자동차 배터리의 수명과 안정성을 연장하려면 어떻게 해야 하나요?

作者：Iflowpower – Kaasaskantava elektrijaama tarnija

자동차 5대 중 1대는 배터리 고장이다. 미래에는 전기 변속 장치, 엔진 시동/정지 관리, 하이브리드(전기/가스) 등 자동차 기술이 대중화됨에 따라 이 문제는 점점 더 심각해질 것입니다. 자동차 배터리의 수명과 신뢰성을 연장하는 방법? 자동차 고장 5건 중 1건은 배터리로 인해 발생했습니다.

미래에는 전기 변속 장치, 엔진 시동/정지 관리, 하이브리드(전기/가스) 등 자동차 기술이 대중화됨에 따라 이 문제는 점점 더 심각해질 것입니다. 고장을 줄이기 위해 배터리의 전압, 전류, 온도를 정확하게 테스트하고, 그 결과를 미리 해결하고, 충전 상태와 작동 상태를 계산하여 그 결과를 엔진 제어 장치(ECU)로 전송하고, 충전 기능을 제어합니다. 현대 자동차는 20세기 초에 탄생했습니다.

첫 번째 자동차는 수동으로 시동을 겁니다. 매우 강력하고 위험성이 높으며, 자동차의 손잡이 크랭크로 인해 많은 사망자가 발생했습니다. 1902년에 최초로 배터리로 시동되는 모터가 성공적으로 개발되었습니다.

1920년에는 모든 자동차가 시동을 걸었습니다. 처음에는 건전지를 사용합니다. 전기 에너지는 고갈되면 대체되지 않습니다.

곧, 액체 배터리(즉, 오래된 납산 배터리)가 건전지를 대체하게 될 것입니다. 납산 배터리의 장점은 엔진이 작동 중일 때 중간 전압에서 충전할 수 있다는 것입니다. 지난 세기 동안 납산 배터리에는 거의 변화가 없었으며, 마지막으로 중요한 개선 사항은 밀봉입니다.

진정한 변화는 그것의 필요성입니다. 처음에는 배터리는 자동차를 시동하고, 경적을 울리고, 램프에 전원을 공급하는 데만 사용되었습니다. 오늘날 자동차의 모든 전기 시스템은 점화 전에 전원을 켜야 합니다.

새로운 전자 기기의 급증은 GPS, DVD 플레이어, 기타 소비자용 전자 기기에만 국한되지 않습니다. 오늘날, 엔진 제어 장치(ECU), 전기 자동차 창문 및 전기 시트, 전기 시트와 같은 차체 전자 장치는 많은 기본 모델의 표준 구성이 되었습니다. 지수적 수준의 새로운 부하가 심각하게 발생했으며, 전기 시스템으로 인한 고장이 점점 더 그 증거가 되고 있습니다.

ADAC와 RAC 통계에 따르면, 자동차 고장의 약 36%가 전기 고장으로 인해 발생합니다. 숫자를 분해해 보면, 50% 이상이 납산 배터리 구성 요소에 의한 것임을 알 수 있습니다. 배터리 상태 평가 다음과 같은 주요 특성은 납산 배터리의 상태를 반영할 수 있습니다. (1) 충전 상태(SOC): SOC는 공급할 수 있는 충전량, 배터리 정격 용량(즉,

예: 새 배터리의 SOC(충전가능용량) 백분율 표현. (2) 동작상태(SOH) : SOH는 얼마나 많은 전하를 저장할 수 있는지를 나타낸다.

충전 상태 표시는 배터리 연료계보다 더 좋습니다. SOC를 계산하는 방법은 여러 가지가 있는데, 그 중 두 가지 방법이 있습니다. 개방 회로 전압 측정 방법과 쿨롱 분석(쿨롱 계산이라고도 함)입니다. (1) 개방전압(VOC) 측정방법 : 배터리가 없는 상태에서 개방전압과 그 충전상태와의 축약관계이다.

이 계산 방법에는 두 가지 기본적인 한계가 있습니다. 하나는 SOC를 계산하는 것이고, 배터리가 개방되지 않았고, 부하가 연결되지 않았다는 것입니다. 둘째, 이 측정은 상당한 안정성이 확보된 후에야 정확합니다. 이러한 한계로 인해 VOC 접근 방식은 온라인 계산 SOC를 계산하는 데 사용됩니다. 이 방법은 일반적으로 자동차 수리점에서 사용되는데, 배터리를 제거하여 양극과 음극 전기 전극 사이의 전압을 측정할 수 있습니다.

(2) 쿨롱 분석: 이 방법은 쿨롱 카운트를 사용하여 전류를 시간 지점으로 측정하고 이를 통해 SOC를 결정합니다. 이런 접근 방식을 사용하면 배터리에 부하가 걸려 있어도 실시간으로 SOC를 계산할 수 있습니다. 그러나 쿨롱 측정의 오차는 시간이 지날수록 커질 것입니다.

일반적으로 개방 회로 전압과 쿨롱 계수를 종합적으로 사용하여 배터리의 충전 상태를 계산합니다. 작동 상태는 배터리의 전반적인 상태를 반영하며, 새 배터리와 비교했을 때 전하를 저장하는 능력을 나타냅니다. 배터리 자체의 특성으로 인해 SOH 컴퓨팅은 배터리의 화학적 구성과 환경에 따라 매우 복잡합니다.

배터리의 SOH는 충전 수용, 내부 임피던스, 전압, 자가 방전, 온도를 포함한 여러 요인의 영향을 받습니다. 이러한 요소들은 일반적으로 자동차 환경에서는 실시간 환경에서 측정하기 어려운 것으로 간주됩니다. 시동 단계(엔진 시동)에서 배터리는 최대 부하 상태이며, 이때 배터리의 SOH가 가장 크게 반영됩니다.

보쉬, 헬라 등 선도적인 자동차 배터리 센서 개발업체에서 실제로 사용하는 SOC 및 SOH 계산은 매우 기밀이며 종종 특허로 보호됩니다. 그들은 지적 재산권의 소유자로서 보통 VARTA와 MOLL과 긴밀히 협력하여 이러한 알고리즘을 개발합니다.

이 회로는 세 부분으로 나눌 수 있습니다. (1) 배터리 테스트 배터리 전압은 배터리 양극에서 직접 분리된 저항성 감쇠기를 테스트합니다. 시험 전류의 경우, 음극과 접지 사이에 시험 저항(일반적으로 12V, 100M 사용)을 넣습니다. 이 구성에서는 자동차의 금속 섀시가 일반적으로 사용되고, 테스트 저항기는 배터리의 전류 회로에 설치됩니다.

다른 구성에서는 배터리의 음극은 다음과 같습니다. SOH 계산에 관한 것이지 배터리 온도를 테스트하는 것은 아닙니다. (2) 마이크로컨트롤러 마이크로컨트롤러 또는 MCU는 두 가지 작업을 완료하는 중요한 역할을 합니다.

첫 번째 과제는 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 결과를 해결하는 것입니다. 이 작업은 기본 필터링과 같이 간단할 수도 있지만, SOC 및 SOH를 계산하는 것과 같이 복잡할 수도 있습니다. 실제 기능은 MCU의 해상도와 자동차 제조업체의 요구 사항에 따라 달라집니다.

두 번째 작업은 해결된 데이터를 통신 인터페이스를 통해 ECU로 전송하는 것입니다. (3) 통신 인터페이스 현재 배터리 센서와 ECU 간의 가장 보편적인 통신 인터페이스는 로컬 상호 연결 네트워크(Lin) 인터페이스이다. LIN은 널리 알려진 CAN 프로토콜을 대체하는 단일 회선의 저렴한 대안입니다.

이것은 배터리 테스트의 가장 간단한 구성입니다. 그러나 대부분의 정밀 배터리 테스트 알고리즘에는 배터리 전압과 전류, 또는 배터리 전압, 전류, 온도가 모두 필요합니다. 동기 샘플링을 하려면 최대 두 개의 아날로그-디지털 변환기를 추가해야 합니다.

또한 ADC와 MCU가 전원 공급 장치를 올바르게 작동하도록 조정해야 하므로 새로운 회로가 복잡해집니다. 이는 LIN 트랜시버 제조업체가 전원 공급 장치를 통합하여 처리했습니다. 자동차 정밀 배터리 테스트의 차세대 개발에는 ADI의 AduC703X 시리즈 정밀 시뮬레이션 마이크로컨트롤러와 같은 ADC, MCU 및 LIN 트랜시버가 통합되어 있습니다.

AduC703X는 2개 또는 3개의 8kSP, 16비트 (시그마) - (델타) ADC, 20.48MHzarm7TDMIMCU 및 통합 Linv2.0 호환 트랜시버를 제공합니다.

ADUC703X 시리즈에는 납산 배터리에서 전원을 공급할 수 있는 저압차 조절 장치가 통합되어 있습니다. 자동차 배터리 테스트의 요구 사항을 충족하기 위해 프런트 엔드에는 다음과 같은 장치가 포함됩니다. 배터리 전압을 모니터링하기 위한 전압 감쇠기), 100m 저항과 함께 사용되는 경우 프로그래밍 가능 이득 증폭기는 1500A 이하에서 1A의 전체 전류를 지원합니다), 누적(소프트웨어 모니터링 없이 쿨롱 카운트 지원) 및 단일 온도 센서. 몇 년 전까지만 해도 배터리 센서는 고급 차량에만 장착되었습니다.

요즘은 중저가형 차량에도 소형 전자장치가 장착되는 경우가 점점 늘어나고 있으며, 10년 전만 해도 고급형 차량에서만 볼 수 있었습니다. 따라서 납산 배터리로 인해 발생하는 고장의 수는 끊임없이 늘어나고 있습니다. 몇 년 후에는 각 자동차에 배터리 센서가 설치되면서 고장 위험이 커지는 위험을 줄일 수 있습니다.