Estes veículos requerem um controlo preciso não só dos motores elétricos que acionam as rodas, mas também da energia elétrica disponível nas baterias para alimentar o veículo e o seu processo de carregamento, garantindo que os automóveis carregam em segurança, independentemente das elevadas tensões e correntes presentes. Estas aplicações inovadoras exigem o desenvolvimento de novas tecnologias de sensores capazes de medir o consumo de eletricidade a bordo dos veículos, atendendo simultaneamente aos requisitos de qualidade e fiabilidade obrigatórios na indústria automóvel.
Os motores são controlados eletronicamente há várias décadas. Acionam locomotivas, robôs, gruas, sistemas de tratamento de bagagem em aeroportos e praticamente qualquer sistema cujo movimento seja controlado eletronicamente. Os sensores são utilizados para medir as correntes elétricas que fluem por estes motores, permitindo que os circuitos eletrónicos controlem a sua velocidade e binário. Os veículos híbridos e elétricos também utilizam motores de alta potência para acionar as rodas e acelerar o automóvel, exigindo, por isso, sensores capazes de medir com precisão as correntes do motor, atendendo aos requisitos do mercado automóvel de tamanho reduzido, baixo peso, baixo consumo de energia, ampla gama de temperatura de funcionamento e, claro, baixo custo. Consequentemente, foram desenvolvidos novos sensores de corrente concebidos especificamente para motores elétricos em automóveis, com capacidades que variam entre algumas dezenas e várias centenas ou mesmo milhares de amperes. Por exemplo, a família de sensores HC2 da LEM mede até 200 A, e a família HC20F atinge os 2000 A e cumpre as especificações automóveis. Estão também disponíveis soluções que integram a medição de todas as três fases de um motor num único dispositivo.
A medição da corrente da bateria em aplicações automóveis já existe há vários anos. Estes sistemas concentram-se na medição dos parâmetros da bateria de 12 V, incluindo corrente, tensão e temperatura, para analisar a capacidade da bateria de fornecer energia quando necessário. Nos sistemas start/stop, por exemplo, é crucial que a bateria esteja em ótimas condições para evitar que os veículos deixem de funcionar nos semáforos. Os sensores de corrente são essenciais para estes veículos.
A utilização de baterias de iões de lítio de alta potência em veículos híbridos e elétricos exige a medição precisa dos parâmetros da bateria. A nova família de sensores CAB da LEM foi concebida especificamente para estes conjuntos de baterias automóveis e fornece dados de corrente extremamente precisos em toda a gama de temperaturas através de um barramento CAN automóvel padrão, permitindo uma fácil integração nos sistemas do veículo. Este sensor utiliza a tecnologia de indução magnética (fluxgate) — o mesmo princípio utilizado nas guerras para determinar a localização de submarinos nas proximidades — para obter medições tão precisas sem desvio ou deriva térmica. Complementa a família de sensores DHAB, que utiliza o princípio mais tradicional do efeito Hall para medir correntes sem contacto e, por isso, oferece isolamento galvânico.
Com a crescente procura dos consumidores por tempos de carregamento mais curtos para os seus veículos elétricos, a energia utilizada para carregar as baterias aumentou significativamente. Esta elevada potência exige postos de carregamento especializados que forneçam várias vezes a potência disponível nas habitações para carregar a bateria de um veículo em apenas alguns minutos, em vez das várias horas necessárias para o carregamento numa tomada doméstica padrão. Para garantir que o processo de carregamento é seguro para o utilizador e para o ambiente, os componentes eletrónicos embebidos devem assegurar a interrupção imediata do carregamento caso seja detetada alguma anomalia ou fuga de corrente. Como os veículos utilizam correntes CA e CC para o carregamento, os sensores domésticos já não são suficientes, sendo necessário o desenvolvimento de sensores especializados de alta precisão e com um tempo de resposta rápido para esta nova aplicação. A LEM, em parceria com outras empresas, está a desenvolver novas soluções que vão ao encontro desta necessidade e implementa-as num pacote compacto e económico, capaz de medir miliamperes de corrente de fuga CC em frações de microssegundos.
Soluções eletrónicas mais pequenas, mais eficientes e mais compactas são o próximo passo para os fabricantes de automóveis que procuram otimizar e reduzir o custo dos seus veículos elétricos. Para atingir o mesmo desempenho com a tecnologia existente, estes sistemas mais pequenos operam a velocidades e frequências mais elevadas, resultando em correntes de ondulação de alta amplitude que destroem a maioria dos sensores de medição de corrente.
Por conseguinte, os sensores e outros componentes devem ser capazes de operar perfeitamente neste ambiente cada vez mais severo e de alta temperatura. A LEM está a testar novos materiais e técnicas de medição e possui protótipos funcionais para satisfazer estas necessidades futuras da indústria automóvel.
A procura por maior eficiência e menores emissões está a impulsionar a indústria automóvel a utilizar cada vez mais sistemas elétricos embarcados. Desde sistemas start-stop a veículos híbridos e elétricos, estes sistemas necessitam de medir as correntes com precisão para garantir o funcionamento adequado e eficiente do veículo.
Além disso, os avanços tecnológicos na eletrónica exigem novos sensores capazes de suportar o calor e os ambientes hostis em que necessitam de operar. A indústria automóvel está a evoluir mais rapidamente do que nunca e a impulsionar novas tecnologias que a ajudarão a desenvolver soluções para o futuro do transporte individual.
Autor:
Por: Ramón Portas, LEM
