I. Importance de la détection du courant par le BMS
Le système de gestion de la batterie (BMS) est le principal composant de sécurité des véhicules à énergie nouvelle, et la détection du courant est l'une des fonctions les plus critiques du BMS. La mesure précise du courant affecte directement :
- Précision de l'estimation du SOCL'intégrale du courant est la base du calcul du SOC, et les erreurs de mesure du courant peuvent s'accumuler et provoquer des écarts de SOC.
- Évaluation du SOHLa santé de la batterie : analyse de la santé de la batterie en fonction des caractéristiques du courant de charge et de décharge
- protection de la sécuritéLa protection contre les surintensités et les courts-circuits repose sur la surveillance du courant en temps réel.
- Contrôle de l'égalisationL'égalisation active nécessite un retour d'information précis sur le courant
Selon la norme GB/T 38661-2020 "Battery Management System Technical Conditions for Electric Vehicles", la précision de la mesure du courant du BMS ne doit pas dépasser ±1%FS, et certains équipementiers exigent ±0,5%FS, voire plus.
Programme de détection du courant shunt
2.1 Principes de fonctionnement
Le shunt est une résistance de précision à faible résistance connectée en série dans le circuit principal de la batterie. Lorsque le courant circule, selon la loi d'Ohm V=IR, une chute de tension proportionnelle au courant est générée à travers le shunt. En mesurant cette tension minuscule à l'aide d'un CAN de haute précision, la valeur du courant peut être calculée.
2.2 Avantages du programme shunt
- très précisPrécision de classe jusqu'à 0,1%, excellente linéarité
- peu coûteuxLes avantages en termes de coûts des shunts par rapport aux capteurs à effet Hall
- large bandeTemps de réponse rapide, détecte les variations de courant à haute fréquence
- Pas de dérive du zéroCapteurs à effet Hall : pas de problème de dérive de la température au point zéro avec les capteurs à effet Hall
- haute fiabilitéLes appareils de mesure de la qualité de l'air : aucune alimentation n'est nécessaire, appareil purement passif, taux de défaillance très faible.
2.3 Les défis du programme shunt
- perte de puissanceLes courants élevés génèrent de la chaleur, la dissipation de la chaleur doit être prise en compte.
- Mesures non isoléesLe shunt est directement connecté au bus haute tension et nécessite un circuit d'isolation pour protéger le côté basse tension.
- tension de mode communTension de mode commun élevée lors de la détection du côté haut, exigences élevées en matière d'amplificateurs optoélectroniques
2.4 Sélection des paramètres typiques
Plages de paramètres typiques pour les shunts dans la GTB EV :
- Résistance : 25μΩ - 100μΩ
- Courant nominal : ±500A - ±1000A
- TCR : ≤50ppm/°C
- Précision : 0,5% ou mieux
Programme de capteurs de courant à effet Hall
3.1 Principes de fonctionnement
Les capteurs à effet Hall utilisent l'effet Hall pour mesurer le courant : le courant mesuré génère un champ magnétique, et l'élément Hall détecte la variation du champ magnétique et la convertit en un signal de sortie sous forme de tension. Selon le mode de fonctionnement, on peut distinguer deux catégories : la boucle ouverte et la boucle fermée.
3.2 Capteurs à effet Hall en boucle ouverte
- Structure simple et faible coût
- Précision moyenne, environ 1-3%
- Dérive importante en température, environ 1%/°C
- La bande passante est limitée et généralement<50kHz
3.3 Capteurs à effet Hall en boucle fermée
- Adoption du principe d'équilibrage magnétique, plus grande précision (environ 0,5%)
- Dérive en température inférieure à la boucle ouverte
- Largeur de bande plus élevée, jusqu'à 100 kHz ou plus
- Des coûts plus élevés
3.4 Avantages des capteurs à effet Hall
- l'isolement naturelIsolation électrique du circuit testé par rapport au signal de sortie
- pas de consommation d'énergiePas de pertes dans le circuit principal
- Facile à installerMesure sans contact, pas besoin de déconnecter les circuits
3.5 Défauts du capteur à effet Hall
- dérive du point zéroLes variations de température peuvent provoquer des décalages du zéro qui affectent les mesures de petits courants.
- hystérésis: Il existe une erreur d'hystérésis
- sensible aux interférencesLes champs magnétiques externes peuvent affecter la précision des mesures
- Des coûts plus élevésProduits de haute précision en boucle fermée
IV. comparaison globale des deux programmes
| Projet de comparaison | Programme de fractionnement | Solutions pour les capteurs à effet Hall |
|---|---|---|
| précis | 0,1%-0,5%, excellent | 0,5%-3%, général |
| les coûts (de fabrication, de production, etc.) | 低 | moyenne-élevée |
| l'isolement | Nécessite un circuit d'isolation supplémentaire | l'isolement naturel |
| gaspillage d'énergie | 有 | Aucune (circuit principal) |
| stabilité de la température | 好 | habituel |
| dérive du point zéro | 无 | 有 |
| largeurs de bande | 高 | modéré |
| Complexité de l'installation | doivent être connectés à un circuit | installation sans contact |
V. Tendances technologiques émergentes
5.1 Capteurs Fluxgate
Les capteurs Fluxgate, qui combinent la haute précision des shunts avec les caractéristiques d'isolation des capteurs à effet Hall, sont de plus en plus utilisés dans les systèmes de gestion des bâtiments de nouvelle génération. Sa précision peut atteindre 0,1%, sa dérive en température<0,01%/°C, ce qui en fait la solution privilégiée pour les véhicules électriques haut de gamme.
5.2 Capteurs de courant TMR
Les capteurs à effet magnétorésistif à effet tunnel (TMR) constituent la dernière génération d'éléments magnétiques sensibles présentant les avantages d'une faible consommation d'énergie, d'une faible dérive en température, d'une grande sensibilité, etc., qui devraient remplacer à l'avenir les capteurs à effet Hall traditionnels.
5.3 Programmes d'intégration
De plus en plus de fournisseurs de puces introduisent des puces frontales BMS avec détection de courant intégrée, qui simplifient la conception du système en intégrant l'interface shunt, l'amplificateur et l'ADC.
VI. Recommandations pour la sélection des candidatures
- Applications de précision, sensibles aux coûtsSélection de solutions de shunt avec des ADC isolés de haute précision
- Applications avec des exigences d'isolation élevées et un espace d'installation limitéCapteurs de Hall à boucle fermée : Sélection de capteurs de Hall à boucle fermée
- Véhicules haut de gamme, applications exigeantes en termes de performancesLes capteurs à vanne de flux : Envisager des capteurs à vanne de flux
- Applications de sécurité fonctionnelle nécessitant une conception redondanteDétection double avec des capteurs à shunt et à effet Hall possible
VII. résumé
Dans le domaine de la détection du courant dans le système de gestion des bâtiments pour les véhicules à énergie nouvelle, les shunts et les capteurs à effet Hall ont leurs propres avantages et inconvénients. Avec sa grande précision, son faible coût et l'absence de dérive du zéro, le shunt occupe une place importante dans la recherche d'applications de haute performance, tandis que les capteurs à effet Hall sont irremplaçables dans certains scénarios grâce aux avantages de l'isolation naturelle et de la facilité d'installation. Les ingénieurs doivent choisir la solution optimale en tenant compte des exigences spécifiques de l'application, du budget et de l'architecture du système. Comme les véhicules électriques continuent d'améliorer leur autonomie et leurs exigences en matière de sécurité, la technologie de détection de courant de haute précision et très fiable continuera d'évoluer.
