Strommessung im Traktionsinverter
Mehr Messgenauigkeit für 800-V-Antriebe
Texas Instruments bringt ein neues Stromsensor-Konzept auf den Markt, das laut eigenen Angaben ein bisher unerreichtes Genauigkeitsniveau in Traktionsinverter-Designs für Hybrid- und Elektrofahrzeugen ermöglicht.
Texas Instruments (TI) hat laut eigenen Angaben den industrieweit ersten multiaxialen, kernlosen Halleffekt-Stromsensor vorgestellt, der für sämtliche Traktionsinverter-Anwendungen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen (HEV bzw. EV) geeignet ist. Der Sensor des Typs TMCS2100-Q1 basiert auf einem hier erstmals umgesetzten Stromsensor-Konzept, das eine multiaxiale Messung mit einem proprietären Algorithmus kombiniert, wodurch in Traktionsinverter-Designs nicht mehr zwischen Genauigkeit und Systemabmessungen abgewogen werden muss.
Während bestehende kernlose Lösungen auf einachsige Messungen beschränkt sind, ist der TMCS2100-Q1 als erster Sensor in der Lage, Magnetfelder sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zu messen. Diese multiaxiale Messung ist laut TI-Angaben um den Faktor 20 genauer als einachsige Alternativen und kommt auf einen Verschiebungsfehler von weniger als 1 % bei einer Bewegung von 0,4 mm bzw. von nur 0,25 % bei 0,1 mm. Dieses Maß an Genauigkeit kommt der Drehmomentregelung im EV-Antriebsstrang zugute, maximiert die Effizienz und verbessert die Leistungsentfaltung bei unterschiedlichen Belastungen und thermischen Bedingungen.
»Den Entwicklern wird hier erstmals ein Halleffekt-Stromsensor in die Hand gegeben, der die Restriktionen bestehender Lösungen überwindet. Dies ist insbesondere deshalb entscheidend, weil sich die Genauigkeitsanforderungen an die Traktionsinverter durch den Wechsel auf 800-V-Architekturen erhöhen«, erläutert Jason Cole, Vice President und General Manager für Sensing-Produkte bei TI. »Gestützt auf hochkarätige Forschungsarbeiten der für anspruchsvolle Forschung und Entwicklung zuständigen TI Kilby Labs, wurde der TMCS2100-Q1 entwickelt, um Automobilherstellern ein Hilfsmittel zum Bau von HEVs und EVs zur Verfügung zu stellen, in denen sich die genauere Strommessung unmittelbar durch mehr Reichweite, ein angenehmeres Fahren und eine effizientere Motorregelung auszahlt.«
Worin liegt die Bedeutung dieser Innovation?
Automobilhersteller suchen stets nach Wegen, Traktionsinverter leichter und effizienter zu machen, um die Reichweite und Leistungsfähigkeit der Fahrzeuge zu verbessern. Bei traditionellen Messkonzepten stehen die Entwickler jedoch vor einem grundlegenden Zielkonflikt:
Lösungen mit Magnetkern (C-Core-Implementierungen) sind zwar genau, benötigen aber mehr Platz und sind schwerer.
Bei den kompakteren Alternativlösungen ohne Magnetkern müssen wegen der Verschiebungsfehler und magnetischer Übersprech-Effekte Abstriche an der Genauigkeit gemacht werden.
Die aktuelle Sensortechnologie von TI beseitigt diesen Zielkonflikt auf folgende Weise:
Messungen erfolgen für beide Achsen gleichzeitig: Durch betriebsbedingte Vibrationen des Fahrzeugs bewegen sich Sensor und Leiter relativ zueinander, weshalb einachsige, differenzielle Sensoren ohne Magnetkern weniger genau sind. Der TMCS2100-Q1 reduziert die vibrationsbedingten Fehler entscheidend, indem Magnetfelder in horizontaler und vertikaler Richtung gleichzeitig gemessen werden.
Wahrung der Genauigkeit: Durch Fehlerreduzierung und präzise Strommessung werden die Einflüsse von magnetischen Übersprech-Effekten und Drehmoment-Welligkeiten minimiert, die sonst zu ruckartigem Beschleunigen, lautem Motorlauf und ineffizientem Betrieb mit geringerer Reichweite führen.
Indem ohne Nachteile für die Genauigkeit auf den Magnetkern verzichtet wird, ermöglicht der TMCS2100-Q1 kleinere Traktionsinverter-Designs mit höherer Leistungsdichte, sodass die Automobilhersteller EVs mit höherem Wirkungsgrad, mehr Reichweite und angenehmeren Fahreigenschaften entwickeln können. Als jüngste Innovation im Automotive-Portfolio von TI demonstriert der Baustein unsere fortlaufenden Investitionen mit dem Ziel, uns den Herausforderungen unserer Kunden im gesamten Fahrzeug zu widmen.
