Questi veicoli richiedono un controllo preciso non solo dei motori elettrici che azionano le ruote, ma anche dell'energia elettrica disponibile nelle batterie per alimentare il veicolo e il suo processo di ricarica, garantendo che le auto si ricarichino in sicurezza indipendentemente dalle alte tensioni e correnti presenti. Queste applicazioni innovative richiedono lo sviluppo di nuove tecnologie di sensori in grado di misurare il consumo di energia elettrica a bordo dei veicoli, soddisfacendo al contempo i requisiti di qualità e affidabilità imprescindibili nel settore automobilistico.
Da diversi decenni i motori sono controllati elettronicamente. Alimentano locomotive, robot, gru, sistemi di movimentazione bagagli aeroportuali e praticamente qualsiasi sistema il cui movimento sia controllato elettronicamente. I sensori vengono utilizzati per misurare le correnti elettriche che attraversano questi motori, consentendo all'elettronica di controllarne velocità e coppia. Anche i veicoli ibridi ed elettrici utilizzano motori ad alta potenza per azionare le ruote e accelerare l'auto, e pertanto richiedono sensori in grado di misurare con precisione le correnti del motore, soddisfacendo al contempo i requisiti del mercato automobilistico in termini di dimensioni ridotte, peso contenuto, basso consumo energetico, ampio intervallo di temperatura di esercizio e, naturalmente, basso costo. Di conseguenza, sono stati sviluppati nuovi sensori di corrente specificamente progettati per i motori elettrici delle automobili, con valori che vanno da poche decine a diverse centinaia o persino migliaia di ampere. Ad esempio, la famiglia di sensori HC2 di LEM misura fino a 200 A, mentre la famiglia HC20F raggiunge i 2000 A e soddisfa le specifiche del settore automobilistico. Sono inoltre disponibili soluzioni che integrano la misurazione di tutte e tre le fasi di un motore in un unico dispositivo.
La misurazione della corrente della batteria nelle applicazioni automobilistiche è una pratica consolidata da diversi anni. Questi sistemi si concentrano sulla misurazione dei parametri della batteria a 12V, tra cui corrente, tensione e temperatura, per analizzare la sua capacità di fornire energia quando necessario. Nei sistemi start/stop, ad esempio, è fondamentale che la batteria sia in condizioni ottimali per evitare che il veicolo si spenga ai semafori. I sensori di corrente sono essenziali per questi veicoli.
L'utilizzo di batterie agli ioni di litio ad alta potenza nei veicoli ibridi ed elettrici richiede una misurazione precisa dei parametri della batteria. La nuova famiglia di sensori CAB di LEM è stata progettata specificamente per questi pacchi batteria per autoveicoli e fornisce dati di corrente della batteria estremamente accurati su tutto l'intervallo di temperatura tramite un bus CAN standard per autoveicoli, consentendo una facile integrazione nei sistemi del veicolo. Questo sensore utilizza la tecnologia a induzione magnetica (fluxgate), lo stesso principio utilizzato in ambito militare per determinare la posizione dei sottomarini nelle vicinanze, per ottenere misurazioni così precise senza offset o deriva termica. Si affianca alla famiglia di sensori DHAB, che utilizza il più tradizionale principio dell'effetto Hall per misurare le correnti senza contatto e offre quindi isolamento galvanico.
Poiché i consumatori richiedono tempi di ricarica più brevi per i loro veicoli elettrici, la potenza utilizzata per ricaricare le batterie è aumentata significativamente. Questa elevata potenza richiede stazioni di ricarica specializzate che forniscano una potenza di gran lunga superiore a quella disponibile nelle abitazioni, consentendo di ricaricare la batteria di un veicolo in pochi minuti, anziché nelle diverse ore necessarie per la ricarica tramite una normale presa domestica. Per garantire la sicurezza dell'utente e dell'ambiente durante il processo di ricarica, l'elettronica di bordo deve assicurare l'immediata interruzione della ricarica in caso di rilevamento di anomalie o dispersioni di corrente. Poiché i veicoli si ricaricano utilizzando sia corrente alternata (AC) che continua (DC), i sensori domestici non sono più sufficienti ed è stato necessario sviluppare sensori specializzati ad alta precisione con tempi di risposta rapidi per questa nuova applicazione. LEM, insieme ad altre aziende partner, sta sviluppando nuove soluzioni che soddisfano questa esigenza e le implementa in un pacchetto compatto ed economico, in grado di misurare milliampere di corrente di dispersione in corrente continua in frazioni di microsecondo.
Soluzioni elettroniche più piccole, efficienti e compatte rappresentano il prossimo passo per le case automobilistiche che mirano a ottimizzare e ridurre i costi dei propri veicoli elettrici. Per ottenere le stesse prestazioni con la tecnologia esistente, questi sistemi più piccoli operano a velocità e frequenze più elevate, generando correnti ondulate di elevata ampiezza che distruggono la maggior parte dei sensori di misurazione della corrente.
Pertanto, i sensori e gli altri componenti devono essere in grado di funzionare in modo impeccabile in questo ambiente sempre più ostile e ad alta temperatura. LEM sta testando nuovi materiali e tecniche di misurazione e dispone di prototipi funzionanti per soddisfare queste future esigenze dell'industria automobilistica.
La ricerca di una maggiore efficienza e di minori emissioni sta spingendo l'industria automobilistica verso un utilizzo sempre maggiore di sistemi elettrici di bordo. Dai sistemi start-stop ai veicoli ibridi ed elettrici, questi sistemi devono misurare con precisione le correnti per garantire un funzionamento corretto ed efficiente del veicolo.
Inoltre, i progressi tecnologici nel campo dell'elettronica richiedono nuovi sensori in grado di resistere al calore e agli ambienti ostili in cui devono operare. L'industria automobilistica si sta evolvendo più rapidamente che mai e sta promuovendo nuove tecnologie che contribuiranno a sviluppare soluzioni per il futuro della mobilità personale.
Autore:
A cura di: Ramón Portas, LEM
