تقليل الأعطال الكهربائية في السيارات باستخدام تقنية الكشف والاستشعار الدقيقة لبطاريات الليثيوم

Tác giả ：Iflowpower – Добављач преносних електрана

كل خمس سيارات تفشل بسبب عطل في إحدى البطاريات. في السنوات القليلة القادمة، ومع تزايد شعبية تقنيات السيارات مثل ناقل الحركة الكهربائي وإدارة المحرك عند التشغيل/الإيقاف والمحرك الهجين (كهربائي/غاز)، ستصبح هذه المشكلة أكثر خطورة. من أجل تقليل الخطأ، يتم الكشف عن الجهد والتيار ودرجة حرارة البطارية بدقة، ويتم معالجة النتائج مسبقًا، واستخدام حالة الشحن وحالة التشغيل، ويتم إرسال النتائج إلى وحدة التحكم في المحرك (ECU)، ووظيفة التحكم في الشحن.

وُلدت السيارات الحديثة في أوائل القرن العشرين. تعتمد السيارة الأولى على التشغيل اليدوي، مع قوة كبيرة، وهناك مخاطر عالية، وقد تسبب هذا المقبض اليدوي للسيارة في الكثير من الوفيات. في عام 1902، تم تطوير أول محرك يعمل بالبطارية بنجاح.

بحلول عام 1920، تم تشغيل جميع السيارات. الاستخدام الأولي هو بطارية جافة. عندما يتم استنفاذ الطاقة الكهربائية، لا بد من استبدالها.

قريبا، تحل البطارية السائلة (أي بطارية الرصاص الحمضية القديمة) محل البطارية الجافة. ميزة بطارية الرصاص الحمضية هي أنه عندما يعمل المحرك، يمكن شحنها. في القرن الماضي، لم يكن هناك سوى القليل من التغيير في بطاريات الرصاص الحمضية، وكان التحسين المهم الأخير هو إغلاقها.

التغيير الحقيقي هو احتياجاته. في البداية، يتم استخدام البطارية فقط لبدء تشغيل السيارة والبوق وإمدادات الطاقة للمصباح. اليوم، يجب تشغيل كافة الأنظمة الكهربائية للسيارة قبل الإشعال.

إن الزيادة الكبيرة في الأجهزة الإلكترونية الجديدة لا تقتصر على أجهزة تحديد المواقع (GPS) ومشغلات أقراص الفيديو الرقمية (DVD) وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية. اليوم، أصبحت وحدة التحكم في المحرك (ECU)، ونافذة السيارة الكهربائية والمقعد الكهربائي، والجهاز الإلكتروني للجسم مثل المقعد الكهربائي، تكوينًا قياسيًا للعديد من النماذج الأساسية. لقد أثر الحمل الجديد على المستوى الأسّي بشكل خطير، والفشل الذي تسبب فيه النظام الكهربائي هو الدليل المتزايد.

وفقًا لإحصائيات ADAc وRAC، يمكن أن يُعزى ما يقرب من 36% من أعطال السيارات إلى الفشل الكهربائي. إذا تم تحليل الرقم، فمن الممكن أن نجد أن أكثر من 50% من الخطأ ناجم عن مكونات بطارية الرصاص الحمضية. يجب أن تعكس الميزتان الرئيسيتان أسفل البطارية صحة بطاريات الرصاص الحمضية: (1) حالة الشحن (SoC): تشير SOC إلى مقدار الشحن الذي يمكن توفيره، وتمثيل النسبة المئوية لسعة البطارية المقدرة (أي، حالة الشحن SOC الجديدة للبطارية).

(2) حالة التشغيل (SOH): تشير حالة التشغيل (SOH) إلى مقدار الشحنة التي يمكن تخزينها. يعتبر مؤشر حالة الشحن أفضل من مؤشر الوقود في البطارية. هناك طرق عديدة لحساب SOC، اثنتان منها: طريقة قياس جهد الدائرة المفتوحة وطريقة اختبار كولومب (المعروفة أيضًا باسم طريقة عد كولومب).

(1) طريقة قياس جهد الدائرة المفتوحة (VOC): العلاقة المكثفة بين جهد الدائرة المفتوحة وحالة الشحن أثناء عدم استخدام البطارية. تتضمن طريقة الحساب هذه حدين أساسيين: أولاً، من أجل حساب SOC، يجب أن تكون البطارية مفتوحة، بدون تحميل؛ والثاني هو أن هذا القياس لا يكون دقيقًا إلا بعد فترة استقرار كبيرة. تجعل هذه القيود طريقة VOC غير مناسبة لحساب SOC عبر الإنترنت.

تُستخدم هذه الطريقة عادةً في ورشة إصلاح السيارات، حيث يتم إزالة البطارية، ويمكن قياس الجهد بين القطبين الكهربائيين الموجب والسالب باستخدام جدول الجهد. (2) اختبار كولومب: تستخدم هذه الطريقة عدد كولومب لقياس التيار إلى نقاط زمنية، وبالتالي تحديد SOC. باستخدام هذه الطريقة، يمكن حساب SOC في الوقت الحقيقي، حتى لو كانت البطارية تحت ظروف التحميل.

ومع ذلك، فإن خطأ القياس الكولومبي سوف يتزايد مع مرور الوقت. يتم بشكل عام استخدام جهد الدائرة المفتوحة وحساب الكولومب بشكل شامل لحساب حالة شحن البطارية. تعكس حالة التشغيل الحالة العامة للبطارية، وقدرتها على تخزين الشحنة مقارنة بالبطاريات الجديدة.

بسبب طبيعة البطارية نفسها، فإن SOH معقد للغاية، ويعتمد على التركيب الكيميائي وبيئة البطارية. يتأثر SOH للبطارية بالعديد من العوامل، بما في ذلك قبول الشحن، والمعاوقة الداخلية، والجهد، والتفريغ الذاتي ودرجة الحرارة. وتعتبر هذه العوامل بشكل عام من الصعب قياسها في بيئات الوقت الحقيقي في بيئة السيارات.

في مرحلة بدء التشغيل (بدء تشغيل المحرك)، تكون البطارية تحت أكبر حمل، وفي هذا الوقت، فإن طرق حساب SOC وSOH المستخدمة بالفعل من قبل مطور مستشعر البطارية الرائد هي سرية للغاية، وغالبًا ما تكون حاصلة على براءة اختراع. يحمي. وباعتبارهم مالكي الملكية الفكرية، فإنهم عادة ما يعملون بشكل وثيق مع VARTA وMOLL لتطوير هذه الخوارزميات.

يوضح الشكل 1 الدائرة المنفصلة المستخدمة بشكل شائع للكشف عن البطارية. الشكل 1: حل منفصل لكشف البطارية يمكن تقسيم هذه الدائرة إلى ثلاثة أجزاء: (1) كشف البطارية: يتم الكشف عن جهد البطارية بواسطة مخفف مقاوم مباشرة من القطب الموجب للبطارية. للكشف عن التيار، يتم استخدام مقاومة الكشف (تطبيق 12 فولت بشكل عام في 100 متر)ω) بين سلبيات البطارية والأرض.

في هذا التكوين، يتم تركيب هيكل السيارة المعدني عمومًا، ويتم تثبيت مقاومة الكشف في الدائرة الحالية للبطارية. في التكوينات الأخرى، يكون القطب السالب للبطارية هو. بالنسبة لحسابات SOH، يجب عليك أيضًا اكتشاف درجة حرارة البطارية.

(2) المتحكم الدقيق: المتحكم الدقيق أو وحدة التحكم الدقيقة مهمان لإكمال مهمتين. المهمة الأولى هي معالجة نتيجة المحول التناظري (ADC). قد يكون هذا العمل بسيطًا، مثل التصفية الأساسية فقط؛ وقد يكون معقدًا، مثل حساب SOC وSOH.

تعتمد الوظيفة الفعلية على قدرات معالجة MCU واحتياجات مصنعي السيارات. المهمة الثانية هي إرسال العملية من خلال واجهة الاتصال إلى وحدة التحكم الإلكترونية. (3) واجهة الاتصال: حاليًا، تعد واجهة شبكة الربط المحلية (LIN) هي واجهة الاتصال الأكثر شيوعًا بين مستشعرات البطارية ووحدات التحكم الإلكترونية.

Lin هو بديل منخفض التكلفة من خط واحد لبروتوكول CAN المعروف على نطاق واسع. هذا هو أسهل تكوين لاكتشاف البطارية. ومع ذلك، تتطلب معظم خوارزميات الكشف الدقيق عن البطارية كل من جهد البطارية والتيار، أو جهد البطارية والتيار ودرجة الحرارة في نفس الوقت.

لكي تتمكن من إجراء أخذ عينات متزامن، يتعين عليك إضافة ما يصل إلى محولين من التناظرية إلى الرقمية. بالإضافة إلى ذلك، تقوم وحدات ADC وMCU بضبط مصدر الطاقة للعمل بشكل صحيح، مما يتسبب في تعقيد الدائرة الجديدة. لقد تم حل هذه المشكلة من قبل الشركة المصنعة لجهاز الإرسال والاستقبال Lin من خلال دمج مصدر الطاقة.

التطور القادم في الكشف الدقيق عن البطاريات في السيارات هو دمج ADC وMCU وأجهزة الإرسال والاستقبال Lin، مثل وحدة التحكم الدقيقة للمحاكاة الدقيقة AduC703X Series من ADU. يوفر AduC703X اثنين أو ثلاثة 8KSPs، و16 بت<000000>sigma;-Adc، وarm7TDMIMCU بسرعة 20.48 ميجاهرتز، وLinv2.0 متكامل.

0 جهاز إرسال واستقبال متوافق. تم دمج سلسلة ADUC703X مع منظم فرق الضغط المنخفض، والذي يمكن تشغيله مباشرة من بطارية الرصاص الحمضية. من أجل تلبية احتياجات الكشف عن بطارية السيارة، يتضمن الجزء الأمامي الجهاز التالي: مخفف الجهد لمراقبة جهد البطارية؛ ومضخم مكسب قابل للبرمجة، بمدى 100 مترωعند استخدام المقاومة معًا، تدعم التيار الكامل من 1 أمبير إلى 1500 أمبير؛ ومجمع، يدعم حساب الكولومب بدون مراقبة برمجية؛ ومستشعر درجة حرارة واحد.

يوضح الشكل 2 الحل لهذا الجهاز المتكامل. الشكل 2: حل للأجهزة المتكاملة. على سبيل المثال، قبل بضع سنوات، كانت السيارات الراقية فقط مجهزة بمستشعر البطارية. اليوم، أصبح هناك عدد متزايد من السيارات المتوسطة والمنخفضة المستوى لتثبيت الأجهزة الإلكترونية الصغيرة، ولم يكن من الممكن رؤيتها إلا في الموديلات الراقية قبل عشر سنوات.

وبالتالي، يتم إضافة عدد الأخطاء التي تسببها بطاريات الرصاص الحمضية بشكل مستمر. بعد مرور بضع سنوات، سيتم تركيب مستشعر البطارية في كل سيارة لتقليل خطر زيادة خطر الجهاز الإلكتروني.