يعمل مستشعر التيار المعتمد على AMR على تمكين شحن الجيل التالي من المركبات الكهربائية

يعد توسيع وتحديث البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية (EVs) وغيرها من تطبيقات التنقل التي تعمل بالطاقة أمرًا بالغ الأهمية لزيادة القبول المجتمعي. يعد تنفيذ أنظمة شحن المركبات الكهربائية الأكثر قوة وفعالية هو أفضل طريقة لحل مشكلات مثل قلق النطاق وسرعة الشحن. تتزايد فرص السوق ، حيث من المتوقع أن تتجاوز تركيبات شحن المركبات الكهربائية 9 ملايين وحدة بحلول عام 2025. تستكشف هذه المقالة كيف يمكن للاستشعار الحالي القائم على AMR أن يفيد المركبات الكهربائية والبنية التحتية للشحن ذات الصلة.

دور الاستشعار الحالي

تسمح تقنية الاستشعار الحالية المحسّنة للمقاومة المغناطيسية متباينة الخواص (AMR) للبنية التحتية الكهربائية في منازلنا وأماكن عملنا بمعالجة المشكلات المتعلقة بموثوقية نظام شحن المركبات الكهربائية وسلامته. تتجنب الإدارة الفعالة للطاقة مشاكل مثل الأداء الضعيف والفشل الكارثي ، والتي تشكل خطر حريق خطير وإمكانية حدوث وفيات. تعمل تقنيات الاستشعار الحالية على تحسين وظائف النظام وتعالج بشكل مباشر مخاوف الموثوقية والسلامة. تشمل العناصر الرئيسية قياس التيار ، وضمان التصحيح الدقيق لعامل القدرة ، والإدارة الفعالة للتردد ، وحل المشكلات الحرارية المتعلقة بتعزيز الكفاءة والسلامة والأداء لأي نظام تحويل طاقة معين.

للتنبؤ بمشكلات تحويل الطاقة التي قد تكون ضارة ومعالجتها ، يجب أن تكون أنظمة شحن بطارية EV قادرة على إدارة الحالة الحالية خارج النطاق ، أو اكتشاف حالة التيار الزائد على الفور ، أو التعرف على فقدان الأداء الآخر. يمكن أن تشمل المشكلات أخطاء أرضية ظرفية غير متوقعة ، أو دوائر قصيرة ، أو تعمل بمستويات طاقة عالية للغاية ، أو حالات تحميل أقل من قدرة دائرة الطاقة. يعد قياس التيار المتقدم مكونًا مهمًا للوقاية من التيار الزائد أو الناقص ضد تلف الأجهزة الإلكترونية ، خاصةً بمعدلات وشدة أنظمة شحن المركبات الكهربائية.

لم تعد حماية الدارة القائمة على الصمامات من الماضي كافية. يعمل اكتشاف التيار المتقدم أيضًا على تحسين الأداء مع حماية دائرة شحن المركبات الكهربائية وأي بطاريات مركبة متصلة بها من سوء الاستخدام الضار أو غير المقصود. يمكن استخدام عد كولوم لتحديد حالة شحن البطارية (SoC) والحالة الصحية (SoH) وحالة الوظيفة عند استخدام تقنية فوسفات حديد الليثيوم (LFP) أو تقنية تيتانات الليثيوم (LTO) (SoF).

دائرة حماية

يمكن أن تؤدي أي استجابة للكشف عن التيار الزائد أداءً أفضل باستخدام أدوات استشعار تيار AMR مثل Aceinna. علاوة على ذلك ، فإن العزل الجوهري لمستشعر تيار AMR يجعله قابلاً للتطبيق على جانبي الدائرة العالية والمنخفضة ، مما يعزز الأداء والسلامة. لا تعاني مستشعرات التيار اللاتلامسي هذه من مشاكل تبديد الطاقة ، وتوفر أوقات قراءة أسرع ، وتستخدم حلقات تغذية مرتدة نشطة لتصحيح الإزاحات. يسمح هذا للشاحن بتعديل معلمات الكسب والتعويض عن إزاحة المستشعر.

تعتمد الحماية من التيار الزائد وتحت التيار ، والإدارة الذكية للأعطال ، ومخاطر السلامة غير المقصودة مثل القوى الخارجية والأضرار الطفيفة ، على الاكتشاف السريع والدقيق للتيار. نظرًا لعلاقتهما الوثيقة ، فإن إدارة الطاقة والإدارة الحرارية مترادفتان.

الاستشعار الحالي في المركبات الكهربائية

فيما يتعلق بأنظمة شحن EV المستندة إلى التيار المتردد ، يتحكم معدل قبول محول الطاقة في سرعة الشحن ، والتي يتم تقليلها بسبب الحاجة إلى تصحيح التيار المتردد. تتجنب شواحن التيار المستمر المحول تمامًا ، مما يؤدي إلى تسريع عملية الشحن. تتعامل أنظمة تحويل الطاقة الحديثة مع مخاوف الحرارة ، وتوفر تصحيحًا دقيقًا لعامل القدرة ، وتعزز إدارة التردد من خلال استشعار التيار المحسن. يمكن تجنب تلف النظام من خلال التحكم في الأداء الحراري للنظام من خلال القياس الحالي ، بغض النظر عما إذا كان السبب هو أخطاء الأرض أو حوادث ماس كهربائي أو ظروف تحميل عالية.

توفر الحزمة المتكاملة من حل الاستشعار الحالي من Aceinna مساحة مقارنة بتطبيق op-amp المباشر وتطبيق المقارنة. سيكون الجهاز المتكامل دائمًا أصغر من جهاز تم تجميعه من أجزاء منفصلة.

يعمل تصحيح معامل القدرة (PFC) على تحسين نسبة عامل القدرة ، وتقليل إجهاد الشبكة ، وزيادة كفاءة الطاقة ، وخفض أسعار الكهرباء. تعد جودة الطاقة (الشكل 1) مكونًا أساسيًا للشحن الأمثل. يتم زيادة توافر الطاقة من خلال الكشف الفعال عن التيار الجانبي للجهد المنخفض. بالإضافة إلى كونه أصغر من التحويلة ، فإن مستشعر التيار المعتمد على AMR هو أيضًا أكثر فاعلية وينتج حرارة أقل. علاوة على ذلك ، مقارنةً بالنظام القائم على Hall ، تتمتع شريحة AMR بعرض نطاق تشغيل أكبر ومعدل أكبر لأخذ العينات.

مزايا مجسات AMR

يقيس مستشعر AMR قوة المجال المغناطيسي الموازي لاتجاه الاستشعار باستخدام المجال المغناطيسي الناتج عندما يتدفق التيار عبر سلك. موصل على شكل حرف U يوضع فوق مادة AMR هو وسيلة المستشعر لقياس المجال المغناطيسي. يحيط مجال مغناطيسي بالموصل أثناء حمله للتيار المناسب.

يتم وضع مستشعرات AMR على مسافة مماثلة من محاور التناظر فوق الموصلات الحاملة للتيار المتعارضة. يتم تحديد إشارة الخرج من خلال قوة المجال المغناطيسي الموازي لاتجاه استشعار مستشعر AMR. يتم تحويل هذا القياس إلى خرج جهد بواسطة المستشعر.

تتمتع سبيكة من النيكل والحديد تسمى بيرمالوي بمقاومة تتفاوت نسبيًا في مجال مغناطيسي دون الاتصال بالدائرة التي تنتج المجال المغناطيسي الذي تراقبه. لذلك ، مثل المحولات ، يتم فصل شريحة AMR كهربائيًا. كما أنها تتيح قراءة أسرع مع التعويض النشط عن إزاحات المستشعر من خلال حلقات التغذية الراجعة النشطة ، مما يسمح للدائرة بتعديل معلمات الكسب.

خاتمة

لتوفير الملاحظات اللازمة حول إلكترونيات الطاقة ، تحتاج تطبيقات الشحن السريع للمركبات الكهربائية عالية الطاقة إلى قياسات حالية محسّنة. هناك طرق مختلفة للاستشعار الدقيق للتيار ، ولكل منها مزايا وعيوب. الأداء والموثوقية والسلامة كلها عوامل توفرها حلول الاستشعار الحالية القائمة على AMR. كما أنها تساعد في حماية الدائرة ، وخفض التكلفة ، وتقليل عامل الشكل ، وتحديات تصميم الدوائر الرئيسية.

Maurizio Di Paolo Emilio حاصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء ومهندس اتصالات. عمل في العديد من المشاريع الدولية في مجال أبحاث موجات الجاذبية ، وتصميم نظام التعويض الحراري (TCS) وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها ، وفي مشاريع أخرى حول الحزم الميكروية للأشعة السينية بالتعاون مع جامعة كولومبيا ، وأنظمة الجهد العالي وتقنيات الفضاء. للاتصالات والتحكم في المحركات مع ESA / INFN. تم تطبيق TCS على تجربتي Virgo و LIGO ، التي اكتشفت موجات الجاذبية لأول مرة وحصلت على جائزة نوبل في عام 2017. منذ عام 2007 ، كان مراجعًا للمنشورات العلمية للأكاديميين مثل مجلة Microelectronics Journal ومجلات IEEE. علاوة على ذلك ، فقد تعاون مع شركات صناعة إلكترونية مختلفة والعديد من المدونات والمجلات الإيطالية والإنجليزية ، مثل Electronics World و Elektor و Mouser و Automazione Industriale و Electronic Design و All About Circuits و Fare Elettronica و Elettronica Oggi و PCB Magazine ، كاتب / محرر تقني متخصص في عدة مواضيع في الإلكترونيات والتكنولوجيا. من عام 2015 إلى عام 2018 ، كان رئيس تحرير Firmware و Elettronica Open Source ، وهما مدونات ومجلات تقنية لصناعة الإلكترونيات. شارك في العديد من المؤتمرات كمتحدث في الكلمات الأساسية لموضوعات مختلفة مثل الأشعة السينية وتقنيات الفضاء وإمدادات الطاقة. يستمتع موريزيو بكتابة وإخبار القصص حول إلكترونيات الطاقة وأشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة والسيارات وإنترنت الأشياء والمدمجة والطاقة والحوسبة الكمومية. ماوريتسيو هو محرر محتوى في AspenCore منذ عام 2019. وهو حاليًا رئيس تحرير Power Electronics News و EEWeb ومراسلًا لـ EE Times. وهو مضيف برنامج PowerUP ، وهو بودكاست حول إلكترونيات الطاقة ، ومروج ومنظم مؤتمر PowerUP الافتراضي ، وهو قمة يتحدث فيها المتحدثون الرائعون كل عام عن اتجاهات تصميم إلكترونيات الطاقة. علاوة على ذلك ، فقد ساهم في عدد من المقالات التقنية والعلمية بالإضافة إلى عدد من كتب Springer حول حصاد الطاقة وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها.