Электроэнергия — движущая сила современного транспорта

Электроэнергия — движущая сила современного транспорта

№ 5’2014
PDF версия
Постоянно растущие требования к уровню энергоэффективности и снижению выбросов CO2 в атмосферу вынуждают ведущих автопроизводителей все больше полагаться на компоненты бортовой электроники автомобилей. Электрические усилители руля, электрические схемы запуска и глушения двигателя, бортовые навигационные и информационно-развлекательные системы — вся эта дополнительная нагрузка на электрические цепи, в особенности на аккумулятор, делает первостепенной задачей для автопроизводителей контроль количества энергии, вырабатываемой и расходуемой различными системами.

Еще большее значение приобретает контроль электроэнергии в гибридных автомобилях и появляющихся сейчас на рынке электромобилях. В подобных транспортных средствах нужно не только управлять электродвигателями, вращающими колеса, но и контролировать запас энергии и процесс зарядки тяговых аккумуляторов, чтобы он протекал безопасно, несмотря на высокие напряжения и токи заряда. Отсюда потребность в разработке принципиально новых датчиков, которые позволяли бы измерять энергопотребление на борту автомобиля и при этом отвечали строгим регламентам качества и надежности, существующим в автомобильной промышленности.

Электродвигатели с электронным управлением применяются уже на протяжении нескольких десятилетий. Они приводят в движение локомотивы, роботы, краны, системы обработки багажа в аэропортах и многие другие системы. Электронные схемы, управляющие частотой вращения и крутящим моментом электромотора, используют сигналы от датчиков, которые измеряют протекающие через двигатель электрические токи. Мощные электродвигатели используются также в гибридных автомобилях и электромобилях для вращения колес и разгона автомобиля. Соответственно, им нужны датчики для точного измерения токов электродвигателя, которые отвечали бы предъявляемым требованиям компактности, малого веса, низкого энергопотребления, широкого диапазона рабочей температуры и, разумеется, невысокой стоимости. В связи с этим разработаны новые специализированные датчики тока для автомобильных электродвигателей, способные измерять токи от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч ампер. Например, семейство датчиков HC2 компании LEM имеет диапазон измерения до 200 А, а HC20F — до 2000 А. Все эти устройства соответствуют автомобильным стандартам. Есть также интегрированные однокорпусные решения, позволяющие измерять токи всех трех фаз электродвигателя.

Схемы измерения тока автомобильных аккумуляторов существуют уже в течение нескольких лет. Они контролируют характеристики напряжения, тока и температуры 12-вольтового аккумулятора и таким образом анализируют его способность вырабатывать необходимое количество энергии. Ведь оптимальное состояние аккумулятора имеет первостепенное значение для работы систем запуска и глушения двигателя — иначе может случиться, что машина заглохнет на светофоре. Датчики тока играют важнейшую роль в автомобилях, оборудованных такими системами. Применение мощных литий-ионных аккумуляторов в гибридных и электро­мобилях усугубляет потребность в точном измерении параметров аккумулятора. Новое семейство датчиков CAB компании LEM специально предназначено для использования с автомобильными аккумуляторными батареями. Датчики обеспечивают измерение тока аккумулятора с очень малой погрешностью во всем рабочем диапазоне температур с передачей данных по стандартной автомобильной шине CAN, что облегчает сопряжение с системами автомобиля. Для измерений со столь высокой точностью без начального смещения и температурного дрейфа применяется магнитометрический метод (с его помощью во время Второй мировой войны определяли местоположение действовавших поблизости подводных лодок). Серия датчиков CAB дополняет серию DHAB бесконтактных гальванически изолированных автомобильных датчиков тока LEM на традиционном эффекте Холла.

В связи с желанием потребителей ускорить процесс зарядки электромобилей значительно возрастает мощность схемы зарядки. Для этого требуются специализированные зарядные станции мощностью во много раз выше, чем у бытовой электросети, способные зарядить аккумулятор электромобиля за считанные минуты вместо нескольких часов, как это происходит с помощью обычной домашней розетки. Чтобы зарядка проходила безопасно для пользователя и окружающей среды, бортовая электроника должна обеспечить немедленное прерывание процесса, если обнаруживаются какие-либо аномалии или утечка тока. Поскольку электромобили заряжаются как переменным, так и постоянным током, здесь уже не помогут обыкновенные датчики, применяемые в квартирных щитках, — для этих целей разработаны специальные высокоточные датчики с малым временем отклика. Компания LEM в сотрудничестве со своими партнерами создает новые компактные и рентабельные решения, способные за доли микросекунды измерять постоянные токи утечки порядка миллиампер.

Дальнейшая миниатюризация и повышение эффективности систем бортовой электроники — следующий шаг автопроизводителей в деле оптимизации и снижения себестоимости электромобилей. Чтобы обеспечить такие же характеристики, как у существующей технологии, эти компактные системы работают на повышенных скоростях и частотах, а потому в них присутствуют пульсации тока высокой амплитуды и частоты, выводящие из строя большинство измерительных датчиков. Соответственно, необходимы датчики и другие компоненты, способные безотказно работать в жестких условиях высокой температуры и токовых перегрузок. В настоящее время компания LEM не только тестирует новые материалы и технологии измерений, но и располагает опытными экземплярами изделий, которые позволят удовлетворить эту потребность автомобильной промышленности.

Борьба за повышение КПД и снижение выбросов углекислого газа в атмосферу побудила автопроизводителей к более широкому применению систем бортовой электроники в автомобилях. Электрические схемы запуска и глушения двигателя, гибридные автомобили, электромобили — всем им необходимо точное измерение токов для обеспечения правильной, безопасной и эффективной эксплуатации транспортного средства. Да и технологический прогресс в электронике приводит к потребности в новых датчиках, способных выдерживать высокие температуры и токовые перегрузки. Автомобильная промышленность развивается невиданными прежде темпами, способствуя появлению новых технологий, которые помогут производителям в разработке технических решений для личного транспорта нового поколения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *