Как продлить жизнь и надежность автомобильных батарей?
2023-08-03
Каждые пять раз неисправность автомобиля вызвана батареей. В ближайшие несколько лет эта проблема станет все более и более серьезным с телеконтролем, контролем двигателей включения/выключения и растущей популярностью автомобильных технологий, таких как гибрид (электричество/газ). Чтобы уменьшить разломы, необходимо точно определить напряжение, ток и температуру батареи, предварительно обработать результаты, рассчитать состояние заряда и рабочего состояния, отправить результаты в блок управления двигателем (ECU) и управлять функция зарядки. Современные автомобили родились в начале 20 -го века. Первый автомобиль полагался на ручной стартап, который потребовал большой силы и была очень рискованной. «Ручная рукоятка» автомобиля вызвала много смертей. В 1902 году был успешно разработан первый стартовый двигатель без обслуживания батареи. К 1920 году все автомобили начали с использованием электричества. Первоначальным использованием были сухие батареи, которые должны были быть заменены, когда питание была истощена. Вскоре после этого жидкая батарея (то есть древние свинцовые кислотные батареи) заменили сухие батареи. Преимущество свинцовой кислотной батареи состоит в том, что она может быть перезаряжена, когда двигатель работает. В прошлом веке было мало изменений в обслуживании, свободной от свинцовой кислотной батареи, и последнее значительное улучшение было запечатать его. Что действительно меняется, так это спрос на это. Первоначально батарея использовалась только для запуска автомобиля, погрузившись и питания огней. Сегодня, до зажигания, все электрические системы автомобиля оснащены им. Распространение новых электронных устройств - это не только потребительская электронная устройства, такие как GPS и DVD -игроки. Сегодня электроника для корпуса, такая как блоки управления двигателями (ECU), силовые окна и сиденья питания, являются стандартными для многих основных моделей. Экспоненциально увеличивающаяся нагрузка оказала серьезное влияние, о чем свидетельствует увеличение числа сбоев, вызванных электрическими системами. Согласно статистике ADAC и RAC, почти 36% всех разломов транспортных средств могут быть связаны с электрическими разломами. Если это число анализируется, можно обнаружить, что более 50% отказов вызваны компонентом свинцовой кислоты. Оцените здоровье батареи. Следующие две ключевые функции отражают здоровье окисленной батареи: (1) Состояние заряда (SOC): SOC указывает, сколько зарядки могут предоставить батарея, выраженная в процентах от рейтинга батареи (то есть SOC новой батареи). (2) Статус работы (SOH): SOH указывает, сколько заряда батарея может хранить. Состояние заряда указывает на то, что состояние заряда похоже на «датчик топлива» батареи. Существует много способов расчета SOC, из которых наиболее распространенными являются два: измерение напряжения открытой цепи и измерение кулонов (также известное как подсчет кулоновских слоев). (1) Метод измерения напряжения открытого круга (VOC): линейная зависимость между напряжением аккумулятора с открытым цирком, когда она разгружена и его зарядом. В этом расчете есть два основных ограничения: Одним из них является то, что для расчета SOC батарея должна быть открыта и не подключена к нагрузке; Во -вторых, это измерение является точным только после довольно длительного периода стабилизации. Эти ограничения делают метод VOC непригодным для онлайн -расчетов SOC. Этот метод обычно используется в ремонтной мастерской, где батарея удаляется, и напряжение между положительными и отрицательными электродами батареи может быть измерено с помощью вольтметра. (2) Анализ кулонов: в этом методе используется подсчет кулонов, чтобы интегрировать ток в зависимости от времени для определения SOC. С помощью этого метода SOC может быть рассчитан в режиме реального времени, даже если батарея находится в условиях нагрузки. Тем не менее, ошибка анализа кулоновки со временем увеличивается. Как правило, напряжение открытой цепи и метод подсчета кулонов используются для расчета состояния заряда батареи. Операционное состояние операционного состояния отражает общее состояние батареи и его способность хранить зарядку по сравнению с новой батареей. Из -за характера самой батареи расчеты SOH очень сложны и полагаются на понимание химии батареи и окружающей среды. На SOH батареи влияют многие факторы, включая принятие заряда, внутренний импеданс, напряжение, самодействие и температуру. Обычно считается трудно измерить эти факторы в режиме реального времени в окружающей среде, такой как автомобиль. На этапе запуска (запуск двигателя) батарея находится под максимальной нагрузкой, которая наилучшим образом отражает SOH батареи. Методы расчета SOC и SOH, используемые ведущими разработчиками датчиков Auto Battery, таких как Bosch и Hella, очень конфиденциальны и часто защищены патентами. Как владельцы интеллектуальной собственности, они часто работают в тесном сотрудничестве с производителями батарей, такими как Varta и Moll, для разработки этих алгоритмов. 
На рисунке 1 показаны дискретные цепи, обычно используемые для обнаружения батареи. Рисунок 1 Решение об обнаружении батареи. Эта цепь может быть разделена на три части: (1) Обнаружение аккумулятора Напряжение аккумулятора обнаруживается резистивным аттенуатором, поступившим непосредственно от положительного полюса аккумулятора. Чтобы обнаружить ток, поместите чувственный резистор (обычно 100 МОм для применения 12 В) между отрицательным полюсом аккумулятора и заземления. В этой конфигурации металлическое шасси транспортного средства обычно заземлено, а чувственное резистор устанавливается в текущем петле батареи. В других конфигурациях отрицательный полюс аккумулятора является заземленным. Для расчетов SOH также необходимо проверить температуру батареи. (2) Микроконтроллеры микроконтроллеры или MCU в основном выполняют две задачи. Первая задача состоит в том, чтобы обработать результат аналого-цифрового преобразователя (ADC). Это может быть так же просто, как выполнение только базовой фильтрации, или может быть сложным, например, вычисление SOC и SOHS. Фактическая функциональность зависит от мощности обработки MCU и потребностей производителя автомобиля. Вторая задача - отправить обработанные данные в ECU через интерфейс связи. (3) Интерфейс связи в настоящее время интерфейс локальной сети Interconnect (LIN) является наиболее часто используемым интерфейсом связи между датчиком батареи и ECU. LIN-это однострочная, недорогая альтернатива хорошо известному протоколу CAN. Это самая простая конфигурация для обнаружения батареи. Однако большинство алгоритмов обнаружения батареи требуют одновременной выборки напряжения батареи и тока или напряжения батареи, тока и температуры. Чтобы выполнить одновременную выборку, необходимо добавить не более двух аналого-цифровых преобразователей. Кроме того, ADC и MCU должны регулировать источник питания, чтобы правильно работать, что приводит к увеличению сложности цепи. Это было решено производителем трансивера LIN путем интеграции источника питания. Следующим шагом в тестировании Automotive Precision Battery является интеграция ADCS, MCU и LIN -приемопередатчиков, таких как ADUC703X семейства точных аналоговых микроконтроллеров ADUC703X. ADUC703X предлагает два или три 8 KSP, 16-битные Sigma-Delta ADCS, 20,48 МГц ARM7TDMI MCU и интегрированный приемопередатчик LIN v2.0. Серия ADUC703X интегрирует регулятор с низким объемом отсева на чипе и может работать непосредственно из свинцовой батареи. Чтобы соответствовать требованиям испытаний автомобильных аккумуляторов, передняя часть включает в себя следующие компоненты: аттенюатор напряжения для мониторинга напряжения батареи; Программируемый усилитель усиления, который при использовании с резистором 100 МОм поддерживает измерение полномасштабных токов до 1А до 1500А; И поддерживает подсчет кулонов без мониторинга программного обеспечения; и датчик температуры на чипе. 
На рисунке 2 показано решение с использованием этого интегрированного устройства. Рисунок 2 Пример решения с использованием интегрированного устройства несколько лет назад только высококачественные автомобили были оснащены датчиками батареи. В настоящее время все больше и больше средних и низких автомобилей устанавливаются с небольшими электронными устройствами, которые наблюдались только в моделях высокого класса десять лет назад. Следовательно, количество сбоев, вызванных свинцово-кислой батареями, увеличилось. В течение нескольких лет в каждом автомобиле установлены датчики батареи, что снижает риск увеличения сбоя электронных устройств.
