Cei mai noi senzori nu ajută doar la prevenirea incendiilor la bord mai eficient ca niciodată, dar contribuie, de asemenea, la abordarea provocărilor legate de autonomia de rulare, care domină piața vehiculelor electrice, iar tendințele sugerează că, în scurt timp, aceștia vor putea face și mai mult.
Chiar dacă distanța parcursă cu rezervorul plin este, de obicei, un criteriu aflat, undeva, mai în spate pe lista de priorități pentru majoritatea celor care cumpără un vehicul pe benzină sau diesel, în cazul EV-urilor, acest criteriu se află în fruntea listei.
Este curios, deoarece călătoria medie a unui automobil este de aproximativ 16 km. În ciuda acestui fapt, șoferii au insistat, în cadrul unui sondaj recent, că așteptările lor de la un vehicul electric sunt de a parcurge aproximativ 600 km la o singură încărcare. Desigur, realitatea (la momentul redactării acestui articol) este că majoritatea șoferilor nu vor putea parcurge nici pe departe această distanță cu o baterie litiu-ion (Li-Ion) complet încărcată a unui VE.
Acest lucru evidențiază o dilemă clară pentru sectorul auto – tehnologia utilizată în vehiculele electrice este complet diferită de cea cu care sunt familiarizați clienții, iar comparațiile cu motorul cu ardere internă (ICE) sunt eronate.
Există un alt criteriu care determină din ce în ce mai mult alegerea vehiculelor electrice de către oameni – siguranța – un subiect care se preconizează că va căpăta o importanță și mai mare în anii următori.
De ce a devenit siguranța o problemă atât de importantă? Pur și simplu deoarece, pe măsură ce vehiculele electrice moderne trebuie să fie proiectate să se încarce mai repede pentru a satisface cerințele descrise anterior, sistemele de la bord vor trebui să facă față unui curent și unei tensiuni mai mari, ceea ce va necesita o izolare mai mare. Există o preocupare reală în sectorul automobilelor – fie că este vorba de producătorii de echipamente originale, de producătorii de încărcătoare pentru vehicule electrice sau de operatorii stațiilor de încărcare – care consideră că, deși este vital să se ofere toate avantajele pe care le caută șoferii, trebuie să se acorde o prioritate absolută evitării oricărei eventuale scurgeri de curent sau incendii în interiorul vehiculelor.
Așadar, provocarea semnificativă cu care se va confrunta sectorul auto în 2023 și în anii următori va fi cum să se rezolve cvadratura cercului dintre performanță, precizie, amprentă de carbon și siguranță.
Starea de încărcare, starea de sănătate
În centrul gestionării acestei situații se află sistemul de management al bateriei (BMS) instalat în fiecare vehicul electric. Reprezentând componenta principală a pachetului de baterii al unui vehicul, BMS îndeplinește două cerințe esențiale pentru șofer. În primul rând, acesta evaluează starea de încărcare (SoC – State of Charge), care reprezintă nivelul de încărcare a bateriei unui vehicul electric în raport cu capacitatea sa, ceea ce determină autonomia pe care o poate atinge vehiculul. În al doilea rând, BMS gestionează starea de sănătate (SoH – State of Health) a pachetului de baterii, cu o funcție de siguranță la bord menită să prevină scurgerile de curent sau incendiile. Cu cât aceste evaluări sunt mai precise – și este clar că trebuie să fie cât mai precise cu putință – cu atât mai mulțumiți vor fi conducătorii auto în ceea ce privește rezolvarea anxietății legate de autonomia de rulare, precum și a preocupărilor legate de siguranță.
Pentru ca un BMS să asigure aceste funcții vitale, trebuie să includă elemente de detecție fiabile. Nu este surprinzător că, întrucât sunt componente cheie ale oricărui BMS, senzorii actuali au trecut ei înșiși prin schimbări semnificative, pe măsură ce au crescut cerințele din partea sectorului vehiculelor electrice.
Pentru a-și însoți clienții în această călătorie, LEM a dezvoltat recent cea de-a treia generație de transductoare din seria CAB pentru furnizarea de cifre SoC de mare precizie. Gama CAB premium de înaltă performanță a fost dezvoltată pentru prima dată pentru BMS-uri în urmă cu 12 ani și a evoluat pe măsură ce nevoile clienților s-au modificat. Primul model a reprezentat o tehnologie revoluționară care a făcut posibilă obținerea unor măsurători de curent mai precise prin eliminarea offsetului magnetic, în timp ce măsurarea curentului fără contact a reprezentat, de asemenea, un beneficiu major. Următorul model s-a remarcat prin gama sa de curent mai mare (de la 300A la 500A) și prin nivelurile sale de siguranță îmbunătățite.
CAB 1500 – noul membru al familiei LEM CAB
Noua ofertă de astăzi este CAB 1500, modelul de vârf, cu un domeniu de curent extins de până la ±1500A. În ceea ce privește siguranța funcțională, acest dispozitiv ASIL C (Automotive Safety Integrity Level – nivel de integritate a siguranței auto) este conform cu ISO26262 și face posibilă măsurarea redundantă a curentului folosind doar un singur senzor de curent în BMS în loc de o pereche, datorită celor două canale interne independente. Caracteristicile electrice integrate în CAB 1500 pentru managementul siguranței includ detectarea supracurentului, cu un indicator de eroare intern setat la 1 atunci când curentul depășește 1600A. Alte caracteristici sunt un indicator de încălcare a obiectivului de siguranță setat la 1 (în funcție de rezultatele verificării plauzibilității între canalele analogice și digitale), un contor de secvențe și o verificare CRC pentru protecția comunicațiilor ‘end-to-end’ (E2E).
Oferind abilitatea de a tripla gama de curent în același spațiu, CAB 1500 (o soluție ‘plug-and-play’) oferă cea mai bună acuratețe din clasa sa, de 0,5% într-o gamă de temperaturi de la -40°C la +85°C. Pe lângă offsetul său extrem de redus, care permite o numărare exactă a coulombilor pentru estimări SoC, noul senzor utilizează principiul de măsurare neintruzivă, oferind în același timp o izolare galvanică completă și compatibilitate cu aplicațiile de 800V. Alte caracteristici cheie ale CAB 1500 includ opțiunea de a fi montat pe bara colectoare sau pe panou și o sursă de alimentare unipolară cu baterii de +12V. De asemenea, senzorul fluxgate este alcătuit dintr-o bobină de inducție care combină permeabilitatea foarte mare cu remanența scăzută (Hc), asigurând o tranziție rapidă între starea liniară și cea saturată. Fluxgate este tehnologia ideală pentru BMS-urile de înaltă performanță, deoarece oferă cea mai bună rezoluție din clasa sa, de până la 0,1%, cea mai bună precizie Ip max și offset, măsurare neintruzivă și izolare de până la 2,5kV, precum și un consum redus de putere în comparație cu tehnologia șunt.
Senzori de ultimă generație pentru managementul bateriei
Susținută de o istorie îndelungată în domeniul senzorilor de curent BMS, LEM a căutat să creeze o gamă de soluții optimizate din punct de vedere tehnic și economic. Compania împinge continuu limitele tehnologice, astfel încât producătorii de echipamente originale și alte companii din sectorul vehiculelor electrice să poată dezvolta produse care nu numai că satisfac cerințele actuale, ci le și promovează pentru utilizatorii de vehicule electrice și stimulează adoptarea la nivel mondial a vehiculelor care vor lăsa o amprentă minimă asupra mediului – astăzi și în viitor.
Printr-o combinație de expertiză și experiență în sprijinirea dezvoltatorilor de sisteme BMS pentru rezolvarea multiplelor provocări cu care se confruntă, LEM consideră că, prin încorporarea celor mai avansați senzori de curent în proiectele noilor lor produse, inginerii pot obține un pas înaintea pieței. Având în vedere că senzorii devin mai inteligenți, dezvoltatorii pot încorpora software mai avansat, ceea ce facilitează colectarea și procesarea unor cantități mai mari de date într-un singur dispozitiv. În același timp, proiectanții vor da posibilitatea clienților lor să-și poziționeze vehiculele electrice pe care le oferă în topul pieței din punctul de vedere al performanțelor, costurilor și siguranței.
Anticipând necesitatea unor niveluri de siguranță mai ridicate, LEM lucrează acum intensiv la două noi concepte care își au rădăcinile în discuțiile intense cu producătorii de echipamente originale și în cunoștințele sale despre piață. Primul concept include, în principal, creșterea caracteristicilor, deoarece senzorul devine multifuncțional și își îndeplinește rolul de a detecta o gamă mai largă de factori diferiți în cadrul unității de deconectare a bateriei. De exemplu, în timp ce un senzor de curent detectează, tipic, doar curentul acumulatorului, acum se așteaptă ca acesta să monitorizeze și tensiunea acumulatorului în diferite locații, precum și să detecteze orice punct fierbinte. Caracteristicile suplimentare, cum ar fi declanșarea pirofuzei în caz de supracurent sau monitorizarea izolației de înaltă tensiune a grupului de baterii pentru a se asigura că există o izolare reală între grupul de baterii și masa șasiului mașinii, devin, de asemenea, populare. De fapt, această tendință transformă senzorul de curent într-un centru de detecție în serviciul BMS.
Al doilea concept la care lucrează inginerii companiei LEM se bazează pe două tehnologii diferite de detecție a curentului. Plasarea “shunt + hall” într-o singură capsulă poate că nu este revoluționară, dar reprezintă o soluție foarte competitivă, deoarece beneficiază de o combinație între experiența de 50 de ani a companiei în domeniul detecției bazată pe tehnologia în buclă deschisă și un ASIC nou, ceea ce face posibilă atingerea unor niveluri de precizie foarte ridicate pentru calea redundantă. Un astfel de concept, defalcat în diferite versiuni, poate fi utilizat ca un modul de sine stătător sau în completarea modulului de detecție multipunct, oferind un senzor optimizat și robust, compatibil cu cel mai înalt rang al nivelului de siguranță, ASIL D.
Un salt cuantic
În concluzie, cererile din sectorul automobilelor forțează progresul tehnologic necesar pentru a le satisface, iar unii actori din industrie joacă în permanență “la recuperare”. Vestea îmbucurătoare pentru aceștia este că cerințele vor deveni din ce în ce mai puternice și mai provocatoare, așa că ei ar trebui să preia inițiativa, iar singurul mod în care o pot face este să adopte tipul de tehnologie care le va permite să realizeze un salt cuantic pe piață. În centrul acestor progrese din sectorul vehiculelor electrice vor fi senzorii de curent care vor funcționa ca parte a unor sisteme sofisticate de management al bateriei și vor duce vehiculele electrice la un nivel cu totul nou.
Privind spre viitor, senzorul de curent va deveni o parte esențială a inteligenței unui BMS, unde datele vor trebui să fie transferate către BMS deodată. Costul și integrarea mecanică vor fi, de asemenea, factori cheie pe măsură ce piața avansează, deoarece BMS și pachetul de baterii vor trebui să devină mai mici și mai ușoare. LEM este pregătită să apeleze la expertiza și la cunoștințele sale vaste în domeniul senzorilor pentru a oferi soluții viabile care vor maximiza performanța sistemelor de gestionare a bateriilor pe o piață a vehiculelor electrice în plină dezvoltare.
Autor Jérémie Piro,
Global Product Manager BMS
LEM
