CO2-érzékelő ellenőrzi az e-autók levegőminőségét
A légkondicionáló rendszerek hatékonyságnövelése
Hogyan segítik az elektromos járművek CO2-érzékelői az egészséges levegőminőség fenntartását a járműben – meghosszabbítva egyben az akkumulátor élettartamát és a hatótávolságot?
Az elektromos járművek felhasználói előtt álló legnagyobb kihívások közé tartozik az akkumulátor élettartama és a működőképesség hatótávolsága. Mindkét tulajdonság növelésének egyik módja lehet a teljes jármű hatékonyságának javítása. Az autóban azonban nagyobb fogyasztók állnak ennek útjában. Az egyik ilyen a légkondicionáló rendszer. Az elektromos hajtáslánc egy belső égésű motornál kisebb teljesítményveszteséggel rendelkezik, ezért kevesebb hulladékhő áll rendelkezésre a belső tér fűtésére. Ez azt jelenti, hogy az elektromos járművekben további elektromos fűtés szükséges a kívánt hőmérséklet eléréséhez vagy fenntartásához.
Fotoakusztikus spektroszkópia (PAS)
A PAS-módszer a fotoakusztikus hatáson alapul: A gázmolekulák egy bizonyos hullámhosszúságú fényt elnyelnek, ami tágulásra készteti őket. A szén-dioxid esetében ez a 4,2 μm-es hullámhossz. Egy infravörös forrás gyors egymásutánban fényimpulzusokat bocsát ki, de csak a 4,2 μm hullámhosszúságú fény jut be az érzékelőkamrába egy speciálisan a CO2-molekulákhoz igazított optikai szűrőn keresztül. Az érzékelőkamrában lévő CO2-molekulák elnyelik az energiát. A gyors felmelegedés és lehűlés hőtágulást és összehúzódást okoz. Ez nyomásváltozást eredményez, amelyet a rendkívül érzékeny MEMS detektor érzékel. Minél magasabb a CO2-koncentráció a kamrában, annál erősebb a jel. A jelet egy integrált mikrokontroller dolgozza fel, amely az eredményt valós időben ppm (parts per million) értékben adja ki. A legpontosabb eredmények érdekében az akusztikus detektort alacsony frekvenciákra optimalizálták, és az abszorpciós kamra pedig akusztikusan védve van a külső zajoktól. |
||
A hatékony légkondicionáló rendszer létrehozásának módja
A légkondicionáló rendszer hatékonyságának növelését szolgálja a belső tér levegőjének újrafelhasználása (recirkuláció). Télen a felmelegített levegőt újra felmelegítik, míg nyáron a légkondicionált levegőt újra visszahűtik és visszavezetik a belső térbe. Mivel az újrafelhasználáshoz kisebb hőmérséklet-különbséget kell áthidalni, kevesebb energiára van szükség.
Ennek a módszernek azonban nagy hátránya, hogy a belső térbe nem jut friss levegő. Ha a használt levegő nem újul meg, a CO2-szint megemelkedik, és a jármű belsejében a levegő minősége fokozatosan romlik. Ez fejfájást, fáradtságot és kevésbé ideális vezetési élményt eredményezhet, ráadásul potenciális veszélyforrást is jelent a közúti közlekedésben, mivel 1000 ppm CO2-szint felett szellőztetésre van szükség.
Az egyik megoldás a CO2-érzékelők használata szabályozási célokra. A jármű légkondicionáló rendszerébe integrálva figyelik a jármű belsejében lévő levegő minőségét. Ha a CO2-értékek túl magasak, a rendszer figyelmeztetést ad, vagy közvetlenül friss levegőt adagol az egészséges levegőminőség fenntartása érdekében.
Az elektromos járművekhez való megfelelő érzékelő kiválasztása számos tényezőtől függ. Ide tartozik a jármű mérete, a kívánt mérési tartomány és a mérés típusa. Továbbá az érzékelők méretei, teljesítménye és költsége is döntő jelentőségűek lehetnek.
Kicsi és pontos CO2-érzékelő
Az Infineon cég Xensiv PAS érzékelője különösen kis méretű (14 × 13,8 × 7,5 mm) CO2-érzékelő (1. ábra). A kereskedelmi forgalomban kapható CO2-érzékelőkhöz képest több mint 75 százalékkal csökkenti a helyigényt.
1. ábra
A MEMS technológián alapuló eszköz precíz CO2-méréseket valósít meg. A nyomtatott áramköri lapon lévő Xensiv PAS CO2 érzékelő fotoakusztikus átalakítót tartalmaz, amely magában foglal egy detektort, egy infravörös forrást, továbbá egy optikai szűrőt, egy mikrovezérlőt a jelfeldolgozáshoz és algoritmusokhoz, valamint egy MOSFET chipet az infravörös forrás meghajtásához. Az integrált mikrokontroller ppm számításokat, valamint fejlett kompenzációs és konfigurációs algoritmusokat végez. Az eredmény a valódi CO2-tartalom, és nem csak egy összefüggés. Ezenkívül különféle konfigurációs lehetőségek (pl. mérési frekvencia, alapkalibráció) és interfészek (UART, I2C, PWM) állnak rendelkezésre. A CO2 - mérés spektruma 0 ppm és 32 000 ppm közötti tartományt fed le. A pontosság ±30 ppm ±3 százalék a leolvasott mért értékhez képest. A gyártó a 400-5000 ppm mérési tartományra garantálja, ami tökéletesen megfelelő ehhez az alkalmazási körhöz. Ennek az az oka, hogy egy tipikus helyiség levegőjének CO2-tartalma 400 ppm; a járműben lévő érték jellemzően magasabb.
Az ügyfelek számára további előnyök rejlenek a gyártási folyamatban. Az Infineon állítása szerint az első SMD-képes CO2-érzékelőt kínálja (SMD-tokban, tekercsen), amely megfelel az ólommentes felületszerelésre vonatkozó nemzetközi JEDEC-szabványnak – az egyszerű összeszerelés és a rendszerintegráció érdekében, még nagy gyártási mennyiségek esetén is.
2. ábra
A Xensiv PAS CO2-érzékelő a konfigurációs lehetőségek széles választékának köszönhetően nagyfokú rugalmasságot is kínál, ami gyors piacra kerülést tesz lehetővé. A Xensiv PAS és a PSoC-4100S családba tartozó mikrokontrollerből álló, az adatok kiértékeléséhez szükséges fejlesztőkészlet is rendelkezésre áll.
A Xensiv PAS jellemzői és képességei révén az érzékelő ideális választás az e-autók légkondicionáló rendszereinek intelligens vezérléséhez. Egyrészt optimális levegőminőséget biztosít, hozzájárulva az utasok biztonságához, másrészt növeli a hatékonyságot az akkumulátor élettartamának és az autók hatótávolságának növelése érdekében.
Szerző: Edgar Schäfer – alkalmazástechnikai mérnök, Automotive Business Unit (ABU), Rutronik
Rutronik Magyarország Kft.
1117 Budapest, Alíz utca 1.
Tel.: +36 1 231 3349
E-mail: