Sensoren im elektrischen Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen werden im EU-Projekt 'Motorbrain' gefördert. Infineon Österreich ist Leiter der entsprechenden 'Supply Chain'. Zur Erfassung physikalische Messgrößen im elektrischen Antriebsstrang werden im wesentlichen Winkelsensoren und Stromsensoren eingesetzt. Winkel-Sensoren werden für die Detektion der Rotorlage des elektrischen Antriebes benötigt. Strom-Sensoren messen den exakten Stromverlauf des Antriebs um auf das Drehmoment zurückzuschließen, das bei Antriebsregelungen eine wichtige Rolle spielt. Darüber hinaus gibt es etliche AC/DC und DC/DC Konverter, die mit Stromsensoren bestückt werden, um eine bestmögliche Effizienz und Betriebssicherheit zu gewährleisten. Auch das Batterie-Management wird nur mit hochauflösenden Stromsensoren ermöglicht. In der Automobilindustrie haben sich magnetfeldbasierte Messsysteme etabliert, weil magnetische Systeme sehr robust sind, keine Störungen emittieren und durch entsprechende selbstkompensierende Aufbauten auch weitgehend immun gegen externe Störungen sind. Magnetoresistive Sensoren änden ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von der Richtung eines externen Magnetfeldes. AMR-Winkelsensoren (AMR; Anisotrop Magneto-Resistiv) sind sehr einfach aufgebaut und bestehen aus wenigen sehr dünnen Schichten. Es wird lediglich die Anisotropie des Stromflusses in Abhängigkeit eines externen Magnetfeldes ausgenutzt. Infineon bringt diese magnetoresitiven Schichten automotive-qualifiziert direkt auf aktive Silizium-Fläche mit darunterliegender Auswerte-Schaltung auf. Ein Beispiel ist der integrierter AMR-Winkelsensor (IAMR.TLE5109) mit Winkelgenauigkeiten von 0.1°. GMR Winkelsensoren (GMR; Giant Magneto-Resistiv) sind aus mehreren sehr dünnen Schichten aus magnetischen und nichtmagnetischen Schichten aufgebaut. Dieses 'Spin-Tronic-Device' verändert ähnlich wie der AMR seinen Widerstand je nach angelegtem Winkel des externen Magnetfeldes. Bei Infineon werden GMR Schichtaufbauten direkt auf aktive Siliziumfläche integrier (IGMR). Die darunterliegende Auswerteschaltung dient zur Weiterverarbeitung der differentiellen Brückensignale. Entweder die Signale werden verstärkt ausgegeben (TLE5009, ähnlich wie beim TLE5109), oder es erfolgt eine A/D Wandlung und digitale Ausgabe der Signalkomponenten (TLE5011) oder eine on-Chip Fehlerkorrektur mit Winkelrechnung (TLE5012). Interfaces und Hilfsfunktionen unterstützen die Verwendung als universeller schneller Winkelsensor für die Motor-Kommutierung inklusive Sicherheitsfunktionen zur Erreichung eines guten ASIL-Levels (Automotive Safety Integrity Level). Die Winkelmessung am Wellenende ist ideal geeignet für magnetoresistive Winkelsensoren, da ein diametral magnetisierter Permanentmagnet an der Welle befestigt das externe Magnetfeld für den Winkelsensor liefert. Besonders oft wird diese Konfiguration für elektrische Stellglieder eingesetzt, die mit Bürstenlosen Motoren arbeiten und den Rotor-Lage-Winkel für die Motor-Kommutierung benötigen.
Integrierte Sensor-Technologien für die E-Mobilität
2012
11 Seiten, 28 Bilder, 5 Quellen
Conference paper
German
AC-DC-Wandler , Antriebsregelung , Antriebsstrang , Batteriemanagement , Brückenschaltung , bürstenloser Motor , Drehmoment , elektrischer Antrieb , Elektroauto , EU (Europäische Union) , Forschungsprojekt , integrierte Sicherheitsstufe , Magnetfeldsensor , magnetische Anisotropie , magnetische dünne Schicht , magnetisches Feld , magnetoresistiver Sensor , Österreich , Sensorelement , sensorgestützte Steuerung , Sensorik , Sensor-Interface , Si-Substrat , Stellglied , Stromsensor , Wechselrichter , Widerstandswert (elektrisch) , Winkelsensor
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