Deze nieuwe sensor kan de aandrijving van elektrische auto’s nog efficiënter maken
Twee meetrichtingen moeten fouten door kleine verschuivingen beperken
Texas Instruments heeft een nieuwe Hall-stroomsensor voor de tractie-inverters van hybride en elektrische auto's op de markt gebracht. De TMCS2100-Q1 meet het magnetische veld in twee richtingen. Daarmee pakt TI een zwakke plek van compacte stroomsensoren zonder magnetische kern aan: hun gevoeligheid voor kleine verschuivingen.
Waarom een paar tienden van een millimeter ertoe kunnen doen
De tractie-inverter regelt hoeveel stroom de elektromotor krijgt. Om dat nauwkeurig te doen, moet de elektronica voortdurend weten hoeveel stroom er loopt. Een Hall-stroomsensor meet daarvoor het magnetische veld rond de stroomvoerende geleider, de busbar.
Bij veel coreless sensoren gebeurt dat in één richting. Coreless betekent hier dat de sensor geen magnetische kern gebruikt. Dat scheelt ruimte, maar maakt de meting gevoeliger voor de precieze positie van de sensor ten opzichte van de busbar.
Een kleine verschuiving kan daardoor al invloed hebben op de gemeten stroom. Zulke verschuivingen kunnen ontstaan door fabricagetoleranties, temperatuurverschillen en trillingen.
De TMCS2100-Q1 meet het magnetische veld daarom in twee richtingen tegelijk: horizontaal en verticaal. Met beide metingen kan de elektronica beter bepalen of het magnetische veld verandert doordat de stroom verandert, of doordat de sensor iets is verschoven.
Volgens Texas Instruments blijft de fout door zo'n verschuiving bij een verplaatsing van 0,4 millimeter onder 1 procent. Bij 0,1 millimeter noemt het bedrijf een fout van 0,25 procent. Vergeleken met enkelassige coreless sensoren kan die verplaatsingsfout volgens TI tot twintig keer kleiner zijn.
Dat wil niet zeggen dat de sensor onder alle omstandigheden twintig keer nauwkeuriger meet. De claim gaat alleen over de fout die door een verschuiving ontstaat. Volgens de datasheet kan de totale meetfout bij full-scale stromen van meer dan 1000 ampère onder 0,5 procent blijven.
Wat is een Hall-sensor?
Een Hall-sensor meet stroom niet rechtstreeks, maar via het magnetische veld dat rond een stroomvoerende geleider ontstaat. In een elektrische auto gebruikt de tractie-inverter die meting om te bepalen hoeveel stroom naar de elektromotor loopt. Hoe nauwkeuriger die informatie is, hoe preciezer de inverter het motorkoppel kan regelen. De TMCS2100-Q1 probeert die meting vooral minder gevoelig te maken voor kleine verschuivingen en trillingen tussen sensor en busbar.
Wat is een inverter?
De inverter regelt hoeveel elektrische stroom uit de accu naar de elektromotor gaat en zet daarbij gelijkstroom om in de wisselstroom die de motor nodig heeft. Om dat nauwkeurig te doen, moet de inverter continu weten hoeveel stroom er werkelijk loopt. Juist daar komt de Hall-sensor in beeld: die levert de meetinformatie waarop de regeling van het motorkoppel is gebaseerd.
Kleiner zonder magnetische kern
Een magnetische kern helpt bij traditionele stroomsensoren om het magnetische veld te geleiden. Daarmee kan de stroom nauwkeurig worden gemeten, maar zo'n kern neemt ook ruimte in.
Coreless sensoren laten die kern weg en kunnen daardoor compacter zijn. TI probeert met de twee meetrichtingen een deel van het nadeel daarvan op te vangen: de grotere gevoeligheid voor de positie van de sensor.
Ook de busbar hoeft volgens TI niet voor de sensor te worden aangepast. Er zijn geen gaten, inkepingen of andere aanpassingen nodig. De TMCS2100-Q1 zelf zit in een 14-pins TSSOP-behuizing van nominaal 5 bij 6,4 millimeter.
Dat geeft ontwerpers meer vrijheid bij het indelen van een tractie-inverter. Een kleinere stroomsensor betekent uiteraard niet dat de hele inverter in dezelfde verhouding kleiner of lichter wordt.
Levert dit ook een grotere actieradius op?
Een nauwkeurigere stroommeting kan de inverter helpen om de elektromotor nauwkeuriger aan te sturen. TI noemt als mogelijke voordelen minder schommelingen in het motorkoppel, minder motorgeluid en een hogere efficiëntie. Uiteindelijk zou dat ook iets kunnen opleveren voor de actieradius.
Hoeveel precies, is niet vastgesteld. TI heeft geen voertuigtests gepubliceerd waaruit blijkt hoeveel minder energie een elektrische auto door deze sensor verbruikt of hoeveel kilometer extra actieradius dat oplevert.
De aantoonbare verbetering zit vooralsnog bij de stroommeting zelf. Een stabielere meting geeft de regeling van de elektromotor nauwkeurigere informatie. Het uiteindelijke energieverbruik hangt daarnaast af van de inverter, de elektromotor en de rest van de aandrijflijn.
Geschikt voor hoge stromen
De TMCS2100-Q1 is bedoeld voor de hoge stromen die in elektrische aandrijflijnen voorkomen. De datasheet noemt full-scale stroomniveaus boven 1000 ampère. De signaalbandbreedte bedraagt 250 kHz en de responstijd 2,6 microseconde. Bij overstroom kan de sensor binnen 500 nanoseconde reageren.
TI noemt de sensor onder meer in verband met 800V-aandrijflijnen. Volgens Jason Cole, vicepresident en general manager Sensing Products bij Texas Instruments, leggen "800V-architecturen de lat voor de nauwkeurigheid van tractie-inverters hoger."
Dat maakt de TMCS2100-Q1 niet uitsluitend geschikt voor 800V-systemen. De sensor is breder toepasbaar. Tractie-inverters verwerken hoge vermogens, terwijl fabrikanten ze zo compact mogelijk proberen te bouwen. Tegelijk moet de stroom naar de elektromotor nauwkeurig geregeld blijven.
Voor gebruik in auto's is de TMCS2100-Q1 AEC-Q100-gekwalificeerd. Het opgegeven temperatuurbereik loopt van -40 tot 150 graden Celsius.
Datasheet bestond al in 2025
Helemaal nieuw is de TMCS2100-Q1 niet. De datasheet dateert al uit september 2025. Het nieuws zit vooral in de brede commerciële introductie door Texas Instruments, eerder deze week, en de aanvullende technische informatie die het bedrijf daarbij heeft gepubliceerd. Productiehoeveelheden zijn volgens TI inmiddels op aanvraag beschikbaar.
Welke autofabrikanten of toeleveranciers de sensor gaan gebruiken, heeft TI niet bekendgemaakt. Voorlopig zit de concrete winst vooral in een nauwkeurigere stroommeting bij kleine verschuivingen, zonder magnetische kern en zonder dat daarvoor de busbar moet worden aangepast.
Conclusie Deze nieuwe sensor kan de aandrijving van elektrische auto’s nog efficiënter maken
Texas Instruments heeft een nieuwe Hall-sensor ontwikkeld die de stroom in de tractie-inverter nauwkeuriger moet meten. Door het magnetische veld in twee richtingen tegelijk te volgen, is de sensor minder gevoelig voor kleine verschuivingen en trillingen. Dat kan de regeling van de elektromotor verbeteren en zo bijdragen aan een efficiëntere elektrische aandrijving.
Bas van der Weerd
Hoofdredacteur
