I. Vue d'ensemble et principes de base de la dérivation

Une résistance shunt est un élément résistif de précision utilisé pour les mesures de courant. Son principe de fonctionnement est basé sur la loi d'Ohm : lorsqu'un courant traverse une résistance de résistance connue, une chute de tension proportionnelle au courant est générée aux bornes de la résistance. En mesurant avec précision cette petite chute de tension et en la divisant par la résistance du shunt, on peut calculer la quantité de courant qui circule dans le circuit.

La formule de base du shunt est la suivanteI = V / R, où I est le courant à mesurer en ampères, V est la chute de tension aux bornes du shunt en volts et R est la valeur de résistance du shunt en ohms. Par exemple, un shunt d'une valeur de résistance de 100 μΩ produira une chute de tension de 50 mV aux bornes lorsqu'un courant de 500 A circule.

Deuxièmement, les paramètres techniques de base du shunt

2.1 Courant nominal et chute de tension nominale

Le courant nominal est la valeur maximale du courant pour laquelle le shunt peut fonctionner de manière stable pendant une longue période, et les spécifications courantes vont de 5A à 15000A. La chute de tension nominale correspond à la tension générée aux deux extrémités du shunt sous le courant nominal. Les valeurs standard comprennent 45mV, 50mV, 60mV, 75mV, 100mV, 150mV, etc.

2.2 Classes de précision

La classe de précision du shunt détermine la précision de la mesure et les classes les plus courantes sont les suivantes :

• Classe 0.1 : erreur de mesure ≤ ±0,1% pour les applications métrologiques
• Classe 0.2 : erreur de mesure ≤±0.2%, convient pour les mesures de haute précision
• Niveau 0.5 : erreur de mesure ≤±0,5%, applicable aux mesures industrielles générales
• Niveau 1.0 : erreur de mesure ≤±1,0%, adapté à la surveillance générale

2.3 Coefficient de température (TCR)

Le coefficient de température de la résistance (TCR) indique la variation de la valeur de la résistance en fonction de la température et est exprimé en ppm/°C. Les shunts de haute qualité ont généralement un TCR inférieur à 50 ppm/°C. Les produits de haute qualité ont un TCR inférieur à 5ppm/°C. Plus le TCR est bas, plus la précision de la mesure du shunt est stable. Les shunts de haute qualité ont généralement un TCR inférieur à 50ppm/°C, les produits de haute qualité atteignant moins de 5ppm/°C. Plus le TCR est bas, plus la précision de mesure du shunt sera stable dans différents environnements de température.

2.4 Coefficient de puissance (PCR)

Le coefficient de puissance indique dans quelle mesure la valeur de la résistance varie en fonction de sa propre puissance calorifique en ppm/W. Les shunts génèrent de la chaleur lors du passage de courants élevés, ce qui entraîne une augmentation de la température qui, à son tour, affecte la valeur de la résistance. La conception PCR de shunts de haute qualité permet de contrôler efficacement cet effet.

III. matériaux et procédés de shuntage

3.1 Matériaux d'alliage de résistance

Le matériau de la résistance du shunt détermine directement ses performances et les matériaux couramment utilisés sont les suivants :

• Alliages manganèse-cuivreLe matériau le plus couramment utilisé pour les shunts : coefficient de température très faible (environ 20ppm/°C) et bonne stabilité.
• Alliage ConocoCoefficient de température d'environ 40ppm/°C, faible coût, convient aux applications générales
• Alliage nickel-chromeRésistance à la chaleur : Résistance à la chaleur, convient aux environnements à haute température
• Alliage Karmacoefficient de température ultra-faible (<5ppm>

3.2 Matériaux des terminaux et processus de connexion

Les bornes de shunt sont généralement fabriquées en cuivre violet ou en laiton avec une surface étamée ou nickelée pour éviter l'oxydation. Le processus de connexion de l'alliage résistif aux bornes comprend les opérations suivantes :

• Soudage par faisceau d'électrons: la plus haute qualité de soudage et la plus faible résistance de contact pour les shunts de haute précision
• brasageProcessus mature, coût modéré, le plus largement utilisé
• revêtementLes shunts : Adaptés aux shunts à courant élevé, faciles à installer sur le terrain.

Quatrièmement, les points de sélection des déviateurs

4.1 Détermination du courant nominal

Lors de la sélection du shunt, le courant nominal doit être supérieur à 1,2-1,5 fois le courant de fonctionnement maximal du système, en laissant une marge appropriée. En même temps, la capacité de surcharge transitoire doit être prise en compte pour s'assurer que le shunt ne sera pas endommagé lorsque le système est anormal.

4.2 Sélection de la chute de tension nominale

Le choix de la chute de tension nécessite un équilibre entre la précision de la mesure et la perte de puissance : plus la chute est importante, plus le signal est facile à mesurer, mais plus la consommation d'énergie est élevée. Pour les applications sensibles à la puissance, telles que les systèmes de gestion de batterie, on choisit souvent 50 mV ou moins ; pour les mesures industrielles, 75 mV ou 100 mV sont des choix courants.

4.3 Prise en compte de l'environnement de l'application

Sélectionnez le coefficient de température et la classe de protection appropriés en fonction de l'environnement de travail :

• Applications à large gamme de températures : sélectionner les produits avec TCR ≤ 20ppm/°C
• Environnements très humides : choisir des produits avec une protection étanche
• Environnements vibratoires : sélection de structures mécaniquement solides

V. Scénarios d'application typiques des shunts

5.1 BMS pour les véhicules à énergie nouvelle

Le shunt dans le système de gestion de la batterie est utilisé pour surveiller le courant de charge et de décharge du bloc batterie pour l'estimation du SOC et la protection de la sécurité. Paramètres typiques : plage de courant ±500A, précision 0,5%, TCR≤50ppm/°C.

5.2 Systèmes de stockage d'énergie

Les centrales de stockage d'énergie à grande échelle doivent mesurer avec précision la puissance de charge et de décharge de la batterie, et la précision du shunt affecte directement les avantages économiques du système. Habituellement, la précision requise est ≤0,2%, avec un ADC 24 bits pour obtenir une mesure à haute résolution.

5.3 Comptage des piles de chargement

La mesure du courant de la pile de chargement est directement liée à la précision de la transaction et doit répondre aux exigences des réglementations nationales en matière de vérification métrologique. La précision du shunt doit généralement être de 0,2 niveau et présenter une bonne stabilité à long terme.

5.4 Onduleurs photovoltaïques

Le contrôle MPPT nécessite une détection précise du courant de sortie de la matrice PV, et le shunt aide à atteindre le point de puissance maximale afin d'améliorer l'efficacité de la production d'énergie PV.

VI. précautions pour l'utilisation des shunts

1. Avec connexion à quatre bornesLa connexion Kelvin à quatre bornes est utilisée pour séparer les bornes de mesure du courant et de la tension, éliminant ainsi l'effet de la résistance du câble sur la mesure.
2. Attention à la conception thermiqueLes shunts à courant élevé génèrent une chaleur considérable, ce qui nécessite une conception raisonnable de la structure de dissipation de la chaleur et l'utilisation de méthodes de refroidissement à l'air ou à l'eau si nécessaire.
3. Position de montage correcteLe shunt doit être installé le plus près possible du potentiel de terre du système (détection du côté bas) afin de réduire l'influence des tensions de mode commun sur la mesure.
4. Blindage et mise à la terreLes mesures peuvent être effectuées dans un environnement électromagnétique (EMI) : Blinder et mettre correctement à la terre les fils de mesure afin d'améliorer le rapport signal/bruit.

VII. résumé

En tant que composant central de la mesure du courant, le choix du shunt affecte directement la précision de la mesure et la fiabilité de l'ensemble du système. Les ingénieurs doivent tenir compte des paramètres nominaux, des exigences de précision, des conditions environnementales, du budget et d'autres facteurs pour sélectionner les produits les mieux adaptés aux besoins de l'application. Avec le développement rapide des nouvelles énergies, du stockage de l'énergie et d'autres industries, les shunts de haute précision, à faible dérive thermique et de faible volume seront de plus en plus utilisés.