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ams AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile:

• Ein shuntbasierter Sensor muss in den Stromweg eingeschleift werden, das bedeutet:

• Er beeinflusst das System, indem er misst. In der Vergangenheit waren solche Sensoren relativ unempfindlich, sie benötigten daher für die notwendige Genauigkeit und Auflösung einen relativ großen Shunt. Der hohe Widerstand verursachte relativ hohe, unerwünschte Verluste. Heutige shuntbasierte Sensoren profitieren sehr von Fortschritten in der Analogtechnik. Sie können mit einem Shunt von lediglich 100 µΩ genau messen und belasten das zu messende System nicht mehr stärker als ein hallbasierter Sensor. Bei solchen Systemen wird der Spannungsabfall über dem Messwiderstand verstärkt (vorzugsweise mit einer Architektur, die den Offset kompensiert) und digitalisiert.

• Bei einem magnetischen Sensor wird ein Hallelement in unmittelbare Nähe des stromdurchflossenen Leiters angebracht. Dies wird entweder so umgesetzt, dass man den Leiter und das Hallelement in ein gemeinsames Gehäuse baut oder indem man um den Leiter einen Ring aus ferromagnetischem Material legt, der das Magnetfeld konzentriert, und den Sensor dann in einen Luftspalt dieses Ringes einbaut. Das Hallelement erfasst dann entweder die Feldstärke des Magnetfelds direkt oder man erzeugt ein gegensinniges Magnetfeld, welches das zu messende Magnetfeld kompensiert, und regelt dieses nach, bis der Hallsensor eine Feldstärke von Null misst. Die Spannung, mit der das Gegenmagnetfeld erzeugt wird, ist dann proportional zum eigentlichen Messwert. Das magnetische System muss nicht in den Strompfad eingeschleift werden, ist somit von seinem Wirkprinzip her galvanisch davon getrennt und daher leichter zu installieren. Leider ist dieses Messsystem nicht linear (ein Hallelement ist Architektur bedingt nichtlinear) und störanfällig für Fremdmagnetfelder.

Die Tabelle zeigt, dass ein shuntbasierter Sensor in den meisten, für die Systemhersteller relevanten Parametern besser ist als ein magnetischer Sensor.

Extrem genaue Messungen von Akkuspannung und -Strom

Der anspruchsvollste Aspekt bei der Entwicklung eines Akkusensors für die Fahrzeugtechnik ist, dass dieser über einen sehr großen Strombereich hinweg (von 1 mA bis 1 kA) sehr präzise Messwerte liefern muss. Man braucht dafür eine Sensorschnittstelle mit einem Messbereich von mehr als 100 mV mit einer Auflösung von besser als 1 µV.

Die wichtigsten Eigenschaften eines solchen Messsystems sind:

• sehr rauscharm,

• hoch linear,

• kein Offset.

Hochgenaue Sensorschnittstelle für Strom und Spannung

Der AS8510 ist eine hochintegrierte Sensorschnittstelle von ams. Er bietet die genannten Eigenschaften. Er liefert die beste Genauigkeit bei Strom- und Spannungsmessungen in seiner Klasse, verfügt über zwei Erfassungskanäle, die simultan Strom und Spannung bipolar messen können, und ist offsetfrei.

Bei einem Li-Ionen-Akku ermittelt man den Ladestand über eine genaue Erfassung des Stroms, der über die Zeit in den Akku hinein- und aus ihm herausfließt, unterstützt von Kalibrierzyklen, bei denen die Spannung des Akkus ohne Last mit vergleichbarer Genauigkeit gemessen wird, und der Temperatur des Akkus. Eine genaue Bestimmung des Ladestandes erfordert genaue Strommessungen über den gesamten Mess- und Temperaturbereich und eine genaue Zeitinformation (die in Form eines externen Quarztaktes bereitgestellt wird). Der Ladestand wird dem Fahrer als Restreichweite angezeigt. Auch das BMS braucht diese Daten, um eine Tiefentladung zu verhindern.

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