Uusimmat anturit eivät ainoastaan auta estämään ajoneuvojen tulipaloja tehokkaammin kuin koskaan, vaan ne myös auttavat vastaamaan sähköajoneuvojen markkinoita hallitseviin ajokantamahaasteisiin. Pian anturit tekevät vielä paljon enemmän.

Aina kun sähköajoneuvoista keskustellaan, ykkösaiheeksi nousee matka, joka niillä voidaan ajaa yhdellä latauksella. Vaikka täydellä tankilla kuljettu matka on useimmille bensiini- tai dieselajoneuvon ostajille ostokriteerien listan loppupäässä, sähköautojen kohdalla se on kärjessä.

Tämä on erikoista, koska keskimääräinen automatka on noin 15 kilometriä. Tästä huolimatta kuljettajat väittivät äskettäisessä tutkimuksessa, että he odottivat sähköautolta noin 600 kilometrin kantamaa yhdellä latauksella. Tällä hetkellä tämä ei ole läheskään mahdollista useimmilla täyteen ladatuilla litiumioniakustolla varustetulla sähköautolla.

Tämä korostaa autoalan selkeää ongelmaa. Sähköautoissa käytetty tekniikka on täysin erilaista kuin ostajien tuntema ja vertailut polttomoottoriin ovat virheellisiä.

On toinenkin kriteeri, joka ohjaa yhä enemmän ihmisten sähköajoneuvojen valintoja: turvallisuus. Tulevina vuosina sen merkityksen odotetaan kasvavan yhä tärkeämmäksi.

Miksi turvallisuudesta on tullut niin tärkeä kysymys? Syy on yksinkertainen. Sähköautot on suunniteltava latautumaan nopeammin, jotta ne täyttäisivät aiemmin kuvatut vaatimukset, joten ajoneuvojen järjestelmät joutuvat käsittelemään korkeampaa virtaa ja korkeampia jännitteitä, mikä vaatii suurempaa eristystä. Autoteollisuudessa vallitsee todellinen huoli – olipa kyse sitten OEM-valmistajista, sähköajoneuvojen laturien valmistajista tai latauspisteiden operaattoreista – että vaikka on elintärkeää tarjota kaikki kuljettajien etsimät edut, kaikkien mahdollisten sähköiskujen tai tulipalojen välttäminen on asetettava ehdottomasti etusijalle.

Autoalan merkittävä haaste vuonna 2023 ja sen jälkeen tulee olemaan suorituskyvyn, tarkkuuden, hiilijalanjäljen ja turvallisuuden sovittaminen yhteen.

Lataustila, terveydentila

Tämän kehityksen hallinnan keskiössä on jokaiseen sähköautoon asennettu akunhallintajärjestelmä (BMS). Ajoneuvon akun pääkomponenttina BMS täyttää kuljettajalle kaksi olennaista vaatimusta. Ensinnäkin se arvioi lataustilan (SoC, state-of-charge), joka on sähköauton akun varaustaso suhteessa sen kapasiteettiin. Tämä määrittää ajomatkan, jonka ajoneuvo voi saavuttaa. Toiseksi BMS hallitsee akun kuntoa (SoH, state-of-health) sisäisellä turvatoiminnolla, joka on suunniteltu estämään vuodot tai tulipalo. Mitä tarkempia nämä arviot ovat – ja niiden on selvästikin oltava niin tarkkoja kuin mahdollista – sitä onnellisempia autoilijat ovat, kun he välttyvät sekä ajomatkaa että turvallisuutta koskevalta ahdistukselta.

Jotta BMS-järjestelmä voisi suorittaa nämä elintärkeät toiminnot, siinä on oltava luotettavat anturielementit. Ei ole yllättävää, että minkä tahansa BMS:n avainkomponentteina virta-anturit ovat käyneet läpi merkittäviä muutoksia sähköautosektorin vaatimusten kasvaessa.

Asiakkaidensa mukana tällä matkalla LEM on äskettäin kehittänyt kolmannen sukupolven CAB-anturisarjan erittäin tarkkojen lataustilaa kuvaavien lukujen toimittamiseen. Suorituskykyinen premium-anturin CAB-sarja kehitettiin ensimmäisen kerran BMS-järjestelmiin 12 vuotta sitten, ja se on kehittynyt asiakkaiden vaatimusten muuttuessa. Ensimmäinen malli edusti läpimurtoteknologiaa, joka mahdollisti tarkempien virranmittausten saavuttamisen eliminoimalla magneettisen poikkeaman, ja kontaktiton virranmittaus oli myös suuri etu. Seuraava malli tunnettiin korkeammasta virta-alueestaan (300A - 500A) ja parantuneesta turvallisuustasostaan.

CAB 1500 - sarjan uusin tulokas

Uusin tulokas CAB-anturien sarjaan on huippuluokan CAB 1500, jonka laajennettu virta-alue on jopa ±1500A. Toiminnallisen turvallisuuden kannalta tämä ASIL (automotive safety integrity level) C -piiri on ISO26262-standardin mukainen ja mahdollistaa redundantin virranmittauksen käyttämällä vain yhtä BMS:n virta-anturia parin sijaan kahden sisäisen riippumattoman kanavan ansiosta. CAB 1500:n turvallisuuden hallintaa varten sisäänrakennetut sähköiset ominaisuudet sisältävät ylivirran havaitsemisen, sisäisen virhearvon ollessa asetettu arvoon 1, kun virta on yli 1600 A. Muita ominaisuuksia ovat turvallisuustavoitteen rikkomisen ilmaisu, joka on asetettu arvoon 1 (riippuen analogisten ja digitaalisten kanavien välisistä uskottavuustarkistustuloksista), sekvenssilaskuri ja CRC-tarkistus päästä päähän viestinnän suojausta varten.

Plug-and-play -tyyppinen CAB 1500 tarjoaa mahdollisuuden kolminkertaistaa virta-alue samassa fyysisessä koossa, ja se tarjoaa luokkansa parhaan 0,5 % tarkkuuden lämpötila-alueella -40 °C … +85 °C. Sen äärimmäisen pienen poikkeaman lisäksi, joka mahdollistaa tarkan coulomb-laskennan varaustilan arvioinnissa, uusi anturi käyttää toimintaan vaikuttamatonta (non-intrusive) mittausperiaatetta ja tarjoaa täyden galvaanisen eristyksen ja yhteensopivuuden 800 V:n sovellusten kanssa. Muita CAB 1500:n keskeisiä ominaisuuksia ovat asennusmahdollisuus virtakiskoon tai paneeliin sekä unipolaarinen +12 V akkuvirtasyöttö.

Lisäksi vuota mittaava anturipää on valmistettu induktiokelasta, joka yhdistää erittäin korkean läpäisevyyden alhaiseen remanenssiin (Hc), mikä varmistaa nopean siirtymisen lineaarisen ja kylläisen tilan välillä. Tämä on ihanteellinen tekniikka korkean suorituskyvyn BMS-järjestelmiin, koska se tarjoaa luokkansa parhaan resoluution (jopa 0,1 prosenttia), luokkansa parhaan tarkkuuden (Ip max & poikkeama), häiritsemättömän mittauksen ja eristyksen 2,5 kV asti ja pienen virrankulutuksen shunttipohjaisiin tekniikoihin verrattuna.

Alan parhaat akunhallinnan anturit

Pitkän BMS-virrantunnistuksen kokemuksen avulla LEM on pyrkinyt luomaan joukon ratkaisuja, jotka ovat teknisesti ja taloudellisesti optimoituja. Yhtiö kehittää teknologiaa jatkuvasti pidemmälle, jotta OEM-valmistajat ja muut sähköajoneuvojen toimijat voivat kehittää tuotteita, jotka eivät ainoastaan täytä tämänhetkisiä vaatimuksia, vaan myös vievät niitä eteenpäin sähköajoneuvojen käyttäjille ja lisäävät ympäristöä mahdollisimman vähän rasittavien ajoneuvojen käyttöä nyt ja tulevaisuudessa.

Yhdistämällä asiantuntemusta ja kokemusta BMS-kehittäjien auttamisesta ratkaisemaan heidän kohtaamiaan lukuisia haasteita, LEM uskoo, että integroimalla edistyksellisimmät nykyiset anturit uusiin tuotesuunnitelmiinsa insinöörit pääsevät markkinoiden kehityksen kärkeeen. Kun anturit kehittyvät älykkäämmiksi, kehittäjät voivat sisällyttää niihin kehittyneempiä ohjelmistoja, jotka helpottavat suurempien tietomäärien keräämistä ja käsittelyä yhdessä laitteessa. Samaan aikaan suunnittelijat antavat asiakkailleen mahdollisuuden tuoda markkinoilla niin suorituskyvyn, kustannusten kuin turvallisuuden kannalta parhaita sähköautoja.

Ennakoimalla korkeamman turvallisuustason tarpeen LEM työskentelee nyt aktiivisesti kahden uuden konseptin parissa, joiden juuret ovat tiiviissä keskustelussa OEM-valmistajien kanssa ja yrityksen markkinatuntemuksesta. Ensimmäinen konsepti sisältää pääasiassa ominaisuuksien määrän kasvattamista, kun anturista tulee monikäyttöinen ja se ottaa käyttöön laajemman joukon erilaisia tekijöitä akun katkaisuyksikössä. Kun virta-anturi perinteisesti havaitsi vain akun virran, sen odotetaan nyt myös valvovan akun jännitettä eri paikoissa sekä havaitsevan mahdolliset kuumat kohdat. Lisäominaisuudet, kuten pyrofuse-suojan sulakkeen laukaisu ylivirran sattuessa tai korkeajännitekotelon eristyksen valvonta sen varmistamiseksi, että akun ja auton alustan massan välillä on todellinen eristys, ovat myös tulossa suosituiksi. Itse asiassa tällainen trendi muuttaa nykyisen anturin BMS:n anturikeskukseksi.

Toinen konsepti, jonka parissa LEM:n insinöörit työskentelevät, perustuu kahteen eri teknologiaan virran havaitsemiseksi. Shuntin ja Hall-anturin yhdistäminen yhteen pakkaukseen ei ehkä ole vallankumouksellista, mutta se on erittäin kilpailukykyinen ratkaisu, koska siinä LEM voi hyötyä 50-vuotisesta kokemuksestaan avoimen silmukan tunnistusratkaisuissa ja tuoreen uuden ASIC:n yhdistelmästä. Tällä menetelmällä voidaan saavuttaa erittäin korkeat tarkkuustasot redundantilla polulla. Tällaista konseptia voidaan käyttää erillisenä moduulina tai monipisteanturimoduulin lisäksi tarjoamalla optimoidun ja vankan anturipään, joka on helposti yhteensopiva korkeimman turvallisuustason ASIL D -vaatimusten kanssa.

Kvanttihyppy

Yhteenvetona voidaan todeta, että autoalan vaatimukset huutavat yhä nopeampaa teknologista kehitystä ja jotkut toimijat ovat jatkuvasti jäljessä tässä kilpajuoksussa. Ikävä kyllä vaatimukset tulevat vain vaikeammiksi ja haastavammiksi, joten niihin on vain vastattava, Ainoa tapa onnistua tässä on omaksua sellainen tekniikka, jonka avulla he voivat saavuttaa kvanttihypyn markkinoilla. Sähköajoneuvojen alan edistyksen ytimessä ovat virta-anturit, jotka toimivat osana kehittyneitä akunhallintajärjestelmiä. Ne vievät sähköajoneuvot aivan uudelle tasolle.

Tulevaisuudessa virta-anturista tulee tärkeä osa BMS:n älykkyyttä, jossa kaikki data on siirrettävä BMS:ään kerralla. Kustannukset ja mekaaninen integrointi ovat keskeisiä tekijöitä markkinoiden edetessä, koska BMS-järjestelmästä ja akusta on tultava pienempiä ja kevyempiä. LEM on valmis toimittamaan markkinoille ratkaisuja, jotka maksimoivat akunhallintajärjestelmien suorituskyvyn nopeasti kehittyvillä sähköautomarkkinoilla.