Resistências de medição de corrente integradas para aplicações industriais

Uma resistência de medição de corrente integrada no sistema de gestão da bateria (BMS) é utilizada para medir com precisão a corrente eléctrica que flui através da bateria. A resistência gera uma queda de tensão pequena mas mensurável que é diretamente proporcional à corrente que flui de acordo com a lei de Ohm U=R⋅IU=R⋅I. Esta tensão é registada por um microcontrolador ou por um conversor analógico-digital (ADC) especial e utilizada para monitorizar e controlar o processo de carregamento.

Ao medir com precisão a corrente, o BMS pode determinaro estado de carga (SoC) e o estado de saúde (SoH) da bateria. Isto é crucial para otimizar a vida útil da bateria e a utilização eficiente da energia, especialmente em veículos eléctricos e dispositivos portáteis. Uma resistência de medição de corrente de alta qualidade com um baixo coeficiente de temperatura e elevada estabilidade garante uma aquisição de dados fiável.

Outra caraterística importante é o baixo auto-aquecimento da resistência, uma vez que fluem correntes elevadas e as perdas de energia devem ser minimizadas. Os modernos processos de soldadura por feixe de electrões e a ligação por difusão melhoram a estabilidade a longo prazo da resistência e minimizam os erros de medição causados por efeitos térmicos. Num sistema BMS bem coordenado, a resistência de medição de corrente a bordo contribui significativamente para a segurança da bateria, a otimização do desempenho e o aumento da eficiência.

As resistências de derivação de bordo de alta precisão são feitas de ligas de resistência especiais que são conhecidas pela sua estabilidade a altas temperaturas e baixas tolerâncias de resistência. Os materiais normalmente utilizados incluem a manganina, uma liga de cobre-manganês-níquel, bem como o nicrómio (níquel-crómio) e variantes especiais de aço inoxidável. Estes materiais caracterizam-se por uma baixa deriva térmica, o que significa que o seu valor de resistência permanece constante mesmo com flutuações de temperatura.

Um elemento essencial do design é a ligação do cobre à liga da resistência, uma vez que o shunt está em contacto direto com placas de circuito ou cabos de cobre na maioria das aplicações. A soldadura por feixe de electrões ou a ligação por difusão podem ser utilizadas para criar uma ligação estável e de longa duração que reduza a ocorrência de efeitos termoeléctricos (termo-EMF). De outra forma, estes efeitos poderiam levar a desvios de tensão indesejados e prejudicar a precisão da medição.

Além disso, muitos shuntsde precisão são fornecidos com um revestimento protetor ou tratamento de superfície para evitar a corrosão e o envelhecimento do material. Particularmente em ambientes exigentes, como a eletrónica automóvel e industrial, as resistências têm de ser mecanicamente robustas, quimicamente resistentes e eletricamente fiáveis. A escolha do material é, por isso, crucial para a longevidade, precisão e eficiência da resistência de derivação de bordo.

O coeficiente de resistência à temperatura (TCR) descreve o quanto o valor da resistência de um resistor de derivação muda com as flutuações de temperatura. Um valor baixo de TCR é crucial para medições de corrente de alta precisão, pois garante que a resistência não se altera devido a influências ambientais ou auto-aquecimento. As resistências com manganésio ou outras ligas especiais têm um valor TCR particularmente baixo e são, por isso, muito utilizadas em aplicações de precisão.

A tolerância da resistência indica até que ponto o valor real da resistência se pode desviar do valor nominal. Para medições de alta precisão em sistemas de gestão de baterias, eletrónica industrial e aplicações automóveis, são necessárias tolerâncias na gama de ±0,1 % ou melhores. Se o desvio for demasiado elevado, as correntes medidas podem ser imprecisas, o que, por sua vez, afecta a eficiência e a segurança de todo o sistema.

Além disso, o auto-aquecimento devido a correntes elevadas afecta tanto o coeficiente de temperatura como a estabilidade a longo prazo da resistência. Ao selecionar materiais com baixa deriva térmica e perda mínima de energia, os erros de medição podem ser reduzidos. A combinação de um baixo coeficiente de temperatura e de uma tolerância de resistência precisa garante assim uma medição de corrente estável, fiável e precisa em aplicações sensíveis.

As resistências de medição de corrente on-board são integradas diretamente nos circuitos electrónicos e permitem uma medição compacta e precisa da corrente no sistema. São frequentemente utilizadas emsistemas de gestão de baterias, fontes de alimentação comutadas e sistemas de controlo automóvel, onde é necessária uma monitorização contínua e precisa da corrente. Devido à sua integração na placa de circuitos ou na disposição do sistema, são optimizados termicamente para minimizar o auto-aquecimento e os erros de medição.

As resistências de medição de correnteoff-board, por outro lado, são concebidas como módulos externos que são montados fora do circuito principal. São particularmente adequadas para aplicações de alta corrente onde o calor gerado precisa de ser dissipado mais eficazmente. Como são frequentemente maiores em tamanho e feitos de materiais resistentes, podem medir correntes muito altas com tolerância mínima de resistência e são ideais para sistemas de medição de energia industrial, soluções de armazenamento de bateria e monitorização de energia em electromobilidade.

A principal diferença reside, portanto, no design,na capacidade de carga térmica ena corrente máxima que podem medir. Enquanto as resistências de medição de corrente on-board são optimizadas para sistemas compactos com correntes baixas a médias, as variantes off-board oferecem uma solução mais robusta para aplicações de alta corrente com melhor dissipação de calor. Ambas as variantes são essenciais para uma monitorização precisa e fiável da potência em sistemas electrónicos modernos.