《新能源汽車電力電子技術(shù)》：任務(wù)2 霍爾傳感器原理與應(yīng)用

1、新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)2 霍爾傳感器原理與應(yīng)用建議課時(shí)：4學(xué)時(shí)知識(shí)目標(biāo)（1）知道什么是霍爾效應(yīng)；（2）能理解霍爾電流、轉(zhuǎn)速、位置傳感器的原理；（3）知道霍爾電流、轉(zhuǎn)速、位置傳感器在新能源汽車上的應(yīng)用；（4）能通過實(shí)訓(xùn)使用萬(wàn)用表測(cè)量霍爾電流、位置傳感器的特性輸出；（5）能通過實(shí)訓(xùn)使用示波器測(cè)量霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的波形，并做出正確分析；（6）正確規(guī)范的使用實(shí)訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)。 教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，特別是新能源汽車的出現(xiàn)，傳統(tǒng)接觸式傳感器的局限性越來(lái)越明顯?；魻杺鞲衅骶邆渑c被測(cè)對(duì)象無(wú)接觸的優(yōu)點(diǎn)，所以新能源汽車逐漸使用霍爾傳感器來(lái)取代傳統(tǒng)接觸式

2、傳感器。本實(shí)訓(xùn)通過搭建電路，測(cè)量霍爾傳感器工作特性，學(xué)習(xí)霍爾傳感器的基本原理，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識(shí)鏈接1：霍爾效應(yīng)知識(shí)準(zhǔn)備一個(gè)正常通電的導(dǎo)體中，如果對(duì)其施加一個(gè)垂直于電流流動(dòng)方向的磁場(chǎng)，則在洛侖茲力的作用下，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并在導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流和磁場(chǎng)方向的電場(chǎng)。最后電子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。這個(gè)現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，如圖5-2-1所示。 圖5-2-1 霍爾效應(yīng)現(xiàn)象知識(shí)鏈接2：霍爾電流傳感器的原理知識(shí)準(zhǔn)備霍爾電流傳感器利用的是霍爾效應(yīng)原理，如圖5-2-2所示，主要組成有：霍爾原邊電路、聚磁環(huán)、霍

3、爾器件、線圈和放大電路等。當(dāng)有電流通過聚磁環(huán)時(shí)，在導(dǎo)線周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，聚磁環(huán)的磁場(chǎng)會(huì)使霍爾元件產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓。由于導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)較弱，霍爾電壓信號(hào)較低，需要經(jīng)信號(hào)放大器進(jìn)行放大后輸出給控制單元。圖5-2-2 霍爾電流傳感器電路示意圖知識(shí)鏈接3：霍爾電流傳感器的應(yīng)用知識(shí)準(zhǔn)備動(dòng)力電池控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用霍爾電流傳感器，該傳感器安裝在高壓電池箱內(nèi)，如圖5-2-3所示，主要檢測(cè)高壓電池的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)。當(dāng)傳感器檢測(cè)到電池放電出現(xiàn)異常情況時(shí)，會(huì)向電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)出信號(hào)，控制單元及時(shí)地?cái)嚅_動(dòng)力電池的電壓輸出，以防發(fā)生安全事故或造成電池?fù)p壞。圖5-2-3

4、電流傳感器安裝位置知識(shí)鏈接4：霍爾位置傳感器的原理知識(shí)準(zhǔn)備霍爾位置傳感器是由磁塊和霍爾元件組成，如圖5-2-4所示，霍爾元件放在磁導(dǎo)體的中間，磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力線可以穿過霍爾元件。磁塊隨著被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)而改變與霍爾元件的相對(duì)位置，此時(shí)磁力線穿過霍爾元件的角度就會(huì)發(fā)生變化，從而霍爾元件輸出的電壓也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 圖5-2-4 霍爾位置傳感器組成知識(shí)鏈接5：霍爾位置傳感器在新能源汽車的應(yīng)用知識(shí)準(zhǔn)備如圖5-2-5所示，霍爾位置傳感器主要由磁鐵和霍爾1C芯片組成?；魻?C芯片安裝在加 速踏板的心軸上固定不動(dòng)，兩個(gè)磁鐵安裝在加速踏板的旋轉(zhuǎn)部件上，可隨加速踏板一起動(dòng)作。 工作時(shí)，與加速踏板聯(lián)動(dòng)的永久磁鐵隨

5、加速踏板的動(dòng)作一起旋轉(zhuǎn)，改變磁鐵與霍爾元件之間的 相對(duì)位置，從而改變了磁力線射人霍爾元件的角度，也就改變了霍爾元件輸出的電壓值。霍爾元件輸出的電壓值與加速踏板內(nèi)的磁鐵位置有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，霍爾元件的輸出電壓就可以反映加速踏板所處的位置。其主要作用是給控制單元提供兩個(gè)信息：加速踏板的位置信號(hào)和加速踏板位置變化的速度，控制單元根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的動(dòng)力輸出。圖5-2-5 加速踏板位置傳感器電路示意圖知識(shí)鏈接6：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的原理知識(shí)準(zhǔn)備霍爾傳感器由霍爾元件和磁性轉(zhuǎn)盤組成，如圖5-2-6所示，磁性轉(zhuǎn)盤與輸出軸連接。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁性轉(zhuǎn)盤也隨轉(zhuǎn)軸1：1地轉(zhuǎn)動(dòng)，所以固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾元件能感應(yīng)到磁場(chǎng)的交替變化?；魻栐?huì)在每個(gè)小磁場(chǎng)的經(jīng)過產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的脈沖電壓，通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，可以間接計(jì)算出被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速。 圖 5-2-6 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器知識(shí)鏈接7：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在新能源汽車的應(yīng)用知識(shí)準(zhǔn)備大部分品牌的