为什么高级电动汽车充电系统需要精密电流感应？

最新一代的电动汽车(EV) 充电解决方案需要精确的电流感应，以实现最佳性能。只有使用适当的电流感应方法，充电系统才能提供最佳的准确性、可靠性和安全性。

随着关注点从 EV 续航里程转移到充电时间，各类电动汽车的日益普及使人们更加关注汽车电池系统。电动汽车充电系统必须安全可靠地运行，因为实施不当的问题可能从低效运行到缩短运行寿命。使用正确的电流检测方法可以防止这些问题影响系统。

对于最新一代的电动汽车充电解决方案，电力电子基础设施与车辆中的车载系统同样重要。采用水平越高，拥有功能齐全的充电基础设施就越重要。虽然充电站目前已部署在高速公路和城市中，但在家充电的能力正在成为电动汽车充电市场的一个主要方面。

充电基础设施越多地扩展到我们的企业、公共区域和家庭，对电动汽车充电系统的安全性和可靠性的需求就越大。电力电子设备任何方面的故障都可能导致严重的火灾危险，尤其是在家庭系统中。然而，提高电动汽车性能的电流感应解决方案也解决了安全性和可靠性问题。

范围和速度

虽然最新的电力电子和转换解决方案正在消除对行驶里程的焦虑和对电池寿命的担忧，这也增加了消费者的采用率，但以具有成本效益的方式提高电源转换系统的效率、安全性和性能也很重要. 谈到 EV 充电性能，问题包括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，这些方面中的每一个都利用了另一个方面。

图 1：电动汽车充电站内的电流传感器提高了整体性能和安全性。

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。一个严肃的考虑，不当的热管理，可能是破坏性的和昂贵的。如果做得好，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。

除其他优点外，先进的电流测量解决方案还提供早期故障检测和实时性能信息。快速准确地检测过流状况或其他性能损失的能力还使系统能够预测和解决诸如潜在电路问题之类的事情，例如可能产生热问题的状况。

当谈到电动汽车充电系统中存在的极端功率水平和负载条件时，不仅要防止明显的危险（如接地故障和短路），而且能够实时监控系统也很重要表现。作为反馈控制回路功能的一部分，先进的电流传感器在充电系统中发挥着重要作用，可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

图 2：不同的电流感应技术提供了一系列具有竞争力的功能。

一个简单的基于分流的电流检测解决方案测量电压降以确定流过电路的电流。虽然它可以提供不错的动态性能和线性度，但电阻检测器在高电流和低电流下都有局限性。有源补偿可以帮助解决这个问题，但在 EV 充电系统出现的大电流下，分流器本身的电阻性功耗可能成为一个热问题。此外，这种传感器是基于接触的，这增加了系统的复杂性以及发生故障的可能性。

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 的电流传感器的高级嵌入式解决方案提供电流隔离，无功耗，可实现快速准确的读数，同时通过有源反馈环路校正偏移，从而调整增益参数并主动补偿传感器偏移。与其他可用解决方案相比，先进电源系统中的集成电流感应解决方案除了显着节省空间外，还具有性能优势。使用运算放大器和比较器的非集成解决方案的尺寸将大于尺寸为几十毫米的单封装解决方案。

图 3：在 SOIC 16 引脚封装中，紧凑型 ACEINNA AMR 电流传感器的尺寸仅为 10.11 MM x 10.11 MM

在高级过流和欠流保护领域，EV 电池充电系统所需的速度和功率水平需要最佳解决方案。传统的保险丝和断路器通常不够用，因为最新的电动汽车充电系统的开关速度更快、功率水平更高，需要对每个关键方面进行实时监控。

电动汽车制造商也在通过提高目前高达 800V 的工作电压来满足这些先进的充电需求。这些更高电压的系统以更少的电流提供相同数量的功率，可以降低车辆的整体重量，因为它们可以携带更轻的充电电缆。具有 800V 充电架构和可处理高功率水平的充电站的 EV 可显着缩短充电时间。例如，400V 电动汽车可以在 150 kW 左右充电，而 800V 充电器可以以 350 kW 的速率充电。

为了提供尽可能具有成本效益的解决方案，通常以尽可能高的功率密度部署基于家庭的系统。这意味着最新的 EV 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。高级充电系统必须始终对超出范围的电流条件和其他性能挑战保持警惕，提醒系统注意潜在的热和性能问题。

电动汽车电源问题不仅仅涉及管理电池和充电系统。

系统的其余部分在电动汽车（以及许多工业电机驱动应用）中同样重要，例如牵引逆变器和传动系统的其余部分。使用先进的电流感应作为获取附加车辆性能信息（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。

规避风险，提高绩效

许多下一代充电器正处于其性能范围的边缘，尤其是在紧凑型家用系统中，这强调了对早期故障检测和实时性能信息的需求。为了预测和解决潜在的危险问题，硬驱动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。

这些危险范围从典型的接地故障和短路到在极端功率水平和超出系统支持能力的负载条件下运行的危险。充电系统中的先进电流检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。

使用先进电流传感器的智能电源方法可保护电路和电池或电池免受滥用（有意或无意），同时优化性能、可靠性和安全性。对于基于磷酸铁锂 (LFP) 或钛酸锂 (LTO) 的强大而密集的电池，在充电时确定电池的充电状态 (SoC)、健康状态 (SoH) 和充电状态非常重要功能（SoF）。只有密切关注这些方面，才能确认电池的完整功能状态。

先进的传感解决方案可以防止过流情况并提高安全性，例如 Aceinna 的那些，由于其非常快的响应时间和大电流测量范围，非常适合这项任务。这种隔离器件在电路的高端和低端都工作，与分流加放大器解决方案相比，它们的集成特性降低了设计复杂性。例如，在电源电路的高压侧，Aceinna 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。

在系统安全方面，电力和热量密不可分。设计一个尽可能有效地减少废热的电路非常重要。电力电子设备还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设备设计还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没有得到妥善处理，它会影响附近任何电子设备的性能，尤其是传感器等敏感模拟组件，迫使这些产品在比通常暴露的更高的工作温度下工作。先进的电流检测方法还可以帮助监控电路中的这些热问题。

通过降低 EV 充电不稳定性和系统故障风险以及其他电路问题，先进的电流感应方法还可以提高系统性能。利用各向异性磁阻 (AMR) 技术，Acienna 的电流传感器精确且非接触式，与使用分流加隔离放大器解决方案相比，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重要组成部分，对于高级电动汽车充电器的高效运行至关重要。电路中的功率因数校正 (PFC) 提高了功率因数比和电能质量，提高了设备​​的能源效率，还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。

向前行驶

电动汽车充电生态系统在我们部署的过程中仍在发展，最终的配置离我们还有很长的路要走。使用由Acienna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安全地导航它，而不会牺牲性能。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。


审核编辑：刘清