Bu araştırma, elektrikli araçların yüksek akım kablolarında iletkeni kesmeden veya kabloyu kapalı bir sensör halkasının içinden geçirmek zorunda kalmadan akım ölçmek amacıyla yarım dairesel açık yapıya sahip temassız bir sensör geliştiriyor. Sistem tek tip manyetik sensöre dayanmak yerine dört Hall etkili sensör ile iki tünelleme manyetodirenci (Tunneling Magnetoresistance, TMR) sensörünü aynı yarım dairesel dizi üzerinde birleştiriyor. Amaç, Hall sensörünün geniş ölçüm aralığı ile TMR sensörünün yüksek hassasiyetini aynı ölçüm mimarisinde kullanmak.

Sensör dizisi yaklaşık 50 × 70 mm boyutlu bir baskılı devre kartı üzerinde düzenlenmiştir ve çalışma görselinde 5 cm'den küçük çaplı kablolar için açık bir ölçüm bölgesi gösterilmektedir. Dört Allegro A1324 Hall sensörünün hassasiyeti 5 mV/Gs ve doğrusal alan aralığı ±10 Gs; iki TMR2905 sensörünün hassasiyet aralığı 45–65 mV/V/Oe ve doğrusal alan aralığı ±5 Gs olarak verilmiştir. Altı farklı konumdan elde edilen manyetik alan örnekleri yalnız akımı hesaplamak için değil, kablonun geometrik merkezden ne kadar saptığını ve yakındaki başka bir akım taşıyan iletkenin ölçümü ne kadar bozduğunu tahmin etmek için de kullanılmaktadır.

Laboratuvar deneylerinde hedef akım 10 A'dan 210 A'ya kadar 20 A artımlarla değiştirilmiştir. İletken sensör dizisinin merkezindeyken hibrit sistem için ortalama ölçüm doğruluğu %99,05 olarak raporlanmıştır. Hall sensörleri 10–50 A düşük akım bölgesinde %96,69–98,49 doğruluk gösterirken 130 A üzerindeki akımlarda %99'un üzerinde kalmıştır. TMR sensörleri 30–170 A arasında %99'un üzerinde doğruluk sağlamış ancak ±5 Gs doğrusal alan sınırının aşılması nedeniyle 210 A'da %96,36'ya gerilemiştir.

Çalışmanın ikinci bölümü, gerçek montajda kaçınılması zor olan kablo merkezleme hatasına odaklanmaktadır. Kablo merkezi sensör dizisinin geometrik merkezinden uzaklaştığında sensörlerin iletkene olan mesafeleri eşit kalmaz ve ölçülen manyetik alan asimetrikleşir. Araştırmacılar sensör çiftleri arasındaki normalize edilmiş manyetik alan farklarından iletkenin eksantriklik büyüklüğünü ve yönünü tahmin eden bir telafi algoritması geliştirmiştir. Deney bölümünde (+0,2 mm, +0,2 mm) konumu için Hall grubunun ortalama doğruluğu %97,07, TMR grubunun uygun çalışma aralığındaki doğruluğu %99,48 ve hibrit sistemin genel doğruluğu %97,69 olarak raporlanmıştır. Daha büyük (+0,6 mm, +0,6 mm) ve (+1,0 mm, +1,0 mm) sapmalarda her iki sensör grubunun doğruluğunun kademeli olarak düştüğü gösterilmiştir.

Üçüncü problem, aynı kablo demeti içinde bulunan başka akım taşıyan iletkenlerin oluşturduğu manyetik girişimdir. Araştırmacılar çoklu manyetik alan dağılımını, tek bir sanal iletkenin eşdeğer konum sapması olarak yaklaşık temsil eden bir model önermiştir. 210 A'lik tek bir harici girişim iletkeniyle yapılan deneylerde Hall sensörlerinin 10–210 A tam aralık ortalaması %92,71, TMR sensörlerinin ortalaması %97,51 olarak verilmiştir. TMR'nin 10–170 A doğrusal çalışma bölgesindeki ortalaması %98,00'dır. Yöntem zayıf girişimde daha başarılı olmakta; girişim alanı güçlendikçe veya kaynak sensör dizisine yaklaştıkça tek sanal kaynak yaklaşımının hatası büyümektedir.

Türkiye açısından anlamı: Çalışma, elektrikli araç batarya yönetimi, güç elektroniği, yüksek gerilim kablo izleme ve şarj sistemlerinde kabloyu kesmeden akım ölçmeye yönelik dikkat çekici bir sensör mimarisi sunmaktadır. Ancak deneyler gerçek bir araç kablo demetinde değil laboratuvarda ve en fazla 210 A seviyesinde yapılmıştır. Türkiye'deki otomotiv veya şarj altyapısına uygulanmadan önce gerçek kablo demetlerinde çoklu girişim, sıcaklık değişimi, titreşim, üretim toleransları, uzun dönem kalibrasyon kararlılığı ve daha yüksek akım koşullarının bağımsız olarak doğrulanması gerekir. Kaynak çalışmanın kendisi de sık paketlenmiş çoklu iletken ortamlarını gelecekteki ana doğrulama alanlarından biri olarak tanımlamaktadır.

Neden temassız akım sensörü geliştiriliyor?

Elektrikli araçlardaki batarya yönetim sistemi, yüksek gerilim batarya paketi, elektrik motoru sürücüsü, DC bağlantısı, araç üstü şarj cihazı ve DC/DC dönüştürücüler gibi sistemler akım bilgisini sürekli kullanmaktadır. Geleneksel şönt tabanlı yöntemler iletkene elektriksel olarak bağlanırken manyetik alan tabanlı sensörler akımı iletkene galvanik bağlantı kurmadan tahmin edebilir.

Ancak temassız ölçümün de kendine özgü problemleri vardır. Kablonun sensörün merkezine tam oturmaması manyetik alan dağılımını bozar. Aynı kablo demetindeki başka bir iletken ise hedef akımın alanına ek bir manyetik alan bindirir. Araştırmanın temel amacı yalnız yüksek hassasiyetli bir sensör yapmak değil, bu iki gerçek montaj problemini ölçüm algoritmasının içine dahil etmektir.

Hall sensörü akımı nasıl algılıyor?

Hall etkisinde bir yarı iletkenden geçen taşıyıcılar, akım yönüne dik bir manyetik alan altında Lorentz kuvvetine maruz kalır. Yüklerin bir kenarda toplanması Hall gerilimini oluşturur. Çalışmada bu fiziksel ilişki Ampère çevre yasasıyla birlikte kullanılarak kablo akımına bağlanmaktadır:

\[ V_H= \frac{R_H I_C}{d}B \]

ve düz, uzun bir akım taşıyan iletken çevresindeki manyetik akı yoğunluğu için:

\[ B \propto \frac{\mu_0 I}{2\pi r} \]

ilişkisi kullanılmaktadır. Burada \(I\) ölçülmek istenen akım, \(r\) sensör ile iletken merkezi arasındaki uzaklık, \(\mu_0\) boşluğun manyetik geçirgenliği ve \(B\) sensörün algıladığı manyetik akı yoğunluğudur.

Bu ilişki aynı zamanda çalışmanın temel problemini de açıklar: kablo merkezi yer değiştirirse \(r\) bütün sensörlerde aynı miktarda değişmez. Dolayısıyla aynı gerçek akım için sensörler farklı alan büyüklükleri görür.

TMR sensörü neden Hall sensörüyle birlikte kullanılıyor?

TMR sensörünün temelinde Magnetic Tunnel Junction, yani manyetik tünel bağlantısı bulunur. İki ferromanyetik katman çok ince bir yalıtkan bariyerle ayrılır. Katmanların manyetizasyon yönleri paralel veya antiparalel olduğunda elektronların bariyerden tünelleme olasılığı ve dolayısıyla elektrik direnci değişir.

Çalışmada dört TMR elemanı Wheatstone köprüsü biçiminde ele alınmaktadır. Manyetik alan bulunmadığında köprü dengededir ve:

\[ V_{out}=0 \]

kabul edilir. Alan uygulandığında direnç çiftleri zıt yönde değişirse:

\[ V_{out} = V_{CC} \frac{\Delta R}{R} \]

ilişkisi elde edilmektedir. \(\Delta R\)'nin manyetik alanla doğrusal bölgedeki ilişkisi sayesinde TMR çıkışı da kablonun oluşturduğu manyetik alana ve dolayısıyla akıma bağlanmaktadır.

TMR'nin avantajı yüksek hassasiyettir; dezavantajı ise kullanılan TMR2905'in ±5 Gs doğrusal alanının Hall A1324'ün ±10 Gs aralığından dar olmasıdır. Bu nedenle çalışma iki teknolojiyi birbirinin yerine değil, birbirini tamamlayacak şekilde kullanmaktadır.

Yarım dairesel sensör neden önemli?

Kapalı halka biçimindeki bir sensör kullanıldığında kablonun sensör açıklığından geçirilmesi gerekir. Çalışmanın önerdiği açık yarım dairesel geometride ise kablo sensörün açık tarafından ölçüm alanına yerleştirilebilir.

Yarım daire üzerinde toplam altı algılama noktası vardır: dört Hall ve iki TMR. Sensörlerin farklı açısal konumlarda bulunması, tek bir manyetik alan değerinden çok uzamsal bir alan örüntüsü elde edilmesini sağlar.

Kablo merkezden kayınca ne oluyor?

İdeal durumda iletken merkezi dizinin geometrik merkezi \(O(0,0)\)'dadır. Kablo \(d\) uzaklığı ve \(\theta\) yönü kadar kaydığında merkezi:

\[ O'=(d\cos\theta,d\sin\theta) \]

olur.

i'nci sensörün koordinatı \(S_i(x_i,y_i)\) ise yeni iletken–sensör mesafesi:

\[ d_i= \sqrt{ (x_i-d\cos\theta)^2+ (y_i-d\sin\theta)^2 } \]

şeklinde hesaplanır.

Bu konumdaki teorik alan:

\[ B_i= \frac{\mu_0 I}{2\pi d_i} \]

olduğundan, iletkene yaklaşan sensörde alan büyürken uzaklaşan sensörde küçülür.

Eksantriklik nasıl bulunuyor?

Araştırmacılar karşılıklı veya farklı geometrik konumlardaki sensörlerin normalize edilmiş alan farklarından yararlanıyor. Dairesel modelde temel örnek:

\[ ratio_1= \frac{B_1-B_3}{B_1+B_3} \]

ve:

\[ ratio_2= \frac{B_2-B_4}{B_2+B_4} \]

şeklindedir.

MATLAB'da manyetik alan ile kablo sapması arasındaki ilişki önceden modellenmekte, ölçülen normalize edilmiş farklardan \(d\) ve \(\theta\) tahmin edilmekte ve bulunan konum sensörlerin akım hesabına geri uygulanmaktadır.

Gerçek yarım dairesel yapıda sensörler tam karşılıklı bir dairenin elemanları olmadığı için çalışma ağırlıklı toplam kullanmaktadır:

\[ ratio_x= \frac{1}{M} \sum_{i=1}^{M} j_i \frac{B_{i1}-B_{i2}} {B_{i1}+B_{i2}}, \qquad M=4 \]

ve:

\[ ratio_y= \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} k_i \frac{B_{i1}-B_{i2}} {B_{i1}+B_{i2}}, \qquad N=3 \]

olarak tanımlanmıştır.

Buradaki önemli yeniden üretilebilirlik sınırı, \(j_i\) ve \(k_i\) ağırlıklarının “sensör performansına göre” belirlendiğinin söylenmesi fakat makalede gerçek sayısal ağırlıkların verilmemesidir.

Komşu kablo girişimi nasıl modelleniyor?

Hedef iletkenin akımı \(I_0\), komşu girişim iletkeninin akımı \(I_1\) olsun. Her sensörde ölçülen toplam alan iki iletkenin alanlarının vektörel toplamıdır:

\[ \mathbf{B}^{total}_i = \mathbf{B}_{0,i} + \mathbf{B}_{int,i} \]

Araştırmanın özgün yaklaşımı, bu iki kaynaklı karmaşık dağılımı tek bir “eşdeğer sanal iletken” ile yaklaşık temsil etmektir. Sanal iletkenin konumu \(P_{eq}=(x_{eq},y_{eq})\), sensör noktalarındaki eşdeğer alan ile gerçek toplam alan arasındaki farkı en aza indirecek şekilde aranır:

\[ \min_{x_{eq},y_{eq}} \sum_{i=1}^{N} \left\| \mathbf{B}^{eq}_i- \mathbf{B}^{total}_i \right\| \]

Bu model fiziksel olarak ikinci kabloyu yok etmez. Ama sensörlerin gördüğü bozulmuş uzamsal alanı, hedef iletken sanki merkezden belirli bir miktar kaymış gibi yorumlamaya çalışır. Böylece eksantriklik için geliştirilen düzeltme mantığı girişim problemine de uygulanabilir.

Verianla Live: Süreç görünümü görünür bilimsel tablodan runtime'da oluşturulur; tablo bilimsel source-of-truth olarak korunur.

Girişim modeli hangi koşullarda zorlanıyor?

MATLAB R2024b ile beş simülasyon durumu incelenmiştir. Sonuçlar girişimin hem akım büyüklüğüne hem mesafesine hem de sensör dizisinin ana iletkene uzaklığına bağlı olduğunu göstermektedir.

Verianla Live: Kaynak Tablo 2 değerleri değiştirilmeden gösterilmiştir.

Tablonun en net karşılaştırmalarından biri Case 1 ile Case 2'dir. Girişim/ana akım oranı 0,1 ve dizi–ana iletken mesafesi 3 cm sabitken girişim kaynağının 5 cm'den 2 cm'ye yaklaşması hatayı %4,18'den %8,59'a yükseltmektedir.

Case 1 ile Case 4 karşılaştırmasında mesafeler aynı kalırken girişim oranı 0,1'den 0,4'e çıktığında hata %4,18'den %14,77'ye yükselmektedir. Case 2 ile Case 5'te aynı oran artışı hatayı %8,59'dan %26,21'e taşımaktadır.

Bu sonuçlar tek sanal kaynak yaklaşımının zayıf ve orta girişim alanlarında daha başarılı olduğunu, güçlü ve yakın girişimlerde gerçek çok-kaynaklı alanın yüksek mertebeli uzamsal değişimini aynı doğrulukla temsil edemediğini göstermektedir.

Kaynak metnindeki Case 1–Case 2 çelişkisi

Çalışmanın Tablo 2 sonrasındaki anlatımı, Case 1 ve Case 2'yi örnek göstererek zayıf girişimde hataların “sürekli %5'in altında” olduğunu belirtmektedir. Ancak Case 2'nin yayımlanmış hata değeri %8,59'dur.

Aynı metinde girişim kaynağının yaklaşmasının etkisi Case 1 ile Case 3 üzerinden açıklanmıştır. Bu iki durumda yalnız girişim mesafesi değil, dizi–ana akım mesafesi de değişmektedir ve yayımlanmış hata %4,18'den %3,49'a düşmektedir. Dolayısıyla kaynak anlatısı ile Tablo 2 arasında açık bir uyuşmazlık vardır.

Gerçek deney düzeneği nasıl kuruldu?

Laboratuvar sisteminde 1000 A sağlayabilen programlanabilir elektronik yük kullanılmıştır. Ana siyah 6 AWG kablo hedef akımı taşırken paralel kırmızı kablo elektromanyetik girişimi oluşturmuştur. STM32 tabanlı geliştirme kartı Hall ve TMR çıkışlarını toplamış, işlemiş ve sonucu gerçek zamanlı göstermiştir.

Her sensör kanalı ölçümden önce sıfır ofseti ve kazanç için temel kalibrasyondan geçirilmiştir. Akım daha sonra 10 A'dan 210 A'ya kadar 20 A artımlarla değiştirilmiştir.

İletken tam merkezdeyken hangi sensör daha iyi?

Tek bir sensör teknolojisi bütün akım aralığında üstün değildir.

Hall sensörü 10–50 A'da %96,69–98,49 doğruluk göstermektedir. Kaynak bunu düşük akımdaki daha düşük hassasiyetle ilişkilendirir. 130 A üzerindeyse ±10 Gs doğrusal alan avantajıyla doğruluk %99'un üzerinde kararlı kalmaktadır.

TMR sensörü 30–170 A arasında %99'un üzerinde doğruluk sağlamaktadır. Ancak 170 A'nın üzerinde doğruluk düşmeye başlar ve 210 A'da %96,36'ya iner. Araştırmacılar 210 A'daki manyetik alanın TMR2905'in doğrusal üst sınırının yaklaşık 2,8 katına ulaştığını ve sensörü derin doygunluğa götürdüğünü belirtmektedir.

İki grubun füzyonuyla merkezlenmiş ideal koşuldaki ortalama sistem doğruluğu %99,05 olarak raporlanmıştır.

Eksantriklik telafisi ne kadar başarılı?

Deney bölümünde ilk ayrıntılı örnek (+0,2 mm, +0,2 mm) kablo sapmasıdır. Teorik model bu sapmanın telafisiz yaklaşık %10 sistematik hata oluşturacağını öngörmektedir.

Telafiden sonra çalışma:

Şekil 12 ayrıca (+0,6 mm, +0,6 mm) ve (+1,0 mm, +1,0 mm) konumlarını göstermekte ve ofset büyüdükçe doğruluğun genel olarak azaldığını ortaya koymaktadır.

Burada kaynak-içi önemli fark şudur: özet ve sonuçta eksantriklik için %97,07 verilmesine rağmen deney metninde %97,07 Hall ortalamasıdır ve birleşik sistem için %97,69 yazmaktadır.

Harici girişim altında hangi sensör daha dayanıklı?

Deneylerde girişim kablosunun akımı 210 A olarak verilmiş ve sensör dizisine 5, 12 ve 20 cm mesafeler değerlendirilmiştir.

Verianla Live: Karşılaştırma aynı 10–210 A aralığındaki yayımlanmış Hall ve TMR ortalamalarını kullanır.

TMR sensörünün yalnız daha doğrusal 10–170 A bölgesi alındığında ortalama doğruluğu %98,00 olarak verilmiştir.

Araştırmacılar girişim/ana akım oranı \(k\) küçük olduğunda modelin daha etkili olduğunu, güçlü girişim alanlarında tek eşdeğer kaynak yaklaşımının giderek daha fazla artık hata bıraktığını belirtmektedir. Kaynağın farklı bölümlerindeki eşik ifadeleri tam olarak aynı değildir: teorik tartışmada hatanın \(k>0,2\) civarında önemli hâle geldiği, hedef uygulamaların çoğunda \(k<0,3\) beklendiği belirtilirken deney bölümünde bastırmanın özellikle \(k<0,2\)'de güçlü olduğu ve \(k>0,5\)'te performansın giderek bozulduğu yazmaktadır.

%94,31 girişim doğruluğu nereden geliyor?

Özet ve sonuç bölümü, harici girişim altında genel doğruluğu %94,31 olarak vermektedir. Deney bölümünde ise hibrit toplam için bu sayı ayrı bir satırda açıklanmamış; Hall için %92,71 ve TMR için %97,51 verilmiştir.

Sensör dizisinde dört Hall ve iki TMR bulunması nedeniyle yalnız sensör sayısına göre 4:2 ağırlıklı ortalama:

\[ \frac{4}{6}(92{,}71) + \frac{2}{6}(97{,}51) = 94{,}31 \]

sonucunu tam olarak üretmektedir. Bu matematiksel eşleşme dikkat çekicidir. Bununla birlikte kaynak füzyon ağırlıklarının yalnız sensör sayısına değil, sensörlerin başlangıç kalibrasyonundaki ortalama hatalarına da bağlı olduğunu söylemekte ve gerçek \(w_H\), \(w_T\) katsayılarını yayımlamamaktadır. Bu nedenle %94,31'in kesin hesap yöntemi kaynak metninden tamamen yeniden oluşturulamamaktadır.

Bu sensör gerçekten araç içinde doğrulandı mı?

Hayır. Deneysel doğrulama masaüstü laboratuvar düzeneğinde yapılmıştır. Çalışma elektrikli araç, yüksek gerilim kablo demeti ve hızlı şarj uygulamalarını hedef kullanım alanı olarak gösterse de fiziksel deney:

tek ana iletken, tek girişim iletkeni, kontrollü laboratuvar ortamı ve en fazla 210 A test akımıyla sınırlıdır.

Kaynak kendi giriş bölümünde hızlı şarj akımlarının 200–500 A düzeyine çıkabildiğini ve bazı yüksek güçlü durumlarda 600 A'yı aşabildiğini belirtmektedir. Buna karşılık geliştirilen prototipin deneysel doğrulaması 210 A'da sonlanmaktadır. Bu nedenle sensörün çok daha yüksek hızlı şarj akımlarındaki performansı bu çalışmada deneysel olarak gösterilmemiştir.

Çalışmanın desteklediği ve desteklemediği sonuçlar

Çalışmanın desteklediği sonuç: Altı elemanlı yarım dairesel Hall–TMR sensör dizisi, laboratuvar koşullarında 10–210 A DC akım ölçümünde yüksek doğruluk sağlayabilmektedir. Hall ve TMR elemanları farklı akım bölgelerinde birbirini tamamlamaktadır. Normalize edilmiş alan farklarına dayalı eksantriklik algoritması küçük montaj sapmalarının etkisini azaltmakta, tek komşu kablo için geliştirilen eşdeğer alan modeli ise özellikle daha zayıf girişim koşullarında ölçüm hatasını azaltabilmektedir.

Çalışmanın desteklemediği sonuç: Sensörün bütün elektrikli araç ortamlarında %99 doğruluk sağlayacağı gösterilmemiştir; çoklu sık kablo demetlerinde doğrulanmamıştır; yüksek sıcaklık veya geniş sıcaklık çevrimleri test edilmemiştir; araç titreşimi ve uzun dönem sensör kayması incelenmemiştir; 210 A üzerindeki fiziksel performans doğrulanmamıştır; TMR elemanının yüksek alan doygunluğu ortadan kaldırılmamıştır; gerçek elektrikli araç üzerinde yol veya yüksek gerilim saha testi yapılmamıştır.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Sensör donanımı

Merkezlenmiş deney sonucu

Eksantriklik deneyleri

Çalışmanın Şekil 12'sinde üç sapma düzeyi gösterilmiştir:

(+0,2 mm, +0,2 mm) durumu için kaynak yaklaşık %10 telafisiz teorik hata beklediğini belirtmektedir. Telafi sonrası deney metninde birleşik sistem doğruluğu %97,69'dur.

Harici girişim deneyleri

Sensör füzyonu

Eksantriklik telafisi sonrasında Hall ve TMR gruplarının ayrı akım tahminleri:

\[ I_{final} = w_H I_H+ w_T I_T \]

biçimindeki sabit ağırlıklı toplamla birleştirilmektedir.

Kaynak, \(w_H\) ve \(w_T\) katsayılarının sensör sayısı ile başlangıç kalibrasyonundaki karakteristik ortalama hatalara göre önceden belirlendiğini söyler. Ancak katsayıların gerçek sayısal değerlerini vermemektedir. Bu nedenle füzyon algoritmasının yayımlanan sonuçlardan bire bir yeniden üretilmesi mümkün değildir.

Deneysel belirsizlik ve tekrar sınırı

Çalışma kanalların sıfır ofseti ve kazanç için kalibre edildiğini açıklamakta ancak ana deney sonuçlarında bağımsız tekrar sayısı, standart sapma, hata çubukları, güven aralıkları veya toplam ölçüm belirsizliği raporlamamaktadır. Grafiklerde verilen “measurement accuracy” değerinin ayrı bir formülle nasıl hesaplandığı da yöntem bölümünde açık bir denklem olarak tanımlanmamıştır.

Dolayısıyla %99,05, %97,69 veya %94,31 gibi değerler kaynak çalışmada yayımlanmış performans ölçütleridir; bu Verianla metni bunlara kaynakta bulunmayan istatistiksel güven düzeyi eklememektedir.

Bilimsel olarak en önemli mühendislik sonucu

Çalışmanın asıl katkısı tek bir yüksek doğruluk yüzdesinden daha geniştir. Araştırma üç seviyeyi aynı sensörde birleştirmektedir: açık mekanik geometriyle kolay kablo yerleştirme; Hall ve TMR'nin farklı fiziksel avantajlarını kullanan heterojen sensör dizisi; kablo konumu ve komşu iletken girişimini uzamsal manyetik alan örüntüsünden çıkarmaya çalışan matematiksel telafi.

Buna karşılık sonuçlar sensörün gerçek araç içi ürün seviyesine ulaştığını göstermemektedir. Özellikle yüksek akımda TMR doygunluğu, güçlü yakın girişimde eşdeğer model hatası ve çoklu kablo demetlerinin henüz test edilmemiş olması sonraki geliştirme aşamalarının temel sınırlarını oluşturmaktadır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Design and Optimization of a Non-Contact Current Sensor for EVs Based on a Hybrid Semi-Circular Array of Hall-Effect and TMR Elements

Yazarlar ve özgün sıralama: Xiaopeng Yuan; Haoyu Wang; Lei Zhang.

Sorumlu yazar: Lei Zhang.

Eş katkı/eş birinci yazar: Kaynakta eş katkı veya eş birinci yazarlık beyanı bulunmamaktadır.

Kurumlar: College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha, China; Tsinghua Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University, Shenzhen, China.

Dergi: Vehicles.

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland.

Cilt / sayı / makale: 8 / 2 / 27.

DOI: 10.3390/vehicles8020027.

Yayın süreci: 21 Kasım 2025'te alınmış, 10 Ocak 2026'da revize edilmiş, 18 Ocak 2026'da kabul edilmiş ve 1 Şubat 2026'da yayımlanmıştır.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Hakemli araştırma makalesidir. Matematiksel manyetik alan modellemesi, MATLAB simülasyonu ve fiziksel laboratuvar akım ölçüm deneylerini birlikte içermektedir.

Resmî bağlantı:https://doi.org/10.3390/vehicles8020027

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY) açık erişim lisansı.

Finansman: Çalışma Hunan Province Natural Science Foundation 2022JJ30759; NSFC 62004224; ve Central South University State Key Laboratory of High-Performance Complex Manufacturing ZZYJKT2019-13 tarafından desteklenmiştir.

Veri erişilebilirliği: Kaynak, verilerin makale içinde bulunduğunu belirtmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması bildirmemiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma, yöntem, yazılım, doğrulama, biçimsel analiz, araştırma, kaynaklar, veri düzenleme, ilk taslak, görselleştirme, danışmanlık ve proje yönetimi Xiaopeng Yuan tarafından; gözden geçirme ve düzenleme Haoyu Wang ve Lei Zhang tarafından; finansman edinimi Lei Zhang tarafından gerçekleştirilmiştir.

Deneysel akım aralığı notu: Özet ve sonuç 0–210 A ölçüm aralığı ifadesini kullanmaktadır; yöntem bölümündeki gerçek test protokolü 10 A'dan 210 A'ya 20 A artımlarla yapılmıştır. Bu nedenle 0 A normal akım ölçüm noktası olarak deneysel taramanın parçası değildir.

Eksantriklik doğruluk notu: Özet ve sonuçta %97,07 eksantriklik doğruluğu raporlanırken Bölüm 4.2.2'de %97,07 Hall sensör grubunun tam aralık ortalaması, %99,48 TMR'nin uygun aralık sonucu ve %97,69 birleşik sistem doğruluğu olarak verilmektedir. Değerler tek bir metrikte birleştirilmemiştir.

Harici girişim doğruluğu notu: Özet ve sonuçta %94,31 genel girişim doğruluğu verilirken Bölüm 4.2.3 Hall için %92,71 ve TMR için %97,51 tam aralık ortalaması vermektedir. Dört Hall ve iki TMR sensörüne göre 4:2 basit ağırlıklı ortalama %94,31 üretmektedir; ancak kaynak gerçek füzyon katsayılarını yayımlamadığı için bu değer kaynakta açık bir hesap adımı olarak doğrulanamamaktadır.

Tablo 2 tutarsızlığı: Kaynak metni Case 1 ve Case 2'nin hatalarının %5'in altında olduğunu belirtmektedir; yayımlanmış Tablo 2'de Case 2 hatası %8,59'dur. Aynı bölümde girişim mesafesi etkisi Case 1–Case 3 karşılaştırmasıyla açıklanırken bu iki durumda ikinci bir geometrik parametre de değişmektedir ve hata %4,18'den %3,49'a inmektedir.

Eksantriklik modelinin yeniden üretilebilirlik sınırı: Yarım dairesel modeldeki j_i ve k_i ağırlıkları kaynakta sayısal olarak verilmemiştir.

Sensör füzyonu yeniden üretilebilirlik sınırı: Hall ve TMR akım tahminlerini birleştiren w_H ve w_T katsayılarının belirlenme mantığı açıklanmış ancak gerçek katsayı değerleri raporlanmamıştır.

TMR doygunluk sınırı: TMR2905'in ±5 Gs doğrusal alanı nedeniyle 210 A'da sensörün doğrusal üst sınırının yaklaşık 2,8 katı alan oluştuğu ve TMR doğruluğunun %96,36'ya düştüğü kaynak tarafından bildirilmiştir. Bu nedenle TMR'nin yüksek hassasiyeti bütün yüksek akım bölgesine sınırsız biçimde genellenemez.

Girişim modeli sınırı: Tek eşdeğer sanal kaynak modeli güçlü veya çok yakın girişimlerde yüksek mertebeli uzamsal alan değişimini tam temsil edememektedir. MATLAB simülasyonunda en ağır Case 5 koşulunda hata %26,21'e çıkmıştır.

Gerçek araç sınırı: Çalışma bir elektrikli araç üzerinde yol veya gerçek yüksek gerilim kablo demeti testi değildir. Fiziksel deney kontrollü laboratuvar düzeneğinde gerçekleştirilmiştir.

Çoklu kablo sınırı: Harici girişim doğrulaması tek bir komşu akım kaynağıyla yapılmıştır. Kaynak, gerçek otomotiv kablo demetlerinde görülen çok sayıda yakın iletkenin sonraki araştırmalarda incelenmesi gerektiğini açıkça belirtmektedir.

Çevresel doğrulama sınırı: Çalışmada geniş sıcaklık taraması, araç titreşimi, uzun dönem drift, yaşlanma veya gerçek araç elektromanyetik ortamına ilişkin ayrı deney sonuçları raporlanmamıştır.

İstatistiksel sınır: Ana performans grafiklerinde bağımsız deney tekrarları, standart sapmalar, hata çubukları veya güven aralıkları gösterilmemiştir. Bu nedenle yayımlanan doğruluk yüzdelerine kaynakta bulunmayan istatistiksel kesinlik eklenmemelidir.

Bu Verianla açıklamasındaki sensör fiziği, algoritmalar, deney parametreleri, sayısal bulgular ve kaynak-içi tutarsızlıklar yalnız incelenen çalışmaya dayanmaktadır. Dış doğrulama yalnız bibliyografik kimlik, DOI, yayın tarihi ve derginin hakemli yayın statüsünü kontrol etmek amacıyla kullanılmıştır.