最新一代的電動(dòng)汽車(EV) 充電解決方案需要精確的電流感應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。只有使用適當(dāng)?shù)碾娏鞲袘?yīng)方法，充電系統(tǒng)才能提供最佳的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性。

隨著關(guān)注點(diǎn)從 EV 續(xù)航里程轉(zhuǎn)移到充電時(shí)間，各類電動(dòng)汽車的日益普及使人們更加關(guān)注汽車電池系統(tǒng)。電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)必須安全可靠地運(yùn)行，因?yàn)閷?shí)施不當(dāng)?shù)膯栴}可能從低效運(yùn)行到縮短運(yùn)行壽命。使用正確的電流檢測方法可以防止這些問題影響系統(tǒng)。

對于最新一代的電動(dòng)汽車充電解決方案，電力電子基礎(chǔ)設(shè)施與車輛中的車載系統(tǒng)同樣重要。采用水平越高，擁有功能齊全的充電基礎(chǔ)設(shè)施就越重要。雖然充電站目前已部署在高速公路和城市中，但在家充電的能力正在成為電動(dòng)汽車充電市場的一個(gè)主要方面。

充電基礎(chǔ)設(shè)施越多地?cái)U(kuò)展到我們的企業(yè)、公共區(qū)域和家庭，對電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的安全性和可靠性的需求就越大。電力電子設(shè)備任何方面的故障都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)危險(xiǎn)，尤其是在家庭系統(tǒng)中。然而，提高電動(dòng)汽車性能的電流感應(yīng)解決方案也解決了安全性和可靠性問題。

范圍和速度

雖然最新的電力電子和轉(zhuǎn)換解決方案正在消除對行駛里程的焦慮和對電池壽命的擔(dān)憂，這也增加了消費(fèi)者的采用率，但以具有成本效益的方式提高電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率、安全性和性能也很重要. 談到 EV 充電性能，問題包括確保嚴(yán)格的功率因數(shù)校正 (PFC)、測量電流和優(yōu)化轉(zhuǎn)換，同時(shí)確保適當(dāng)?shù)臒峁芾?。在電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，這些方面中的每一個(gè)都利用了另一個(gè)方面。

圖 1：電動(dòng)汽車充電站內(nèi)的電流傳感器提高了整體性能和安全性。

當(dāng)談到電動(dòng)汽車充電解決方案的性能和效率時(shí)，電流測量有助于管理熱性能。一個(gè)嚴(yán)肅的考慮，不當(dāng)?shù)臒峁芾?，可能是破壞性的和昂貴的。如果做得好，正確的電流感應(yīng)方法可以提高電力電子設(shè)備的性能、安全性和成本效益。

除其他優(yōu)點(diǎn)外，先進(jìn)的電流測量解決方案還提供早期故障檢測和實(shí)時(shí)性能信息?？焖贉?zhǔn)確地檢測過流狀況或其他性能損失的能力還使系統(tǒng)能夠預(yù)測和解決諸如潛在電路問題之類的事情，例如可能產(chǎn)生熱問題的狀況。

當(dāng)談到電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)中存在的極端功率水平和負(fù)載條件時(shí)，不僅要防止明顯的危險(xiǎn)（如接地故障和短路），而且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)也很重要表現(xiàn)。作為反饋控制回路功能的一部分，先進(jìn)的電流傳感器在充電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，可提高電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的性能、效率和熱線性度。

電流傳感器的類型

圖 2：不同的電流感應(yīng)技術(shù)提供了一系列具有競爭力的功能。

一個(gè)簡單的基于分流的電流檢測解決方案測量電壓降以確定流過電路的電流。雖然它可以提供不錯(cuò)的動(dòng)態(tài)性能和線性度，但電阻檢測器在高電流和低電流下都有局限性。有源補(bǔ)償可以幫助解決這個(gè)問題，但在 EV 充電系統(tǒng)出現(xiàn)的大電流下，分流器本身的電阻性功耗可能成為一個(gè)熱問題。此外，這種傳感器是基于接觸的，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性以及發(fā)生故障的可能性。

A more sophisticated solution than a shunt-based solution, a Hall sensor is isolated, but lacks accuracy and bandwidth compared to other solutions. Based on the circuit topology and performance desired, it can be deployed in potentially compact configurations. A solution using a current transformer is isolated and can be more accurate depending on the circuit topology, but its size and weight are an issue. Such a solution is less than suitable for a cost-effective compact automotive charging system, especially in homes where space and bulk are issues.

基于基于 AMR 的電流傳感器的高級嵌入式解決方案提供電流隔離，無功耗，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的讀數(shù)，同時(shí)通過有源反饋環(huán)路校正偏移，從而調(diào)整增益參數(shù)并主動(dòng)補(bǔ)償傳感器偏移。與其他可用解決方案相比，先進(jìn)電源系統(tǒng)中的集成電流感應(yīng)解決方案除了顯著節(jié)省空間外，還具有性能優(yōu)勢。使用運(yùn)算放大器和比較器的非集成解決方案的尺寸將大于尺寸為幾十毫米的單封裝解決方案。

圖 3：在 SOIC 16 引腳封裝中，緊湊型 ACEINNA AMR 電流傳感器的尺寸僅為 10.11 MM x 10.11 MM

在高級過流和欠流保護(hù)領(lǐng)域，EV 電池充電系統(tǒng)所需的速度和功率水平需要最佳解決方案。傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲和斷路器通常不夠用，因?yàn)樽钚碌碾妱?dòng)汽車充電系統(tǒng)的開關(guān)速度更快、功率水平更高，需要對每個(gè)關(guān)鍵方面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

電動(dòng)汽車制造商也在通過提高目前高達(dá) 800V 的工作電壓來滿足這些先進(jìn)的充電需求。這些更高電壓的系統(tǒng)以更少的電流提供相同數(shù)量的功率，可以降低車輛的整體重量，因?yàn)樗鼈兛梢詳y帶更輕的充電電纜。具有 800V 充電架構(gòu)和可處理高功率水平的充電站的 EV 可顯著縮短充電時(shí)間。例如，400V 電動(dòng)汽車可以在 150 kW 左右充電，而 800V 充電器可以以 350 kW 的速率充電。

為了提供盡可能具有成本效益的解決方案，通常以盡可能高的功率密度部署基于家庭的系統(tǒng)。這意味著最新的 EV 充電器必須具有先進(jìn)的電流測量功能，以便實(shí)時(shí)進(jìn)行早期故障檢測和性能信息。高級充電系統(tǒng)必須始終對超出范圍的電流條件和其他性能挑戰(zhàn)保持警惕，提醒系統(tǒng)注意潛在的熱和性能問題。

電動(dòng)汽車電源問題不僅僅涉及管理電池和充電系統(tǒng)。

系統(tǒng)的其余部分在電動(dòng)汽車（以及許多工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用）中同樣重要，例如牽引逆變器和傳動(dòng)系統(tǒng)的其余部分。使用先進(jìn)的電流感應(yīng)作為獲取附加車輛性能信息（如實(shí)時(shí)電池放電率）的方法是電池管理系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢，進(jìn)一步提高了電動(dòng)汽車的安全性和可靠性。

規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高績效

許多下一代充電器正處于其性能范圍的邊緣，尤其是在緊湊型家用系統(tǒng)中，這強(qiáng)調(diào)了對早期故障檢測和實(shí)時(shí)性能信息的需求。為了預(yù)測和解決潛在的危險(xiǎn)問題，硬驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車電池充電系統(tǒng)必須能夠立即檢測到超出范圍的電流狀況或其他性能損失。

這些危險(xiǎn)范圍從典型的接地故障和短路到在極端功率水平和超出系統(tǒng)支持能力的負(fù)載條件下運(yùn)行的危險(xiǎn)。充電系統(tǒng)中的先進(jìn)電流檢測還執(zhí)行反饋控制回路功能的初始部分，調(diào)節(jié)逆變器中電源電路的性能、效率和熱線性度。

電流測量是過流和欠流保護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵方面。在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的速度和功率水平下，傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲和斷路器無法勝任這項(xiàng)工作，除非用于防止極端情況下的災(zāi)難性故障。先進(jìn)的電流感應(yīng)可實(shí)現(xiàn)智能故障管理，從而更好地解決用戶錯(cuò)誤以及對電纜和連接器的輕微損壞等潛在性能問題。

使用先進(jìn)電流傳感器的智能電源方法可保護(hù)電路和電池或電池免受濫用（有意或無意），同時(shí)優(yōu)化性能、可靠性和安全性。對于基于磷酸鐵鋰 (LFP) 或鈦酸鋰 (LTO) 的強(qiáng)大而密集的電池，在充電時(shí)確定電池的充電狀態(tài) (SoC)、健康狀態(tài) (SoH) 和充電狀態(tài)非常重要功能（SoF）。只有密切關(guān)注這些方面，才能確認(rèn)電池的完整功能狀態(tài)。

先進(jìn)的傳感解決方案可以防止過流情況并提高安全性，例如 Aceinna 的那些，由于其非?？斓捻憫?yīng)時(shí)間和大電流測量范圍，非常適合這項(xiàng)任務(wù)。這種隔離器件在電路的高端和低端都工作，與分流加放大器解決方案相比，它們的集成特性降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性。例如，在電源電路的高壓側(cè)，Aceinna 電流傳感器可以檢測相電流的接地故障（可能是由于接線錯(cuò)誤、老化等原因），從而保護(hù)整個(gè)電路。

在系統(tǒng)安全方面，電力和熱量密不可分。設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能有效地減少廢熱的電路非常重要。電力電子設(shè)備還必須解決系統(tǒng)遇到的任何增加熱負(fù)載的外部熱量，這意味著任何電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)還必須針對內(nèi)部或外部產(chǎn)生的熱條件進(jìn)行優(yōu)化。

電源管理電路產(chǎn)生的熱量沒有得到妥善處理，它會(huì)影響附近任何電子設(shè)備的性能，尤其是傳感器等敏感模擬組件，迫使這些產(chǎn)品在比通常暴露的更高的工作溫度下工作。先進(jìn)的電流檢測方法還可以幫助監(jiān)控電路中的這些熱問題。

通過降低 EV 充電不穩(wěn)定性和系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)以及其他電路問題，先進(jìn)的電流感應(yīng)方法還可以提高系統(tǒng)性能。利用各向異性磁阻 (AMR) 技術(shù)，Acienna 的電流傳感器精確且非接觸式，與使用分流加隔離放大器解決方案相比，除了優(yōu)化性能外，還降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

電路的功率因數(shù)是電能質(zhì)量方程的重要組成部分，對于高級電動(dòng)汽車充電器的高效運(yùn)行至關(guān)重要。電路中的功率因數(shù)校正 (PFC) 提高了功率因數(shù)比和電能質(zhì)量，提高了設(shè)備??的能源效率，還降低了電網(wǎng)壓力和電力成本。通過在負(fù)載點(diǎn)實(shí)時(shí)應(yīng)用理想補(bǔ)償來提高功率因數(shù)，可以利用低壓側(cè)的先進(jìn)電流感應(yīng)來提高可用功率。

向前行駛

電動(dòng)汽車充電生態(tài)系統(tǒng)在我們部署的過程中仍在發(fā)展，最終的配置離我們還有很長的路要走。使用由Acienna電流感應(yīng)解決方案支持的下一代電路管理解決方案，可以幫助您以經(jīng)濟(jì)高效的方式安全地導(dǎo)航它，而不會(huì)犧牲性能。效率、可靠性和性能相互交織，合適的電流感應(yīng)解決方案將服務(wù)于電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的各個(gè)方面。


審核編輯：劉清