Mesure du courant à grande échelle

La consommation d'énergie des différents calculateurs d'un véhicule est associée à un besoin accru d'énergie électrique (puissance de pointe) dans diverses situations de conduite. En général, la consommation électrique des véhicules a plus que doublé. Cela s'explique par le découplage progressif d'un nombre croissant de systèmes du véhicule qui étaient traditionnellement des consommateurs du moteur à combustion interne, par exemple le système de direction ou les compresseurs de liquide de refroidissement. Ces systèmes ont été directement remplacés par des systèmes électriques dans les véhicules électriques. En outre, de nombreux consommateurs électriques nouveaux ou considérablement améliorés, tels que des systèmes d'infodivertissement complexes, sont installés dans les véhicules pour accroître le confort et la sécurité.

Pour rendre les choses encore plus difficiles, la structure du système électrique embarqué est passée à une architecture à deux batteries dans les véhicules électriques. Cette architecture comporte deux niveaux de tension, qui sont couplés par l'intermédiaire d'un convertisseur DC/DC, et doit également intégrer une alimentation en énergies de récupération élevées lors du freinage. Par conséquent, des systèmes complexes de gestion de l'énergie sont nécessaires pour répondre à ces exigences et pour garantir la sécurité et la pleine fonctionnalité d'un véhicule, même en cas de stationnement passif prolongé. Le comportement stable du système électrique embarqué doit être maintenu à travers une variété de variables de perturbation telles que les cycles de conduite, les scénarios de charge ou les températures extérieures.

C'est pourquoi le système de gestion de l'énergie d'un véhicule est déjà simulé dans la phase de prototypage du développement du véhicule et la précision des modèles de simulation est vérifiée dans les phases de développement ultérieures au moyen de mesures. Pour ces mesures, tous les consommateurs électriques d'un type de véhicule sont assemblés sur ce que l'on appelle des «planches à pain», qui existent et sont disponibles pendant toute la durée du développement et de la production.

Cela permet, par exemple, de reproduire les erreurs dans les composants et les mises à jour logicielles. Jusqu'à 100 canaux de courant doivent être contrôlés dans ces bancs d'essai pour évaluer pleinement le système de gestion de l'énergie et saisir les données qui en résultent.

La mesure des courants de charge dans les systèmes électriques des véhicules, en particulier lorsqu'il s'agit d'une large gamme de niveaux de courant, présente plusieurs défis. Ces défis découlent de la nécessité de mesurer simultanément, avec précision et en toute sécurité, de très grands et de très petits courants. Voici quelques-uns des principaux défis à relever :

1. Large gamme de courants : Les systèmes électriques des véhicules présentent généralement une large gamme de niveaux de courant, allant de très petits courants, des nanoampères, dans les unités de contrôle électronique (ECU), à de très grands courants, des dizaines d'ampères, dans les composants gourmands en énergie tels que les moteurs et les phares. Mesurer cette large gamme avec un seul appareil peut s'avérer difficile.
2. Exactitude et précision : Il est essentiel de maintenir une exactitude et une précision élevées sur l'ensemble de la plage de courant. Des mesures imprécises peuvent conduire à un diagnostic et à une maintenance incorrects, affectant les performances et la sécurité du véhicule.
3. Résistance au shunt : Pour mesurer le courant, on utilise souvent des résistances de shunt. Toutefois, le choix d'une résistance de shunt appropriée, capable de supporter un courant élevé sans surchauffe tout en offrant une bonne résolution pour les petits courants, constitue un défi.
4. Baisse de tension : Les mesures de courant importantes à travers les résistances shunt peuvent entraîner des chutes de tension significatives. Cela peut avoir un impact sur les performances des composants électroniques sensibles ou des dispositifs dont les seuils de tension d'alimentation sont bas. L'atténuation de cette chute de tension est cruciale.
5. Dissipation de la chaleur : Les courants importants produisent de la chaleur, ce qui peut affecter la précision des mesures et potentiellement endommager les composants. Des solutions efficaces de dissipation de la chaleur doivent être utilisées pour éviter ces problèmes.
6. Bruit électrique : La présence de signaux de courant fort et de courant faible dans le même système peut introduire un bruit électrique. Ce bruit peut affecter la précision des mesures et peut nécessiter l'utilisation d'un blindage ou d'un filtrage supplémentaire.
7. La sécurité : La sécurité est une préoccupation majeure lorsqu'il s'agit de courants élevés. Des mécanismes de protection adéquats, tels que des fusibles ou des disjoncteurs, doivent être mis en place pour assurer la protection contre les surintensités. Assurer la sécurité tout en effectuant des mesures précises est un exercice d'équilibre, mais il faut toujours privilégier la sécurité de la personne qui effectue les mesures.
8. Étalonnage du capteur : L'étalonnage d'un capteur de courant pour qu'il soit précis sur une large plage peut s'avérer difficile. L'étalonnage pour les petits courants peut nécessiter des techniques et des équipements différents de ceux utilisés pour les grands courants.
9. Coût : La mise au point d'un capteur ou d'un système de mesure capable de gérer une large gamme de courants tout en conservant sa précision peut s'avérer coûteuse, ce qui préoccupe à la fois les fabricants et les consommateurs.
10. Taille et emballage : La création d'un dispositif de mesure pouvant s'intégrer dans l'espace souvent limité du système électrique d'un véhicule peut s'avérer difficile, en particulier lorsqu'il s'agit de courants très faibles ou très importants.

Pour relever ces défis, les ingénieurs et les constructeurs automobiles peuvent recourir à diverses stratégies, telles que l'utilisation de plusieurs capteurs pour différentes gammes de courant, l'utilisation d'instruments à étalonnage automatique, l'utilisation de techniques d'étalonnage avancées et l'intégration de mécanismes de compensation de la température et de la tension. En fin de compte, il est essentiel de trouver un équilibre entre la précision, la sécurité et le coût lors de la conception des systèmes de mesure des charges électriques des véhicules.