторинга аккумуляторов оценивает состояние здоровья (SOH), состояние заряда (SOC) и состояние функционирования (SOF) с помощью датчиков тока и температуры, часто называемых датчиками IVT (ток, напряжение и температура). По данным Research Reports World, размер рынка датчиков тока аккумуляторов электромобилей в 1310.0 году оценивается в 2021 млн долларов США, а совокупный годовой темп роста (CAGR) увеличится на 12.17% в течение прогнозируемого периода и достигнет 2610.0 млн долларов США к 2027 году. XNUMX.
Хорошей новостью является то, что у разработчиков систем есть выбор, который не требует от правительств диктовать, как им воспринимать современные технологии или использовать экзотические материалы. Среди вариантов выбора — резистивный (токовый) шунт, различные конструкции датчиков Холла с выбором поставщика, трансформаторы тока, новые технологические возможности, такие как магнитосопротивление и даже алмазные квантовые датчики. Проблемы проектирования системы для датчиков тока включают измерение тока на стороне высокого и низкого напряжения, схему интерфейса, полосу пропускания, время отклика, экранирование, конструкцию концентратора потока, отношение сигнал/шум (SNR), перекрестные помехи, программируемость и многое другое.
Текущий шунт
Стандартный токовый шунт — самое простое решение для измерения тока. Это высокоточный, малогабаритный и мощный резистор. Ток, проходящий через шунт, приводит к падению напряжения, пропорциональному току (E=I*R). Однако напряжение на шунте необходимо усилить, изолировать и измерить, чтобы определить уровень тока. Поскольку шунтирующий резистор включен последовательно с нагрузкой, падение напряжения приводит к потерям мощности, поэтому используются резисторы все меньшего номинала. Это означает, что аналоговый входной каскад (AFE) для усиления и компенсации падения напряжения должен быть очень точным, чтобы измерять эти очень малые значения. AFE также может обеспечить изоляцию для повышения безопасности.
Датчик Холла
Датчики тока на эффекте Холла измеряют величину магнитного поля вокруг проводника с током. В отличие от шунтов, которые напрямую подключены к сильному току, устройства на эффекте Холла изолированы от нагрузки. Благодаря присущей им гальванической изоляции датчики тока на эффекте Холла могут измерять как постоянный, так и переменный ток, имеют низкие потери мощности и термически развязаны с силовой электроникой.
В датчике тока на эффекте Холла элемент Холла устанавливается в зазоре ферритового магнитопровода (кольца магнитного потока или коллектора), размещенного вокруг проводника тока. AFE в имеющихся в продаже устройствах включают в себя усилители для повышения и преобразования напряжения Холла до полезного уровня, а также другие схемы. Измерения датчика дифференциального тока с использованием двух ячеек Холла обеспечивают высокую точность даже в шумной среде, где могут возникать перекрестные помехи от соседних линий тока или магнитных полей рассеяния.
Во второй части будут обсуждаться другие технологии измерения тока в электромобилях.
Рекомендации
Понимание измерения тока в аккумуляторах HEV/EV
(34) Мировой рынок датчиков тока аккумуляторов электромобилей [2023-2027] | Проблемы и возможности | Ожидается, что рынок достигнет 2610 миллионов долларов США | LinkedIn
Источник изображения: Isabellenhutte_EV Шунтирующие резисторы_tech статья_final (isabellenhuetteusa.com)
Источник избранного изображения: Измерение тока на эффекте Холла в гибридных электромобилях (HEV) | Аллегро МикроСистемс
Датчики тока | XENSIV™ – высокоточные бессердечниковые датчики тока – Infineon Technologies