Сокращение отказов электрооборудования автомобиля за счет использования точной технологии обнаружения и измерения литиевых батарей

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Onye na-ebubata ọdụ ọkụ nwere ike ibugharị

Каждая пятая поломка автомобиля — это выход из строя аккумуляторной батареи. В ближайшие несколько лет, с ростом популярности таких автомобильных технологий, как электрическая трансмиссия, система управления запуском/остановкой двигателя и гибридные (электричество/газ), эта проблема станет все более серьезной. Для снижения вероятности возникновения неисправностей напряжение, ток и температура аккумулятора точно определяются, результаты предварительно обрабатываются, используются состояние заряда и рабочее состояние, а результаты отправляются в блок управления двигателем (ЭБУ) и функцию управления зарядкой.

Современные автомобили появились в начале 20 века. Первые автомобили запускались вручную, с большой силой, существовал высокий риск, и этот ручной запуск автомобиля стал причиной множества смертей. В 1902 году был успешно разработан первый двигатель с аккумуляторным пуском.

К 1920 году все автомобили были запущены. Первоначальное использование — сухая батарея. Когда электрическая энергия исчерпывается, ее необходимо заменить.

Вскоре на смену сухим аккумуляторам приходит жидкий аккумулятор (то есть старый свинцово-кислотный аккумулятор). Преимущество свинцово-кислотного аккумулятора в том, что при работающем двигателе он может заряжаться. За последнее столетие свинцово-кислотные аккумуляторы мало изменились, и последним важным усовершенствованием стала их герметизация.

Истинные изменения — это его потребность. Сначала аккумулятор используется только для запуска автомобиля, подачи звукового сигнала и питания фары. Сегодня все электрические системы автомобиля должны быть запитаны до зажигания.

Всплеск новых электронных устройств — это не только GPS-навигаторы, DVD-плееры и другие потребительские электронные устройства. Сегодня блок управления двигателем (ЭБУ), электростеклоподъемники и электросиденья автомобилей, а также электронные устройства кузова, такие как электросиденья, стали стандартной конфигурацией многих базовых моделей. Новая нагрузка экспоненциального уровня оказала серьезное влияние, и отказ, вызванный электрической системой, становится все более очевидным.

По статистике ADAc и RAC, почти 36% всех неисправностей автомобилей приходится на электрические неисправности. Если проанализировать цифры, то можно обнаружить, что более 50% неисправностей вызваны компонентами свинцово-кислотного аккумулятора. Две ключевые характеристики, указанные ниже, должны отражать состояние свинцово-кислотных аккумуляторов: (1) Состояние заряда (SoC): SOC показывает, сколько заряда может быть подано, номинальная емкость аккумулятора (т. е. SOC нового аккумулятора) в процентах.

(2) Состояние работы (SOH): SOH показывает, сколько заряда может храниться. Индикация состояния заряда точнее, чем указатель уровня заряда аккумулятора. Существует много способов расчета SOC, два из которых: метод измерения напряжения разомкнутой цепи и метод кулоновского подсчета (также известный как метод подсчета кулоновских зарядов).

(1) Метод измерения напряжения разомкнутой цепи (VOC): сжатое соотношение между напряжением разомкнутой цепи и ее состоянием заряда при отсутствии батареи. Этот метод расчета имеет два основных ограничения: во-первых, для расчета SOC аккумулятор должен быть разомкнут, без нагрузки; во-вторых, это измерение становится точным только после значительного периода стабильности. Эти ограничения делают метод VOC непригодным для онлайн-расчета SOC.

Этот метод обычно используется в автомастерской, где аккумулятор снимается, а напряжение между положительным и отрицательным электрическими полюсами можно измерить с помощью таблицы напряжений. (2) Кулоновский анализ: этот метод использует подсчет Кулона для измерения тока в определенные моменты времени, тем самым определяя SOC. Используя этот метод, можно рассчитать уровень заряда батареи в режиме реального времени, даже если батарея находится под нагрузкой.

Однако погрешность измерения кулона со временем будет увеличиваться. Как правило, для расчета состояния заряда аккумулятора в комплексе используется напряжение разомкнутой цепи и подсчет кулонов. Рабочее состояние аккумулятора отражает общее состояние аккумулятора и его способность сохранять заряд по сравнению с новыми аккумуляторами.

Из-за природы самой батареи SOH является очень сложным процессом, зависящим от химического состава и окружающей среды батареи. На уровень заряда аккумулятора влияют многие факторы, включая способность принимать заряд, внутреннее сопротивление, напряжение, саморазряд и температуру. Обычно считается, что эти факторы трудно измерить в режиме реального времени в автомобильной среде.

На этапе запуска (запуска двигателя) аккумулятор испытывает наибольшую нагрузку, в это время методы расчета SOC и SOH, фактически используемые разработчиками датчиков свинцовых аккумуляторов, фактически используемые ведущими разработчиками датчиков автомобильных аккумуляторов, являются строго конфиденциальными и часто запатентованы. Защищать. Как владельцы интеллектуальной собственности, они обычно тесно сотрудничают с VARTA и MOLL при разработке этих алгоритмов.

На рисунке 1 показана обычно используемая дискретная схема для обнаружения батареи. Рисунок 1: Отдельное решение для обнаружения батареи Эту схему можно разделить на три части: (1) обнаружение батареи: напряжение батареи определяется резистивным аттенюатором непосредственно с положительного электрода батареи. Для обнаружения тока обычно используется резистор обнаружения (приложение 12 В в 100 Мбит/с).ω) Между отрицательными клеммами аккумулятора и землей.

В этой конфигурации металлическое шасси автомобиля, как правило, и сопротивление обнаружения монтируется в токовую цепь аккумулятора. В других конфигурациях отрицательный электрод батареи. При расчетах SOH необходимо также определить температуру аккумулятора.

(2) Микроконтроллер: Микроконтроллер или MCU выполняет две важные задачи. Первая задача — обработка результата аналогового преобразователя (АЦП). Эта работа может быть простой, например, только базовая фильтрация, а может быть и сложной, например, расчет SOC и SOH.

Фактическая функция зависит от возможностей обработки микроконтроллера и потребностей автопроизводителей. Вторая задача — отправить процесс через интерфейс связи в ЭБУ. (3) Интерфейс связи: в настоящее время интерфейс локальной сети (LIN) является наиболее распространенным интерфейсом связи между датчиками аккумуляторной батареи и ЭБУ.

Lin — это однолинейная, недорогая альтернатива широко известному протоколу CAN. Это самая простая конфигурация обнаружения батареи. Однако большинство алгоритмов точного обнаружения аккумуляторов требуют одновременного измерения напряжения и тока аккумулятора или напряжения, тока и температуры аккумулятора.

Для осуществления синхронной выборки необходимо добавить до двух аналого-цифровых преобразователей. Кроме того, АЦП и микроконтроллеры регулируют питание для правильной работы, что приводит к усложнению схемы. Производитель трансивера Lin решил эту проблему путем интеграции блока питания.

Следующей разработкой в ​​области прецизионного обнаружения состояния аккумуляторных батарей в автомобилях являются интегрированные АЦП, микроконтроллеры и приемопередатчики Lin, такие как прецизионный микроконтроллер моделирования серии AduC703X компании ADU. AduC703X поставляет два или три 8KSP, 16-битный сигма-АЦП, 20,48 МГц arm7TDMIMCU и интегрированный Linv2.

0 совместимый трансивер. Серия ADUC703X оснащена регулятором низкого перепада давления, который может питаться непосредственно от свинцово-кислотного аккумулятора. Для удовлетворения потребностей обнаружения автомобильного аккумулятора, передняя часть включает в себя следующее устройство: аттенюатор напряжения для контроля напряжения аккумулятора; программируемый усилитель усиления с диапазоном 100 мωПри совместном использовании резистора, поддерживающего полный ток от 1 А до 1500 А; аккумулятора, поддерживающего подсчет кулонов без программного контроля; и одного датчика температуры.

На рисунке 2 показано решение этого интегрированного устройства. Рисунок 2: Решение для интегрированных устройств. Пример: несколько лет назад только автомобили высокого класса оснащались датчиком аккумулятора. Сегодня появляется все больше автомобилей среднего и бюджетного класса, в которых можно установить небольшие электронные устройства, а десять лет назад это можно было увидеть только в моделях высшего класса.

Поэтому число неисправностей, вызванных свинцово-кислотными аккумуляторами, постоянно растет. Через несколько лет в каждом автомобиле будет установлен датчик аккумулятора, чтобы снизить риск повышения опасности электронного устройства.