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2022年6月6日

为什么先进的电动汽车充电系统需要精确的电流传感器？

 

随着电动汽车使用率的不断提高，人们对汽车电池系统的关注从续航里程转向充电时间。电动汽车充电系统必须要安全可靠地运行，因为执行不当可能会导致效率低下、运行寿命缩短等问题。充电基础设施越多地扩展到企业、公共场所和家庭，对电动汽车充电系统的安全性和可靠性的需求就越大。尤其是家用充电系统，任何方面出现故障都可能导致严重的火灾危险。在提高电动汽车性能的同时，电流传感解决方案也解决了安全性和可靠性的问题。

 范围与速度

最新的电力电子和转换解决方案正在消除人们对续航里程和电池寿命的担忧，这增加了消费者对电动汽车的接受性，以经济高效的方式提高电源转换系统的效率、安全性和性能也很重要。在电动汽车充电性能方面，需确保严格的功率因数校正(PFC)、测量电流和优化转换，同时确保适当的热管理。在电源转换系统中，这些方面的每个方面都相互影响。

当谈到电动汽车充电解决方案的性能和效率时，电流测量有助于管理热性能。需要注意的是，不恰当的热管理具有破坏性且成本高昂。正确的电流感应方法可以提高电力电子设备的性能、安全性和成本效益。先进的电流测量解决方案还可以为用户提供早期故障检测和实时性能信息。快速准确地检测车辆过流状况或其他性能损失的能力使系统能够及时预测、解决潜在的电路问题。

电动汽车充电系统存在极端功率水平和负载条件时，不但要防止明显的危险(如接地故障和短路)，而且能够实时监测系统性能。先进的电流传感器作为反馈控制回路功能的一部分在充电系统中起着至关重要的作用，可以提高电动汽车充电系统的性能、效率和热线性度。

电流传感器的类型

一种简单的基于分流的电流传感解决方案通过测量电压降来确定流过电路的电流。电阻式检测器能提供良好的动态性能和线性度，但在检测大小电流下都有局限性。主动补偿可以帮助解决这个问题，但当电动汽车充电系统出现大电流时，分流器本身的电阻功耗可能成为一个热问题。这种传感器是基于接触的，增加了系统的复杂性及发生故障的可能性。

霍尔传感器是一种比分流式解决方案更复杂的解决方案，它是隔离的，与其他解决方案相比它缺乏准确性和带宽。根据电路所需的拓扑结构和性能，它可以在紧凑配置中部署。使用电流互感器的解决方案是隔离的，根据电路拓扑结构可以更准确。它的尺寸和重量是一个问题，这种解决方案不太适合经济高效的紧凑型汽车充电系统。

新纳传感基于AMR电流传感器的先进嵌入式解决方案提供了电流隔离，无功耗，能够快速准确地读出数据，同时通过有源反馈回路校正偏移，以调整增益参数并主动补偿传感器偏移。与其他解决方案相比，先进电源系统中的集成电流传感解决方案具有节省空间与性能优势。使用运算放大器和比较器非集成解决方案的尺寸将比单封装解决方案的尺寸更大，单封装解决方案的尺寸为几十毫米。

在先进的过流和欠流保护领域，电动汽车电池充电系统所需的速度和功率水平需要最佳的解决方案。随着电动汽车充电系统更快的开关速度和更高的功率水平，传统的保险丝和断路器往往不能满足需求，需要对每个关键方面都进行实时监控。

电动汽车制造商也在通过提高工作电压(目前高达800V)来满足这些先进的充电需求。这些高电压系统以更小的电流提供相同的功率，可以降低车辆总重量因为它们携带的充电电缆更轻。具有800V充电架构和能够处理高功率水平充电站的电动汽车可以显著缩短充电时间。

为了提供经济高效的解决方案，基于家庭充电系统通常以尽可能高的功率密度部署。这意味着最新的电动汽车充电器必须具有先进的电流测量功能，以便实时进行早期故障检测和性能信息。先进的充电系统必须时刻警惕超出范围的电流状况和其他性能挑战，提醒系统注意潜在的热问题与性能问题。系统的其他部分在电动汽车(以及许多工业电机驱动应用)中同样重要，例如牵引逆变器和其他驱动系统。使用先进的电流传感作为获取额外车辆性能信息(如实时电池放电率)的方法，是电池管理系统的另一个优势，进一步提高了电动汽车的安全性和可靠性。

避免风险，提高性能

许多下一代充电器正处于性能范围的边缘，尤其是在紧凑型家用系统中。为了预测和解决潜在危险问题，硬驱动的电动汽车电池充电系统必须能够立即检测到超出范围的电流状况或其他性能损失。危险问题包括典型的接地故障和短路，以及系统无法支持的极端功率和负载条件下运行的危险。充电系统中的先进电流监测还执行反馈控制回路功能的初始部分，调节逆变器中电源电路的性能、效率和热线性度。

电流测量是过流和欠流保护的一个关键方面。在电动汽车充电系统的速度和功率水平下，传统的保险丝和断路器无法胜任这项工作，除非用于防止极端情况下的灾难性故障。先进的电流感应可实现智能故障管理，从而更好地解决用户错误以及对电缆和连接器的轻微损坏等潜在性能问题。

智能电源方法使用先进的电流传感器，保护电路和涉及的电池免受滥用，同时优化性能、可靠性和安全性。对于磷酸铁锂(LFP)或钛酸锂(LTO)的高功率高密度电池，充电时确定电池的荷电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)很重要。只有密切监控这些方面，才能确保电池的完整功能完整。

新纳传感先进的传感解决方案，由于响应速度快，电流测量范围大，因此可以很好地保护过流条件并提高安全性。这种隔离器件在电路的高、低端都能工作，与分流器加放大器的解决方案相比，它们的集成特性降低了设计的复杂性。例如，在电源电路的高压侧，新纳传感电流传感器可以检测相电流的接地故障（可能是由于接线错误、老化等原因），从而保护整个电路。

当涉及到系统安全时，功率和热量是密不可分的。电力电子器件必须解决系统遇到的任何增加热负载的外部热量，这意味着任何电力电子器件设计也必须针对内部或外部产生的热条件进行优化。电源管理电路产生的热量如果处理不当，会影响到附近电子产品的性能，特别是传感器等敏感的模拟元件，迫使这些产品在比它们通常暴露的更高的工作温度下工作。先进的电流感应方法可以帮助监测电路中的这些热问题。

通过降低电动汽车充电的不稳定性、系统故障风险及其他电路问题，先进的电流感应方法提高了系统的性能。利用各向异性磁阻 (AMR) 技术，新纳传感的电流传感器是精确且非接触式的，与使用分流器加隔离放大器的解决方案相比，除了优化性能外还降低了设计的复杂性。

电路的功率因数是电能质量方程的一个重要组成部分，对于先进电动汽车充电器的有效运行至关重要。电路中的功率因数校正(PFC)改善了功率因数比和电能质量，提高了设备的能源效率，同时也降低了电网压力和电力成本。通过在负载点实时应用理想补偿来提高功率因数，可以利用低压侧的先进电流感应来提高可用功率。

展望未来

电动汽车充电生态系统仍在发展中，距最终想要达成的配置我们还有很长的路要走。使用由新纳传感电流感应解决方案支持的下一代电路管理解决方案，可以帮助您以经济高效的方式及在保证车辆性能的情况下安全行驶。效率、可靠性和性能相互交织，合适的电流感应解决方案将服务于电动汽车充电系统的各个方面。

 

关于新纳传感系统有限公司

        新纳传感系统有限公司是全球领先的MEMS传感解决方案提供商，产品线包括基于磁阻薄膜的高频率高带宽电流传感器、高性能代码开源惯性测量单元（IMU）、高精度实时动态（RTK）导航系统和厘米级精度定位服务。公司在中国无锡设有研发与生产基地，并在波士顿、芝加哥和硅谷设有全球研发中心。请访问新纳官网www.aceinna.cn了解更多信息。

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