Reduzieren Sie elektrische Ausfälle in Ihrem Auto durch den Einsatz präziser Lithiumbatterie-Erkennungs- und Sensortechnologie

著者：Iflowpower – Olupese Ibusọ Agbara to ṣee gbe

Bei jedem fünften Autoausfall ist eine der Batterien defekt. In den nächsten Jahren wird dieses Problem mit der zunehmenden Popularität von Automobiltechnologien wie Elektroantrieb, Start-/Flammenabschaltungs-Motormanagement und Hybrid (Strom/Gas) immer ernster werden. Um den Fehler zu reduzieren, werden Spannung, Strom und Temperatur der Batterie genau erfasst, die Ergebnisse vorverarbeitet, der Ladezustand und der Betriebszustand verwendet und die Ergebnisse an die Motorsteuereinheit (ECU) und die Steuerladefunktion gesendet.

Moderne Autos entstanden im frühen 20. Jahrhundert. Das erste Auto muss manuell gestartet werden, erfordert großen Kraftaufwand und stellt ein hohes Risiko dar. Das Ankurbeln von Autos mit der Hand hat schon viele Todesfälle verursacht. Im Jahr 1902 gelang die Entwicklung des ersten batteriebetriebenen Motors.

Bis 1920 waren alle Wagen in Betrieb. Bei der Erstverwendung handelt es sich um eine Trockenbatterie. Wenn die elektrische Energie erschöpft ist, muss sie ersetzt werden.

Bald ersetzt die Flüssigbatterie (also die alte Blei-Säure-Batterie) die Trockenbatterie. Der Vorteil der Blei-Säure-Batterie besteht darin, dass sie während des Motorbetriebs aufgeladen werden kann. Im letzten Jahrhundert gab es bei Blei-Säure-Batterien kaum Veränderungen und die letzte wichtige Verbesserung ist die Versiegelung.

Wahre Veränderung ist die Notwendigkeit dafür. Zunächst dient die Batterie lediglich zum Starten des Autos, für die Hupe und zur Stromversorgung der Lampe. Heutzutage müssen alle elektrischen Systeme des Autos vor der Zündung mit Strom versorgt werden.

Bei der Flut neuer elektronischer Geräte geht es nicht nur um GPS- und DVD-Player und andere elektronische Verbrauchergeräte. Heutzutage gehören die Motorsteuereinheit (ECU), elektrische Fensterheber und elektrische Sitze sowie elektronische Geräte in der Karosserie, wie beispielsweise elektrische Sitze, zur Standardausstattung vieler Basismodelle. Die neue Belastung mit exponentiellem Ausmaß hat schwerwiegende Auswirkungen, und die durch das elektrische System verursachten Ausfälle werden immer deutlicher.

Laut der Statistik des ADAc und RAC sind fast 36 % aller Autopannen auf elektrische Fehler zurückzuführen. Bei einer Analyse der Zahlen stellt man fest, dass über 50 % der Fehler auf die Komponenten der Blei-Säure-Batterie zurückzuführen sind. Zwei wichtige Funktionen unten auf der Batterie sollten den Zustand der Blei-Säure-Batterien widerspiegeln: (1) Ladezustand (SoC): SOC gibt an, wie viel Ladung geliefert werden kann, die Nennkapazität der Batterie (d. h. der SOC der neuen Batterie) in Prozent.

(2) Betriebsstatus (SOH): SOH gibt an, wie viel Ladung gespeichert werden kann. Die Ladezustandsanzeige ist besser als die Tankanzeige der Batterie. Es gibt viele Möglichkeiten, den SOC zu berechnen, darunter zwei: die Leerlaufspannungsmessverfahren und den Coulomb-Test (auch als Coulomb-Zählverfahren bekannt).

(1) Messmethode für die Leerlaufspannung (VOC): Verdichtete Beziehung zwischen Leerlaufspannung und Ladezustand der Batterie im Leerlauf. Diese Berechnungsmethode unterliegt zwei grundsätzlichen Beschränkungen: Erstens muss die Batterie zur Berechnung des SOC geöffnet sein, d. h. ohne Belastung. Zweitens ist diese Messung erst nach einer beträchtlichen Stabilitätsphase genau. Aufgrund dieser Einschränkungen ist die VOC-Methode für die Online-Berechnung des SOC nicht geeignet.

Diese Methode wird üblicherweise in Autowerkstätten verwendet. Dabei wird die Batterie ausgebaut und die Spannung zwischen dem positiven und negativen Pol mithilfe einer Spannungstabelle gemessen. (2) Coulomb-Test: Bei dieser Methode wird der Strom zu bestimmten Zeitpunkten mithilfe der Coulomb-Zählung gemessen und so der SOC bestimmt. Mit dieser Methode kann der SOC in Echtzeit berechnet werden, auch wenn die Batterie unter Lastbedingungen steht.

Allerdings wird der Fehler der Coulomb-Messung mit der Zeit größer. Dabei wird im Allgemeinen umfassend die Leerlaufspannung und die Coulomb-Zählung verwendet, um den Ladezustand der Batterie zu berechnen. Der Betriebsstatus des laufenden Akkus spiegelt den allgemeinen Zustand der Batterie und ihre Fähigkeit zur Ladungsspeicherung im Vergleich zu neuen Akkus wider.

Aufgrund der Beschaffenheit der Batterie selbst ist der SOH-Test sehr kompliziert und hängt von der chemischen Zusammensetzung und der Umgebung der Batterie ab. Der SOH der Batterie wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Ladeakzeptanz, Innenimpedanz, Spannung, Selbstentladung und Temperatur. Im Automobilbereich wird allgemein angenommen, dass diese Faktoren in Echtzeitumgebungen schwer zu messen sind.

In der Startphase (Motorstart) wird die Batterie am stärksten belastet. Die von führenden Entwicklern von Batteriesensoren für Kraftfahrzeuge verwendeten SOC- und SOH-Berechnungsmethoden sind streng vertraulich und häufig patentiert. Schützen. Als Inhaber des geistigen Eigentums arbeiten sie bei der Entwicklung dieser Algorithmen in der Regel eng mit VARTA und MOLL zusammen.

Abbildung 1 zeigt die üblicherweise verwendete diskrete Schaltung zur Batterieerkennung. Abbildung 1: Separate Lösung zur Batterieerkennung. Diese Schaltung kann in drei Teile unterteilt werden: (1) Batterieerkennung: Die Batteriespannung wird durch einen Widerstandsdämpfer direkt von der positiven Batterieelektrode erkannt. Zur Stromerkennung wird ein Erkennungswiderstand (12V-Anwendung wird im Allgemeinen in 100M verwendetω) Zwischen Batterieminuspol und Masse.

Bei dieser Konfiguration handelt es sich im Allgemeinen um das Metallchassis des Autos und den Erkennungswiderstand, der im Stromkreis der Batterie montiert ist. In anderen Konfigurationen ist dies die negative Elektrode der Batterie. Bei der SOH-Berechnung müssen Sie auch die Temperatur der Batterie ermitteln.

(2) Mikrocontroller: Mikrocontroller oder MCU sind wichtige Erfüllungskomponenten für zwei Aufgaben. Die erste Aufgabe besteht darin, das Ergebnis des Analogkonverters (ADC) zu verarbeiten. Diese Arbeit kann einfach sein, wie etwa nur eine grundlegende Filterung, oder sie kann komplex sein, wie etwa die Berechnung von SOC und SOH.

Die tatsächliche Funktion hängt von den Verarbeitungskapazitäten der MCU und den Anforderungen der Automobilhersteller ab. Die zweite Aufgabe besteht darin, den Prozess über die Kommunikationsschnittstelle an die ECU zu senden. (3) Kommunikationsschnittstelle: Die derzeit am häufigsten verwendete Kommunikationsschnittstelle zwischen Batteriesensoren und Steuergeräten ist die LIN-Schnittstelle (Local Interconnect Network).

Lin ist eine kostengünstige Alternative mit einer einzigen Leitung zu einem weithin bekannten CAN-Protokoll. Dies ist die einfachste Konfiguration der Batterieerkennung. Die meisten präzisen Algorithmen zur Batterieerkennung erfordern jedoch sowohl Batteriespannung als auch -strom oder Batteriespannung, -strom und -temperatur gleichzeitig.

Um eine synchrone Abtastung zu erreichen, müssen Sie bis zu zwei Analog-Digital-Wandler hinzufügen. Darüber hinaus passen ADC und MCUs die Stromversorgung an, damit sie richtig funktioniert, was zu einer neuen Komplexität der Schaltung führt. Dieses Problem hat der Hersteller des Lin-Transceivers durch die Integration der Stromversorgung gelöst.

Die nächste Entwicklung im Bereich der präzisen Batterieerkennung in Kraftfahrzeugen sind integrierte ADC-, MCU- und Lin-Transceiver, wie etwa der Präzisionssimulations-Mikrocontroller der Serie AduC703X von ADU. AduC703X liefert zwei oder drei 8KSPs, 16-Bit<000000>Sigma;-Adc, eine 20,48 MHzarm7TDMIMCU und ein integriertes Linv2.

0-kompatibler Transceiver. Die ADUC703X-Serie ist mit einem Niederdruckdifferenzregler ausgestattet, der direkt von der Blei-Säure-Batterie mit Strom versorgt werden kann. Um den Anforderungen der Fahrzeugbatterieerkennung gerecht zu werden, enthält das Frontend das folgende Gerät: einen Spannungsdämpfer zur Überwachung der Batteriespannung; einen programmierbaren Verstärkungsverstärker mit 100mωBei gemeinsamer Verwendung des Widerstands wird der Vollstrom von 1 A bis 1500 A unterstützt; ein Akkumulator unterstützt die Coulomb-Zählung ohne Softwareüberwachung; und ein einzelner Temperatursensor.

Abbildung 2 zeigt eine Lösung für dieses integrierte Gerät. Abbildung 2: Lösung für integrierte Geräte. Ein Beispiel: Vor einigen Jahren waren nur Autos der Oberklasse mit einem Batteriesensor ausgestattet. Heute gibt es in immer mehr Mittel- und Unterklasseautos den Einbau kleiner elektronischer Geräte, was vor zehn Jahren nur bei Oberklassemodellen der Fall war.

Die Zahl der durch Blei-Säure-Batterien verursachten Störungen nimmt daher kontinuierlich zu. Nach einigen Jahren wird in jedem Auto ein Batteriesensor eingebaut, um das Risiko einer Erhöhung der Gefährdung durch das elektronische Gerät zu verringern.