Potenzialfreie Stromsensoren steigern Wirkungsgrad von Elektro- und Hybridautos

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

TDK Electronics AG

Hochgenaue Closed-Loop-Sensoren

Aber auch die aufwändigeren und etwas größeren Closed-Loop-Sensoren (auch als Zero-Flux oder Magnetic-Balanced-Sensoren bezeichnet) werden in zunehmendem Maße für E-Mobilität-Anwendungen eingesetzt, da sie sich durch eine höhere Genauigkeit, das heißt einen kleineren kumulierten Fehler auszeichnen.

Bei der Closed-Loop-Ausführung erfolgt die potenzialfreie Strommessung in der Regel durch einen ringförmigen weichmagnetischen Kern mit hoher Permeabilität, der die Leitung oder den Busbar mit dem zu messenden Strom Iprime umschließt. Im Kern wird durch den Primärstrom der magnetische Fluss Bprime induziert. Ein in diesen Spalt eingeführtes Hall-Element erfasst das magnetische Feld Hgap des Kerns und treibt über einen Verstärker eine um den Kern gewickelte Rückkopplungsspule. Die Rückkopplungsspule ist so gewickelt, dass Bprime durch den induzierten magnetischen Fluss Bcoil ausgeglichen wird. Über diese Rückkopplungsspule gleicht das Hall-Element das Magnetfeld im Spalt Hgap kontinuierlich zu null aus.

Präzise Closed-Loop-Sensoren für das Batteriemanagement

Das Batteriemanagement von Elektrofahrzeugen ist ein besonders anspruchsvoller Einsatzbereich für Stromsensoren, da Wechsel- und Gleichströme von mehreren Hundert Ampere präzise gemessen werden müssen. Die TDK Serie SAA003* umfasst Closed-Loop-Stromsensoren, die nach dem Magnetic-Balance-Prinzip arbeiten und so höchste Genauigkeit erzielen. Die Sensoren dieser Serie können Ströme bis zu 200 A messen.

Der SAA0032XA kommt heute in mehreren E-Fahrzeugplattformen zum Einsatz und zeichnet sich durch gleichbleibend stabile Messleistungen aus. Stromsensoren, die nach dem Magnetic-Balance-Prinzip arbeiten, weisen eine hervorragende Linearität auf.

Während Sensoren ohne magnetischen Ausgleich aufgrund der magnetischen Sättigung des Magnetelements nur für einen beschränkten Stromstärkenbereich geeignet sind und eine begrenzte Genauigkeit bieten, zeichnen sich Stromsensoren dieses Typs stets durch eine hohe Linearität aus, die von derjenigen des Hall-Elements unabhängig ist. Die Rückkopplungsspule des SAA0032XA benötigt üblicherweise einen Ausgleichsstrom von 50 mA. Die zulässigen Betriebstemperaturen liegen zwischen -30 und 80 °C. Der absolute Gesamtfehler des Sensors beträgt 2,2 A. Der SAA0032XA benötigt keine Kalibrierung durch den Anwender und ist als Ring ausgeführt. Durch diesen wird das Kabel geführt, das den Primärstrom trägt. Der maximale thermische Fehler beträgt 1% FS.

Weitere Stromsensortypen befinden sich derzeit in Entwicklung. Diese neuen Typen sind für den Einsatz in Anwendungen der E-Mobilität konzipiert, können aber auch in anderen innovativen Anwendungsbereichen wie Photovoltaik, Windkraft und anderen Anlagen zur erneuerbaren Energieerzeugung eingesetzt werden. In einem ersten Schritt wurde die Serie durch den Typ SAA0033XA erweitert, der einen Strombereich bis 300 A abdeckt. Es handelt sich dabei um eine Weiterentwicklung des SAA0032XA.

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