В первой части этой статьи рассматривались токовые шунты и конструкции датчиков Холла. В этой части обсуждаются трансформаторы тока и новые technology такие варианты, как магнитосопротивление и даже алмазные квантовые датчики.
Одной из основных проблем современных электромобилей (EV) является продолжающееся развитие технологий, а также развитие стандартов. За более чем 100 лет существования транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, почти исключительное использование этилированного, а затем и неэтилированного бензина и дизельного топлива позволило разместить заправочные станции везде, где они были необходимы, в странах по всему миру со стандартизированной заправкой топлива. Хотя напряжение в современных электромобилях обычно составляет около 400 В, разъемы для самой быстрой зарядки (уровень 3) имеют три разных конструкции: SAE Combo, Tesla и CHAdeMO. Однако с недавно представленной Performance Battery Plus компания Porsche теперь предлагает серийные автомобили (модели Taycan) с напряжением системы 800 В (диапазон напряжений от 610 до 835 В). Более высокие напряжения означают более быструю зарядку, а постоянные изменения могут заставить разработчиков систем изменить выбор датчиков тока в определенных системах электромобилей.
Датчики трансформатора тока
Датчики трансформатора тока предлагаются в двух различных вариантах конструкции: обычные и с катушкой Роговского. Согласно закону Фарадея, измерение трансформатора тока представляет собой неинвазивный (изолированный) метод измерения переменного тока (AC). В нем используется катушка с магнитным сердечником и сохранение соотношения ампер-витков, что позволяет значительно снизить измеряемый ток катушки по сравнению с уровнем первичного тока. Обычно трансформатор тока имеет одновитковую первичную обмотку и вторичную обмотку от 10 до 1,000 витков на материале магнитного сердечника, выбранном для данного частотного диапазона. Помимо присущей им изоляции, трансформаторы тока также обладают высокой линейностью и могут достигать широкого динамического диапазона.
Вместо использования магнитного сердечника катушка Роговского представляет собой соленоид с воздушным сердечником, согнутый в почти замкнутый круг вокруг проводника с высоким током для измерения переменного тока. В отличие от ферромагнитных материалов, воздух не подвержен нелинейности или насыщению, поэтому отсутствие магнитного сердечника обеспечивает катушке Роговского способность считывать токи очень высокой частоты и большой амплитуды. Однако вместо того, чтобы напрямую указывать величину тока, его выходной сигнал пропорционален скорости изменения тока (di/dt). Чтобы получить показания тока, необходимо интегрировать выход катушки. Следовательно, интегратор неизбежно ограничивает диапазон частот и амплитуд, которые может измерять катушка.
Измерение магнитосопротивления
Электрическое сопротивление датчика магнитосопротивления изменяется, когда он подвергается воздействию внешнего магнитного поля. Продукты для измерения магнитосопротивления доступны в трех типах: технологии анизотропного магнитосопротивления (AMR), гигантского магнитосопротивления (GMR) и туннельного магнитосопротивления (TMR). В отличие от элемента AMR или элемента GMR, элемент туннельного магнитосопротивления (TMR) может давать гораздо более высокий выходной сигнал. Преимущества TMR для приложений измерения тока электромобилей, являющихся новейшей технологией магнитных датчиков, включают меньшую чувствительность к изменению температуры, чрезвычайно высокую магнитную чувствительность и высокое отношение сигнал/шум. Другие преимущества TMR включают низкое энергопотребление, программируемое обнаружение перегрузки по току и обнаружение неисправности, двунаправленное зондирование и изоляцию высокого напряжения для обеспечения безопасности.
Алмазный квантовый датчик тока
Находясь в режиме исследований и разработок, алмазные квантовые датчики обладают широким динамическим диапазоном и высокой чувствительностью для измерения тока батареи. В конструкции исследователей используется дифференциальное обнаружение двух датчиков для устранения синфазного шума окружающей среды в автомобиле. Аналого-цифровое управление со смешанным сигналом отслеживало микроволновые частоты магнитного резонанса квантового датчика в широком динамическом диапазоне и не указывало на отсутствие отклонений.
В прототипе монитора батареи алмазный квантовый датчик измерял ток батареи до 130 А, соответствующий схеме вождения Всемирной гармонизированной процедуры испытаний легковых автомобилей (WLTC). Способность датчика тока точно оценивать уровень заряда батареи составила 10 мА. Испытания подтвердили диапазон рабочих температур от − 40 до + 85 °C и максимальный динамический диапазон тока ± 1000 А.
Рекомендации
Новые модели Porsche Taycan 2025 года – Porsche Newsroom Россия
Taycan, Taycan 4S, Turbo и Turbo S – Аккумулятор – Porsche Taycan
Заряженные электромобили | Более пристальный взгляд на датчики тока в электромобилях – заряженные электромобили
Источник изображения: Оптимизация производительности катушечных трансформаторов тока Роговского – DENT Instruments
Измерение тока без сердечника TMR в электромобилях https://crocus-technology.com/tmr-coreless-current-sensing-in-evs/
Источник изображения: Решение TMR Sensor: Прецизионный мониторинг аккумуляторов электромобилей | ТДК
Высокоточный надежный мониторинг тока заряда/разряда в широком динамическом диапазоне аккумуляторов электромобилей с использованием квантовых алмазных датчиков | Научные отчеты (nature.com)