Cerinţele tot mai stricte pentru eficienţa energetică și reducerea emisiilor de bioxid de carbon (CO2) au condus producătorii de automobile să depindă tot mai mult de componentele electrice de la bordul vehiculului.
Pornind de la funcţia de direcţie comandată electric și tehnologii de start-stop, până la sistemele de la bord pentru navigaţie și de infotainment, precum și datorită sarcinilor suplimentare pe circuitele electrice, în special legate de baterie, s-a ajuns să fie esenţial, pentru producătorii de automobile, controlul energiei generate și consumate de către diverse sisteme. Chiar mai mult dependente de controlul electric precis, sunt vehiculele hibrid-electric și cele electrice care intră pe piaţă. Aceste vehicule necesită un control precis nu numai pentru motoarele electrice ce acţionează roţile, dar, de asemenea, și pentru controlul energiei electrice disponibilă în bateriile pentru propulsarea vehiculului și a procesului de încărcare, asigurându-se că vehiculele sunt conduse în condiţii de siguranţă, cu toate tensiunile înalte și curenţii prezenţi în timpul acestui proces. Aceste aplicaţii inovatoare necesită dezvoltarea de tehnologii noi de senzori capabili să măsoare consumul de energie electrică la bordul vehiculelor în timp ce reunesc cerinţe stricte de calitate și fiabilitate, care sunt obligatorii în industria de automobile.
de Ramon Portas, LEM
Motoare controlate electronic au existat de mai multe decenii. Ele propulsează locomotive de tren, roboți, macarale, sisteme de manipulare a bagajelor în aeroporturi, precum și orice sistem a cărui mișcare este controlată electronic. Senzorii sunt folosiți pentru a măsura intensitatea curentului electric care trece prin aceste motoare pentru ca partea electronică să controleze viteza și cuplul la care motoarele funcționează. Vehicule hibrid-electrice și electrice utilizează, de asemenea, motoare de mare putere pentru a mișca roțile și a accelera vehiculul, și prin urmare necesită senzori capabili să măsoare cu precizie curenții prin motor, în timp ce se îndeplinesc cerințele pentru automobile de dimensiuni mici, greutate redusă, consum redus de energie, un mare interval de variație a temperaturii de funcționare, și evident, un cost mic. Astfel, noii senzori utilizați actual au fost dezvoltați special pentru motoare de automobile electrice din categoria de câteva zeci de amperi, la câteva sute de amperi sau chiar mii de amperi ai fluxului de curent.
De exemplu, familia de senzori Lem HC2 măsoară până la 200A, iar familia HC20F până la 2000A, încadrându-se la fel de bine în specificațiile domeniului auto. Soluții integrând măsurarea celor trei faze ale unui motor într-un singur pachet există deja.
Măsurarea acestor curenți din baterii în aplicații auto a existat de mai mulți ani. Aceste sisteme se concentrează pe măsurarea parametrilor bateriei de 12V, inclusiv curent, tensiune și temperatură pentru a permite analiza capacității bateriei de a furniza energie atunci când este nevoie. Sisteme start-stop, de exemplu, au un rol fundamental în menţinerea în stare optimă a bateriei pentru a evita oprirea (definitivă) a vehiculelor la semafor! Senzorii de curent sunt esențiali pentru aceste vehicule. Utilizarea de baterii litiu-ion de mare putere în vehicule de
tipuri diferite, hibride și electrice, impun necesitatea pentru măsurarea precisă a parametrilor bateriei. Noua familie de senzori CAB de la LEM a fost special concepută pentru aceste baterii auto și oferă informații extrem de precise legate de curentul bateriei, pe întregul interval de temperatură, utilizând un CAN-bus standard pentru automobile, pentru integrare ușoară în sistemele autovehiculului.
Acest senzor utilizează tehnologie fluxgate (cu același principiu folosit în timpul războiului de a determina locația unui submarin aflat în apropiere), pentru a obține astfel o înaltă precizie de măsurare, fără offset și fără derivă cu temperatura. Acesta completează familia DHAB de senzori care folosesc tradiționalul principiu pentru măsurarea curenților fără contact, bazat pe efect Hall, și sunt astfel izolate galvanic.
Deoarece clienții cer durate de timp mai scurte pentru încărcarea vehiculelor electrice, puterea folosită pentru a încărca bateriile este în creștere semnificativă. Această putere maximă necesită stații de încărcare specializate care oferă un nivel mult peste puterea electrică de uz casnic existentă, pentru a încărca bateria unui vehicul în câteva minute, în loc de mai multe ore necesare în cazul încărcării din rețea domestică standard. Pentru a face faza de încărcare în condiții de siguranță pentru utilizator și mediu, schema electronică de la bord trebuie să asigure că faza de încărcare este întreruptă imediat în cazul în care o anomalie sau scurgere de curent este detectată. Deoarece încărcarea bateriei din vehicul se face la curenți AC și DC, senzorii de panou de bord intern nu mai sunt suficienți, astfel că au fost dezvoltați senzori de înaltă precizie, cu un timp de răspuns rapid, speciali pentru această aplicație nouă. LEM, în colaborare cu partenerii săi, dezvoltă noi soluții pentru a rezolva această necesitate, ceea ce face posibil ca, printr-un pachet mic și cu un cost eficient, să se măsoare curenții de scurgere DC de ordinul miliamperilor în fracțiuni de micro-secundă.
Soluții electronice mai mici, mai eficiente și mult mai compacte reprezintă următorul pas pentru producătorii de automobile care doresc să optimizeze și să reducă costurile vehiculelor lor electrice.
Pentru a atinge aceleași performanțe ca ale tehnologiei existente, aceste sisteme mai mici care funcționează la viteze mai mari și frecvențe înalte și, prin urmare, pot să conțină curenți de riplu de mare amplitudine care distrug cea mai mare parte din senzorii de măsurare existenți în prezent. Astfel, sunt necesari senzori și alte componente capabile să funcționeze fără defectare în acest mediu cu o căldură ridicată și condiții dure. LEM testează noi materiale și tehnici de măsurare, având și prototipuri în funcționare pentru a aborda această viitoare necesitate a industriei de automobile.
Concluzie
Ținta căutărilor pentru creșterea eficienței și reducerea emisiilor a direcționat industria de automobile către utilizarea sporită de sisteme electrice la bord. Pornind de la sisteme start-stop pentru vehicule hibride și electrice, aceste sisteme trebuie să măsoare cu precizie curenții pentru a asigura funcționarea corectă și eficientă a vehiculului. În plus, progresele tehnologice în domeniul electronicii cer senzori noi, capabili să reziste mediului cald și dur în care trebuie să funcționeze. Industria de automobile evoluează într-un ritm mai rapid decât oricând în trecut și aceasta conduce la tehnologii noi care vor ajuta să dezvolte soluțiile pentru viitorul transport individual.
www.lem.com