Rezistențe de măsurare a curentului la bord pentru aplicații industriale

O rezistență de măsurare a curentului încorporată în sistemul de gestionare a bateriei (BMS) este utilizată pentru a măsura cu precizie curentul electric care circulă prin baterie. Rezistorul generează o cădere de tensiune mică, dar măsurabilă, care este direct proporțională cu curentul care circulă, conform legii lui Ohm U=R⋅IU=R⋅I. Această tensiune este înregistrată de un microcontroler sau de un convertor analog-digital (ADC ) special și utilizată pentru monitorizarea și controlul procesului de încărcare.

Prin măsurarea precisă a curentului, BMS poate determinastarea de încărcare (SoC) și starea de sănătate (SoH) a bateriei. Acest lucru este esențial pentru optimizarea duratei de viață a bateriei și pentru utilizarea eficientă a energiei, în special în cazul vehiculelor electrice și al dispozitivelor portabile. O rezistență de măsurare a curentului de înaltă calitate, cu un coeficient de temperatură scăzut și stabilitate ridicată, asigură o achiziție fiabilă a datelor.

O altă caracteristică importantă este autoîncălzirea redusă a rezistorului, deoarece curg curenți mari și pierderile de putere trebuie să fie reduse la minimum. Procesele moderne de sudare cu fascicul de electroni și lipirea prin difuzie îmbunătățesc stabilitatea pe termen lung a rezistorului și minimizează erorile de măsurare cauzate de efectele termice. Într-un sistem BMS bine coordonat, rezistența de măsurare a curentului de la bord are o contribuție semnificativă la siguranța bateriei, optimizarea performanței și creșterea eficienței.

Rezistențele shunt de bord de înaltă precizie sunt fabricate din aliaje speciale pentru rezistențe, cunoscute pentru stabilitatea lor la temperaturi ridicate și toleranțele reduse de rezistență. Printre materialele utilizate în mod obișnuit senumără manganul, un aliaj de cupru-mangan-nichel, precum și nichromul (nichel-crom) și variantele speciale de oțel inoxidabil. Aceste materiale sunt caracterizate de o derivă termică redusă, ceea ce înseamnă că valoarea rezistenței lor rămâne constantă chiar și în cazul fluctuațiilor de temperatură.

Un element esențial al proiectării este conectarea cuprului la aliajul rezistenței, deoarece șunturile sunt în contact direct cu plăci de circuite sau cabluri din cupru în majoritatea aplicațiilor. Sudarea cu fascicul de electroni sau lipirea prin difuzie pot fi utilizate pentru a crea o conexiune stabilă, pe termen lung, care reduce apariția efectelor termoelectrice (termo-EMF ). În caz contrar, aceste efecte ar putea duce la abateri nedorite de tensiune și ar putea afecta precizia măsurătorilor.

În plus, multe derivații deprecizie sunt prevăzute cu un strat protector sau un tratament de suprafață pentru a preveni coroziunea și îmbătrânirea materialului. În special în medii solicitante, cum ar fi electronica auto și industrială, rezistențele trebuie să fie robuste din punct de vedere mecanic, rezistente chimic și fiabile din punct de vedere electric. Prin urmare, alegerea materialului este crucială pentru longevitatea, precizia și eficiența rezistenței de șunt de la bord.

Coeficientul de temperatură al rezistenței (TCR) descrie cât de mult se modifică valoarea rezistenței unui rezistor șunt în funcție de fluctuațiile de temperatură. O valoare scăzută a TCR este esențială pentru măsurătorile de curent de înaltă precizie, deoarece asigură faptul că rezistența nu se modifică din cauza influențelor mediului sau a autoîncălzirii. Rezistențele cu mangan sau alte aliaje speciale au o valoare TCR deosebit de scăzută și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în aplicații de precizie.

Toleranța rezistenței indică cât de mult se poate abate valoarea reală a rezistenței de la valoarea nominală. Pentru măsurători de înaltă precizie în sistemele de gestionare a bateriilor, în electronica industrială și în aplicațiile auto, sunt necesare toleranțe în intervalul de ±0,1 % sau mai bune. Dacă abaterea este prea mare, curenții măsurați pot fi inexacți, ceea ce la rândul său afectează eficiența și siguranța întregului sistem.

În plus, autoîncălzirea datorată curenților mari afectează atât coeficientul de temperatură, cât și stabilitatea pe termen lung a rezistorului. Prin selectarea materialelor cu derivă termică scăzută și pierderi minime de putere, erorile de măsurare pot fi reduse. Combinația dintre un coeficient de temperatură scăzut și o toleranță precisă a rezistenței asigură astfel o măsurare stabilă, fiabilă și precisă a curentului în aplicații sensibile.

Rezistențele de măsurare a curentului încorporate sunt integrate direct în circuitele electronice și permit măsurarea compactă și precisă a curentului din cadrul sistemului. Acestea sunt adesea utilizate însistemele de gestionare a bateriilor, în sursele de alimentare cu comutare și în sistemele de control auto, unde este necesară monitorizarea continuă și precisă a curentului. Datorită integrării lor în placa de circuit sau în layout-ul sistemului, acestea sunt optimizate termic pentru a minimiza autoîncălzirea și erorile de măsurare.

Pe de altă parte, rezistențele de măsurare a curentuluidin afara plăcii sunt proiectate ca module externe care sunt montate în afara circuitului principal. Acestea sunt potrivite în special pentru aplicații cu curent mare, în care căldura generată trebuie disipată mai eficient. Deoarece au adesea dimensiuni mai mari și sunt fabricate din materiale rezistente, acestea pot măsura curenți foarte mari cu o toleranță minimă la rezistență și sunt ideale pentru sistemele industriale de măsurare a energiei, pentru soluțiile de stocare a bateriilor și pentru monitorizarea puterii în electromobilitate.

Prin urmare, principala diferență constă în design, capacitatea de încărcare termică și curentul maxim pe care îl pot măsura. În timp ce rezistențele de măsurare a curentului de la bord sunt optimizate pentru sisteme compacte cu curenți mici și medii, variantele off-board oferă o soluție mai robustă pentru aplicații cu curenți mari, cu o mai bună disipare a căldurii. Ambele variante sunt esențiale pentru monitorizarea precisă și fiabilă a puterii în sistemele electronice moderne.