Reducir las fallas eléctricas automotrices mediante el uso de tecnología de detección y detección de baterías de litio de precisión

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Por cada cinco coches que falla una de sus baterías. En los próximos años, con la creciente popularidad de las tecnologías automotrices como la transmisión eléctrica, la gestión del motor con arranque/apagado y los sistemas híbridos (electricidad/gas), este problema se volverá cada vez más grave. Para reducir la falla, se detectan con precisión el voltaje, la corriente y la temperatura de la batería, y los resultados se tratan previamente, se utilizan el estado de carga y el estado operativo, y los resultados se envían a la unidad de control del motor (ECU) y la función de control de carga.

Los automóviles modernos nacieron a principios del siglo XX. Los primeros automóviles dependían del arranque manual, con mucha fuerza, había un alto riesgo, y esta manivela del automóvil ha causado muchas muertes. En 1902 se desarrolló con éxito el primer motor arrancado por batería.

En el año 1920 todos los coches ya estaban en marcha. El uso inicial es una batería seca. Cuando la energía eléctrica se agota, hay que reponerla.

Pronto, la batería líquida (es decir, la antigua batería de plomo-ácido) reemplazará a la batería seca. La ventaja de la batería de plomo-ácido es que cuando el motor está en funcionamiento, se puede cargar. En el último siglo, ha habido pocos cambios en las baterías de plomo-ácido, y la última mejora importante es sellarlas.

El verdadero cambio es la necesidad del mismo. Al principio, la batería solo se utiliza para arrancar el coche, la bocina y alimentar la lámpara. Hoy en día, todos los sistemas eléctricos del automóvil deben recibir alimentación antes del encendido.

El auge de nuevos dispositivos electrónicos no se limita a GPS, reproductores de DVD y otros dispositivos electrónicos de consumo. Hoy en día, la unidad de control del motor (ECU), la ventanilla eléctrica y el asiento eléctrico, y los dispositivos electrónicos de la carrocería como el asiento eléctrico se han convertido en una configuración estándar de muchos modelos básicos. La nueva carga del nivel exponencial ha afectado seriamente, y los fallos provocados por el sistema eléctrico son cada vez más evidentes.

Según las estadísticas de ADAc y RAC, casi el 36% de todas las averías de los vehículos se pueden atribuir a fallos eléctricos. Si se analiza el número, se puede encontrar que más del 50% de las fallas son causadas por los componentes de la batería de plomo-ácido. Dos características clave debajo de la batería deben reflejar la salud de las baterías de plomo-ácido: (1) Estado de carga (SoC): SOC indica cuánta carga se puede suministrar, la capacidad nominal de la batería (es decir, la nueva batería SOC) y su representación porcentual.

(2) Estado de operación (SOH): SOH indica cuánta carga se puede almacenar. La indicación del estado de carga es mejor que el indicador de combustible de la batería. Hay muchas formas de calcular el SOC, dos de las cuales son: el método de medición de voltaje de circuito abierto y el ensayo de Coulomb (también conocido como método de conteo de Coulomb).

(1) Método de medición de voltaje de circuito abierto (VOC): Relación condensada entre el voltaje de circuito abierto y su estado de carga sin batería. Este método de cálculo tiene dos límites básicos: primero, para calcular el SOC, la batería debe estar abierta, sin carga; el segundo es que esta medición solo es precisa después de un período de estabilidad considerable. Estas limitaciones hacen que el método VOC no sea adecuado para el cálculo en línea del SOC.

Este método se utiliza normalmente en un taller de reparación de automóviles, donde se quita la batería y se puede medir el voltaje entre los polos eléctricos positivo y negativo con una tabla de voltaje. (2) Ensayo de Coulomb: este método utiliza el conteo de Coulomb para llevar la corriente a puntos de tiempo, determinando así el SOC. Utilizando este método, el SOC se puede calcular en tiempo real, incluso si la batería está bajo condiciones de carga.

Sin embargo, el error de la medición de Coulomb aumentará con el tiempo. En general, se utiliza de manera integral el voltaje de circuito abierto y el conteo de Coulomb para calcular el estado de carga de la batería. El estado operativo del estado de ejecución refleja el estado general de la batería y su capacidad para almacenar carga en comparación con las baterías nuevas.

Debido a la naturaleza de la batería en sí, el SOH es muy complicado y depende de la composición química y del entorno de la batería. El SOH de la batería se ve afectado por muchos factores, incluidos la aceptación de carga, la impedancia interna, el voltaje, la autodescarga y la temperatura. Estos factores generalmente se consideran difíciles de medir en entornos de tiempo real en el entorno automotriz.

En la fase de arranque (arranque del motor), la batería está bajo la mayor carga; en este momento, los métodos de cálculo de SOC y SOH utilizados realmente por los desarrolladores de sensores de batería de plomo utilizados realmente por los principales desarrolladores de sensores de batería de automóviles son altamente confidenciales y, a menudo, están patentados. Proteger. Como propietarios de la propiedad intelectual, normalmente trabajan en estrecha colaboración con VARTA y MOLL para desarrollar estos algoritmos.

La figura 1 muestra el circuito discreto comúnmente utilizado para la detección de batería. Figura 1: Solución de detección de batería separada Este circuito se puede dividir en tres partes: (1) detección de batería: el voltaje de la batería se detecta mediante un atenuador resistivo directamente desde el electrodo positivo de la batería. Para detectar la corriente, se utiliza una resistencia de detección (la aplicación de 12 V se utiliza generalmente en 100 M)ω) Entre los negativos de la batería y tierra.

En esta configuración, el chasis del automóvil generalmente es de metal y la resistencia de detección está montada en el circuito de corriente de la batería. En otras configuraciones, el electrodo negativo de la batería es. Acerca de los cálculos de SOH, también debes detectar la temperatura de la batería.

(2) Microcontrolador: El microcontrolador o MCU es importante para completar dos tareas. La primera tarea es procesar el resultado del convertidor analógico (ADC). Este trabajo puede ser simple, como solo un filtrado básico; puede ser complejo, como calcular SOC y SOH.

La función real depende de las capacidades de procesamiento de la MCU y de las necesidades de los fabricantes de automóviles. La segunda tarea es enviar el proceso a través de la interfaz de comunicación a la ECU. (3) Interfaz de comunicación: actualmente, la interfaz de red de interconexión local (LIN) es la interfaz de comunicación más común entre los sensores de batería y las ECU.

Lin es una alternativa de línea única y de bajo costo a un protocolo CAN ampliamente conocido. Esta es la configuración más sencilla de detección de batería. Sin embargo, la mayoría de los algoritmos de detección de batería de precisión requieren tanto voltaje como corriente de la batería, o voltaje, corriente y temperatura de la batería simultáneamente.

Para realizar un muestreo sincrónico, es necesario agregar hasta dos convertidores analógico-digitales. Además, el ADC y los MCU ajustan la fuente de alimentación para que funcione correctamente, lo que genera una nueva complejidad en el circuito. El fabricante del transceptor Lin ha resuelto este problema integrando la fuente de alimentación.

El próximo desarrollo en detección de baterías de precisión para automóviles son los transceptores ADC, MCU y Lin integrados, como el microcontrolador de simulación de precisión serie AduC703X de ADU. AduC703X suministra dos o tres 8KSP, sigma-Adc de 16 bits, una arm7TDMIMCU de 20,48 MHz y un Linv2 integrado.

0 transceptor compatible. La serie ADUC703X está integrada con un ajustador de diferencia de baja presión, que puede alimentarse directamente desde la batería de plomo-ácido. Para satisfacer las necesidades de detección de baterías de automóviles, el front-end incluye el siguiente dispositivo: un atenuador de voltaje para monitorear el voltaje de la batería; un amplificador de ganancia programable, con 100 mωAl utilizar la resistencia en conjunto, se admite la corriente de escala completa de 1 A a 1500 A; un acumulador, admite el conteo de culombios sin monitoreo de software y un solo sensor de temperatura.

La figura 2 muestra una solución para este dispositivo integrado. Figura 2: Solución para dispositivos integrados Un ejemplo de hace unos años, sólo los coches de gama alta estaban equipados con un sensor de batería. Hoy en día, cada vez hay más coches de gama media y baja en los que se pueden instalar pequeños dispositivos electrónicos, algo que hace diez años solo se veía en modelos de gama alta.

Por lo tanto, el número de averías provocadas por las baterías de plomo-ácido aumenta continuamente. Después de unos años, cada automóvil instalará el sensor de batería para reducir el riesgo de aumentar el riesgo del dispositivo electrónico.