Cum contribuie senzorii de CO2 din autovehiculele electrice la menținerea unei calități sănătoase a aerului în interiorul vehiculului, prelungind în același timp durata de viață și autonomia bateriei.
Printre cele mai mari provocări cu care se confruntă utilizatorii de vehicule electrice se numără durata de viață și autonomia bateriei. O modalitate de a le crește pe amândouă este îmbunătățirea eficienței întregului vehicul. Însă, există consumatori majori în vehicul care împiedică procesul. Unul dintre aceștia este sistemul de aer condiționat. Grupul motopropulsor electric are mai puține pierderi de putere decât un motor cu combustie internă și, prin urmare, dispune de mai puțină căldură reziduală care ar putea fi folosită pentru a încălzi interiorul. Ceea ce înseamnă că, în cazul vehiculelor electrice, este necesară o încălzire electrică suplimentară pentru a atinge sau a menține temperatura dorită.
Modalități de realizare a unui sistem de aer condiționat eficient
Figura 1: Senzorul de CO2 Xensiv PAS de la Infineon se bazează pe tehnologia PAS. (Sursă imagine: Infineon)
O modalitate de a crește eficiența sistemului de aer condiționat este reutilizarea aerului din interior (recirculare). În timpul iernii, aerul cald este reîncălzit, în timp ce vara, aerul condiționat este răcit din nou și reintrodus în interior. Deoarece trebuie acoperită doar o diferență mică de temperatură, este nevoie de mai puțină energie.
Un dezavantaj major al acestei metode este că nu se introduce aer proaspăt în interior. Dacă aerul utilizat nu este împrospătat, nivelul de CO2 crește, iar calitatea aerului din interiorul vehiculului se deteriorează treptat. Rezultatul ar putea provoca dureri de cap, oboseală și o experiență de conducere nu tocmai plăcută. Acest lucru reprezintă o sursă potențială de pericol în traficul rutier , fiind necesare măsuri de ventilație în cazul în care nivelurile de CO2 depășesc 1000 ppm.
O soluție este utilizarea senzorilor de CO2 pentru monitorizare. Atunci când sunt integrați în sistemul de aer condiționat al vehiculului, aceștia supraveghează calitatea aerului din interiorul acestuia. În cazul în care valorile CO2 sunt prea ridicate, se poate emite un avertisment sau se poate introduce automat aer proaspăt pentru a menține o calitate sănătoasă a aerului.
Alegerea senzorului adecvat în cazul aplicațiilor pentru vehicule electrice depinde de mai mulți factori. Printre aceștia se numără dimensiunea vehiculului, domeniul de măsurare dorit și tipul de măsurare. În plus, dimensiunile, performanța și costul senzorilor sunt decisive.
Senzor de CO2 mic și precis
Un senzor de CO2 cu un factor de formă deosebit de mic (14 mm × 13,8 mm × 7,5 mm) este Xensiv PAS de la Infineon (Figura 1). Acesta reduce spațiul necesar cu peste 75% în comparație cu senzorii de CO2 disponibili în comerț.
În același timp, acesta oferă măsurători precise ale CO2 pe baza tehnologiei MEMS. De exemplu, pe o placă PCB, senzorul de CO2 Xensiv PAS integrează un convertor fotoacustic, care include un detector, o sursă de infraroșu și un filtru optic, un microcontroler pentru procesarea semnalelor și algoritmilor și un cip MOSFET pentru a comanda sursa de infraroșu. Microcontrolerul integrat efectuează calculele ppm, precum și algoritmi avansați de compensare și configurare. Rezultatul este conținutul real de CO2 și nu doar o corelație. În plus, sunt disponibile diverse opțiuni de configurare (de exemplu, frecvența de măsurare, calibrarea nivelului de referință) și interfețe (UART, I2C, interfață PWM). Spectrul pentru măsurarea CO2 acoperă o gamă de la 0 ppm la 32.000 ppm. Precizia este de ±30 ppm ±3% din valoarea măsurată (citită). Furnizorul o garantează pentru intervalul de măsurare de la 400 la 5.000 ppm, ceea ce este ideal pentru această gamă de aplicații. Motivul este că o atmosferă uzuală are un conținut de CO2 de 400 ppm; valoarea din interiorul vehiculului este, de obicei, mai mare.
Figura 2: Microcontrolerul PSoC 4100S Max pentru evaluarea datelor. (Sursă imagine: Infineon)
Alte avantaje pentru clienți se regăsesc în procesul de producție. Infineon afirmă că oferă primul senzor de CO2 disponibil în capsulă SMD (variante de ambalare “tape & reel”) care respectă standardul internațional JEDEC pentru montare SMT fără plumb – pentru o asamblare ușoară, precum și pentru integrarea sistemului chiar și la volume mari de producție.
Senzorul de CO2 Xensiv PAS oferă, de asemenea, un grad ridicat de flexibilitate datorită unei game largi de opțiuni de configurare, permițând o lansare rapidă pe piață. De asemenea, este disponibil un kit de evaluare format din Xensiv PAS și un microcontroler din familia PSoC-4100S pentru evaluarea datelor.
Caracteristicile și capabilitățile senzorului Xensiv PAS fac din acesta alegerea ideală pentru controlul inteligent al sistemelor de climatizare din automobilele electrice. Pe de o parte, senzorul asigură o calitate optimă a aerului, contribuind la siguranța pasagerilor. Pe de altă parte, crește eficiența pentru îmbunătățirea duratei de viață a bateriei și a autonomiei.
Spectroscopie fotoacustică (PAS)
Metoda PAS se bazează pe efectul fotoacustic: Moleculele de gaz absorb lumina cu o anumită lungime de undă, ceea ce le determină să se dilate. În cazul dioxidului de carbon, este vorba de lungimea de undă de 4,2 μm. Impulsurile de lumină sunt emise în succesiune rapidă de către o sursă de infraroșu. Numai lumina cu o lungime de undă de 4,2 μm intră în camera senzorului prin intermediul unui filtru optic special adaptat la moleculele de CO2. Moleculele de CO2 din camera senzorului absorb energia. Încălzirea și răcirea rapidă provoacă dilatarea și contracția termică. Acest lucru produce o modificare a presiunii, care este detectată de detectorul MEMS foarte sensibil. Cu cât concentrația de CO2 din cameră este mai mare, cu atât semnalul este mai puternic. Semnalul este procesat de un microcontroler integrat, care transmite rezultatul în timp real sub formă de ppm (părți per milion). În vederea obținerii celor mai precise rezultate, detectorul acustic este optimizat pentru frecvențe joase, iar camera de absorbție este ecranată acustic împotriva zgomotelor externe.
Autor: Edgar Schäfer, Field Application Engineer Automotive Business Unit (ABU) la Rutronik
Rutronik | https://www.rutronik.com
