高精度リチウム電池検出・検知技術を使用して自動車の電気的故障を削減

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Προμηθευτής φορητών σταθμών παραγωγής ενέργειας

車の故障は5台に1台の割合でバッテリーが故障します。 今後数年間、電動トランスミッション、エンジン始動/フレームアウト管理、ハイブリッド（電気/ガス）などの自動車技術の普及に伴い、この問題はますます深刻化するでしょう。 故障を減らすために、バッテリーの電圧、電流、温度を正確に検出し、その結果を前処理し、充電状態と動作状態を使用して、結果をエンジン制御ユニット（ECU）に送信し、充電機能を制御します。

現代の自動車は20世紀初頭に誕生しました。 最初の自動車は手動始動に頼っており、大きな力で大きなリスクを伴い、この自動車の手動クランクによって多くの死者が出ています。 1902年に、最初の電池式モーターの開発に成功しました。

1920年までに、すべての車が始動しました。 初期使用は乾電池です。 電気エネルギーが消耗したら、補充しなければなりません。

やがて、液体電池（つまり、古い鉛蓄電池）が乾電池に取って代わります。 鉛蓄電池の利点は、エンジンが作動しているときに充電できることです。 過去 1 世紀にわたって、鉛蓄電池にはほとんど変化がなく、最後の重要な改良点は密閉化です。

本当の変化とは、変化の必要性です。 当初、バッテリーは車の始動、ホーン、ランプの電源にのみ使用されます。 現在、車のすべての電気システムは点火前に電源を入れる必要があります。

新しい電子機器の急増は、GPS や DVD プレーヤーなどの消費者向け電子機器だけではありません。 現在では、エンジンコントロールユニット（ECU）、電動車窓や電動シート、電動シートなどの車体電子機器は、多くの基本モデルの標準構成となっている。 指数関数的なレベルの新たな負荷が深刻な影響を与えており、電気系統に起因する障害の証拠が増えています。

ADAc と RAC の統計によると、自動車の故障全体の約 36% は電気系統の故障に起因しています。 数値を分析すると、故障の50％以上が鉛蓄電池の構成部品に起因していることがわかります。 バッテリーの下にある 2 つの重要な機能は、鉛蓄電池の状態を反映する必要があります。(1) 充電状態 (SoC): SOC は、供給できる充電量を示し、バッテリーの定格容量 (つまり、新しいバッテリーの SOC SOC) をパーセンテージで表します。

（２）動作状態（SOH）：SOHはどれだけの電荷を蓄えられるかを示します。 充電状態の充電ステータス表示は、バッテリーの燃料ゲージよりも優れています。 SOC を計算する方法は多数ありますが、そのうちの 2 つは、開回路電圧測定法とクーロンアッセイ (クーロンカウント法とも呼ばれます) です。

（１）開放電圧（VOC）測定方法：バッテリーが空の状態での開放電圧と充電状態の関係を凝縮したもの。 この計算方法には 2 つの基本的な制限があります。1 つ目は、SOC を計算するには、バッテリーが開いていて負荷がない必要があることです。2 つ目は、この測定が正確になるのは、かなりの安定期間が経過した後のみです。 これらの制限により、VOC 法は SOC のオンライン計算には適していません。

この方法は通常、自動車修理工場で使用され、バッテリーを取り外し、電圧表を使用して正極と負極の間の電圧を測定します。 （２）クーロンアッセイ：この方法では、クーロンカウントを使用して電流を時間点まで測定し、SOCを決定します。 この方法を使用すると、バッテリーが負荷状態にある場合でも、SOC をリアルタイムで計算できます。

ただし、クーロン測定の誤差は時間の経過とともに増加します。 一般的には、開放電圧とクーロンカウントを総合的に使用して、バッテリーの充電状態を計算します。 実行状態の動作ステータスは、バッテリーの一般的な状態と、新しいバッテリーと比較した電荷を蓄える能力を反映します。

バッテリー自体の性質上、SOH はバッテリーの化学組成や環境に応じて非常に複雑になります。 バッテリーの SOH は、充電許容度、内部インピーダンス、電圧、自己放電、温度など、多くの要因の影響を受けます。 これらの要因は、一般的に自動車環境におけるリアルタイム環境で測定することが難しいと考えられています。

始動段階（エンジン始動）では、バッテリーに最も大きな負荷がかかります。このとき、大手自動車用バッテリーセンサー開発者が実際に使用している SOC と SOH の計算方法は機密性が高く、特許を取得していることが多いです。 守る。 知的財産の所有者として、彼らは通常、VARTA および MOLL と緊密に協力してこれらのアルゴリズムを開発します。

図 1 は、バッテリー検出に一般的に使用されるディスクリート回路を示しています。 図1：個別のバッテリー検出ソリューション この回路は3つの部分に分けられます：（1）バッテリー検出：バッテリー電圧は、抵抗減衰器によってバッテリーの正極から直接検出されます。 電流を検出するために、検出抵抗器（100Mでは12Vアプリケーションが一般的に使用されます）ω) バッテリーのマイナスとアースの間。

この構成では、一般的に自動車の金属シャーシであり、検出抵抗はバッテリーの電流回路に取り付けられます。 他の構成では、バッテリーの負極は、 SOH 計算については、バッテリーの温度も検出する必要があります。

（２）マイクロコントローラ：マイクロコントローラまたはMCUは、２つの重要なタスクを完了します。 最初のタスクは、アナログ コンバータ (ADC) の結果を処理することです。 この作業は、基本的なフィルタリングのみなどの単純なものから、SOC や SOH の計算などの複雑なものまでさまざまです。

実際の機能は、MCU の処理能力と自動車メーカーのニーズによって異なります。 2 番目のタスクは、プロセスを通信インターフェースを介して ECU に送信することです。 （３）通信インターフェース：現在、バッテリーセンサーとECU間の最も一般的な通信インターフェースは、ローカル相互接続ネットワーク（LIN）インターフェースです。

Lin は、広く知られている CAN プロトコルの単一ラインの低コストの代替品です。 これはバッテリー検出の最も簡単な構成です。 ただし、ほとんどの高精度バッテリー検出アルゴリズムでは、バッテリーの電圧と電流の両方、またはバッテリーの電圧、電流、温度を同時に必要とします。

同期サンプリングを行うには、最大 2 つのアナログ - デジタル コンバーターを追加する必要があります。 さらに、ADC と MCU は正しく動作するように電源を調整するため、新たな回路の複雑さが生じます。 この問題は、Lin トランシーバーの製造元が電源を統合することで解決されました。

自動車の高精度バッテリー検出の次の開発は、ADU の AduC703X シリーズ高精度シミュレーション マイクロコントローラなどの統合 ADC、MCU、Lin トランシーバーです。 AduC703X は、2 つまたは 3 つの 8KSP、16 ビット <000000> シグマ ADC、20.48 MHz arm7TDMIMCU、および統合 Linv2 を提供します。

0互換トランシーバー。 ADUC703X シリーズには、鉛蓄電池から直接電力を供給できる低圧差調整装置が統合されています。 自動車のバッテリー検出のニーズを満たすために、フロントエンドには次のデバイスが含まれています：バッテリー電圧を監視するための電圧減衰器、100mのプログラマブルゲインアンプω抵抗器を併用すると、1A ～ 1500A のフルスケール電流、アキュムレータ、ソフトウェア監視なしのクーロンカウント、および単一の温度センサーをサポートします。

図 2 は、この統合デバイスのソリューションを示しています。 図 2: 統合デバイスへのソリューション 数年前の例では、高級車にのみバッテリー センサーが搭載されていました。 現在では、小型電子機器を搭載する中低価格帯の車が増えており、10年前は高級モデルにしか見られなかった。

そのため、鉛蓄電池によって引き起こされる故障の数は継続的に増加しています。 数年後には、電子機器のリスク増大を防ぐため、各車にバッテリーセンサーが搭載されるようになるだろう。