จะยืดอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่รถยนต์ได้อย่างไร?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Zentral elektriko eramangarrien hornitzailea

รถยนต์ทุก 5 คันที่เสียหาย ถือเป็นปัญหากับแบตเตอรี่ 1 ก้อน ในอนาคต โดยที่เทคโนโลยียานยนต์ เช่น ระบบส่งกำลังไฟฟ้า การจัดการเครื่องยนต์แบบปล่อย/ดับไฟ และไฮบริด (ไฟฟ้า/แก๊ส) ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น ปัญหานี้ก็จะยิ่งร้ายแรงมากขึ้นเรื่อยๆ จะยืดอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่รถยนต์ได้อย่างไร? ทุกๆ 5 ครั้งของรถยนต์ที่มีปัญหาเกิดจากแบตเตอรี่

ในอนาคต โดยที่เทคโนโลยียานยนต์ เช่น ระบบส่งกำลังไฟฟ้า การจัดการเครื่องยนต์แบบปล่อย/ดับไฟ และไฮบริด (ไฟฟ้า/แก๊ส) ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น ปัญหานี้ก็จะยิ่งร้ายแรงมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อลดความล้มเหลว แรงดันไฟ กระแสไฟ และอุณหภูมิของแบตเตอรี่จะได้รับการทดสอบอย่างแม่นยำ และผลลัพธ์จะได้รับการแก้ไขล่วงหน้า สถานะการชาร์จและสถานะการทำงานจะได้รับการคำนวณ และผลลัพธ์จะถูกส่งไปยังหน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) และฟังก์ชันการควบคุมการชาร์จ รถยนต์สมัยใหม่ถือกำเนิดขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20

รถยนต์คันแรกจะต้องอาศัยการสตาร์ทด้วยมือ มันทรงพลังมาก มีความเสี่ยงสูง และการหมุนมือของรถแบบนี้ก็ทำให้มีคนเสียชีวิตมากมาย ในปีพ.ศ. 2445 มอเตอร์สตาร์ทด้วยแบตเตอรี่ตัวแรกได้รับการพัฒนาสำเร็จ

ในปีพ.ศ. 2463 รถยนต์ทั้งหมดก็เริ่มใช้ได้แล้ว การใช้งานเบื้องต้นเป็นแบตเตอรี่แห้ง เมื่อพลังงานไฟฟ้าหมดก็จะไม่มีการทดแทน

ในไม่ช้านี้ แบตเตอรี่ของเหลว (เช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบโบราณ) จะมาแทนที่แบตเตอรี่แบบแห้ง ข้อดีของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดคือจะชาร์จจากตัวกลางขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน ในศตวรรษที่ผ่านมา แทบจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ เกิดขึ้นกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด และการปรับปรุงที่สำคัญที่สุดคือการปิดผนึก

การเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงคือความต้องการของมัน ในตอนแรกแบตเตอรี่จะถูกใช้เพียงแค่เพื่อสตาร์ทรถ แตร และแหล่งจ่ายไฟให้กับโคมไฟ ในปัจจุบันระบบไฟฟ้าทั้งหมดของรถยนต์จะต้องได้รับพลังงานก่อนการจุดระเบิด

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใหม่ๆ ที่เพิ่มขึ้นไม่ได้มีเพียงเครื่องเล่น GPS และ DVD และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคอื่นๆ เท่านั้น ในปัจจุบัน ชุดควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) กระจกไฟฟ้าและเบาะนั่งไฟฟ้า รวมไปถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในรถ เช่น เบาะนั่งไฟฟ้า ได้กลายมาเป็นการกำหนดค่ามาตรฐานของรุ่นพื้นฐานหลายรุ่น โหลดใหม่ในระดับเลขชี้กำลังเกิดขึ้นอย่างจริงจัง และความล้มเหลวที่เกิดจากระบบไฟฟ้าก็เป็นหลักฐานที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ

จากสถิติของ ADAC และ RAC พบว่ารถยนต์ที่เสียหายเกือบ 36% มีสาเหตุมาจากระบบไฟฟ้า หากตัวเลขถูกย่อยสลายไป แสดงว่ามากกว่า 50% ของความผิดปกติเกิดจากส่วนประกอบของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด การประเมินสภาพของแบตเตอรี่ คุณลักษณะสำคัญต่อไปนี้สามารถสะท้อนถึงสภาพของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดได้: (1) สถานะการชาร์จ (SOC): SOC ระบุว่าสามารถจ่ายประจุได้เท่าใด ความจุที่กำหนดของแบตเตอรี่ (i.

เช่น การแสดงเปอร์เซ็นต์ SOC ของแบตเตอรี่ใหม่ (2) สถานะการทำงาน (SOH): SOH ระบุว่าสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้เท่าใด

การแสดงสถานะการชาร์จจะดีกว่ามาตรวัดเชื้อเพลิงแบตเตอรี่ มีหลายวิธีในการคำนวณ SOC ซึ่งมี 2 วิธีด้วยกัน ได้แก่ วิธีการวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและการทดสอบคูลอมบ์ (เรียกอีกอย่างว่าการนับคูลอมบ์) (1) วิธีการวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (VOC): ความสัมพันธ์แบบย่อระหว่างแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและสถานะการชาร์จในระหว่างที่ไม่มีแบตเตอรี่

วิธีการคำนวณนี้มีข้อจำกัดพื้นฐานสองประการ: ประการหนึ่งคือการคำนวณ SOC, แบตเตอรี่ไม่ได้เปิดและโหลดไม่ได้เชื่อมต่อ) ประการที่สอง การวัดนี้จะแม่นยำก็ต่อเมื่อมีเสถียรภาพพอสมควรเท่านั้น ข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้แนวทาง VOC ในการคำนวณ SOC แบบออนไลน์ โดยทั่วไปวิธีนี้จะใช้ในร้านซ่อมรถยนต์ โดยจะถอดแบตเตอรี่ออกแล้ววัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าบวกและลบได้

(2) การทดสอบคูลอมบ์: วิธีนี้ใช้การนับคูลอมบ์ในการวัดกระแสถึงจุดเวลา จึงสามารถกำหนด SOC ได้ ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถคำนวณ SOC ได้แบบเรียลไทม์ แม้ว่าแบตเตอรี่จะอยู่ในสภาวะโหลดก็ตาม อย่างไรก็ตาม ข้อผิดพลาดในการวัดคูลอมบ์จะเพิ่มขึ้นตามกาลเวลา

โดยทั่วไปแล้วจะใช้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและการนับคูลอมบ์อย่างครอบคลุมเพื่อคำนวณสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ สถานะการทำงานของสถานะการทำงานสะท้อนถึงสถานะทั่วไปของแบตเตอรี่ และความสามารถในการเก็บประจุเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ใหม่ เนื่องจากลักษณะของแบตเตอรี่ การคำนวณ SOH จึงมีความซับซ้อนมาก โดยอาศัยองค์ประกอบทางเคมีและสภาพแวดล้อมของแบตเตอรี่

SOH ของแบตเตอรี่ได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย รวมถึงการยอมรับการชาร์จ ความต้านทานภายใน แรงดันไฟฟ้า การคายประจุเอง และอุณหภูมิ โดยทั่วไปแล้วปัจจัยเหล่านี้ถือว่ายากที่จะวัดปัจจัยเหล่านี้ในสภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ในสภาพแวดล้อมยานยนต์ ในระยะการสตาร์ท (สตาร์ทเครื่องยนต์) แบตเตอรี่จะมีโหลดสูงสุด ซึ่งช่วงนี้แบตเตอรี่จะสะท้อนค่า SOH ของแบตเตอรี่มากที่สุด

บ๊อช เฮลล่า ฯลฯ การคำนวณ SOC และ SOH จริงที่ใช้โดยนักพัฒนาเซ็นเซอร์แบตเตอรี่รถยนต์ชั้นนำถือเป็นความลับขั้นสูงและมักได้รับการคุ้มครองโดยสิทธิบัตร เนื่องจากเป็นเจ้าของทรัพย์สินทางปัญญา พวกเขาจึงมักทำงานอย่างใกล้ชิดกับ VARTA และ MOLL เพื่อพัฒนาอัลกอริทึมเหล่านี้

วงจรนี้สามารถแบ่งได้เป็น 3 ส่วน: (1) ทดสอบแรงดันไฟแบตเตอรี่ เพื่อทดสอบตัวลดทอนตัวต้านทานที่แยกออกจากขั้วบวกของแบตเตอรี่โดยตรง สำหรับกระแสทดสอบ ให้ใส่ตัวต้านทานทดสอบ (12V มักใช้ 100M) ไว้ระหว่างขั้วลบและกราวด์ ในการกำหนดค่านี้โดยทั่วไปแล้วตัวถังรถจะเป็นโลหะและติดตั้งตัวต้านทานทดสอบไว้ในวงจรกระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่

ในการกำหนดค่าอื่น ๆ ขั้วลบของแบตเตอรี่คือ เกี่ยวกับการคำนวณ SOH ไม่ใช่การทดสอบอุณหภูมิของแบตเตอรี่ (2) ไมโครคอนโทรลเลอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือ MCU ทำหน้าที่สำคัญ 2 อย่างให้เสร็จสมบูรณ์

งานแรกคือการแก้ผลลัพธ์ของตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) งานนี้อาจจะเรียบง่าย เช่น เป็นเพียงการกรองพื้นฐาน หรืออาจซับซ้อน เช่น การคำนวณ SOC และ SOH ฟังก์ชั่นจริงจะขึ้นอยู่กับความละเอียดของ MCU และความต้องการของผู้ผลิตรถยนต์

งานที่สองคือการส่งข้อมูลที่ได้รับการแก้ไขผ่านอินเทอร์เฟซการสื่อสารไปยัง ECU (3) อินเทอร์เฟซการสื่อสาร ปัจจุบัน อินเทอร์เฟซเครือข่ายเชื่อมต่อภายใน (Lin) เป็นอินเทอร์เฟซการสื่อสารที่พบมากที่สุดระหว่างเซ็นเซอร์แบตเตอรี่และ ECU Lin เป็นโปรโตคอล CAN แบบบรรทัดเดียวที่มีต้นทุนต่ำซึ่งเป็นทางเลือกแทนโปรโตคอล CAN ที่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง

นี่เป็นการกำหนดค่าการทดสอบแบตเตอรี่ที่ง่ายที่สุด อย่างไรก็ตาม อัลกอริธึมการทดสอบแบตเตอรี่ที่แม่นยำส่วนใหญ่ต้องการทั้งแรงดันไฟและกระแสไฟของแบตเตอรี่ หรือตามแรงดันไฟ กระแสไฟ และอุณหภูมิของแบตเตอรี่ เพื่อที่จะทำการสุ่มตัวอย่างแบบซิงโครนัส คุณจะต้องเพิ่มตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลสูงสุดสองตัว

นอกจากนี้ ADC และ MCU ยังปรับแหล่งจ่ายไฟให้ทำงานอย่างถูกต้อง ทำให้เกิดความซับซ้อนของวงจรใหม่ สิ่งนี้ได้รับการประมวลผลโดยผู้ผลิตทรานซีฟเวอร์ LIN โดยการผสานแหล่งจ่ายไฟเข้าด้วยกัน การพัฒนาต่อไปของการทดสอบแบตเตอรี่ความแม่นยำของยานยนต์ได้รับการบูรณาการกับ ADC, MCU และทรานซีฟเวอร์ Lin เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์จำลองความแม่นยำซีรีส์ AduC703X ของ ADI

AduC703X มี 8kSP จำนวนสองหรือสามตัว, ADC 16 บิต (Sigma) - (Delta), arm7TDMIMCU 20.48MHz และตัวรับส่งสัญญาณที่เข้ากันได้กับ Linv2.0 ในตัว

ซีรีส์ ADUC703X มีการผสานรวมกับตัวปรับความแตกต่างของแรงดันต่ำ ซึ่งสามารถใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ตะกั่วกรดได้ เพื่อตอบสนองความต้องการในการทดสอบแบตเตอรี่ยานยนต์ ส่วนหน้ามีอุปกรณ์ต่อไปนี้: ตัวลดแรงดันไฟฟ้าสำหรับตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่) เครื่องขยายสัญญาณแบบตั้งโปรแกรมได้ เมื่อใช้กับตัวต้านทาน 100 ม. รองรับกระแสเต็มรูปแบบ 1A ต่ำกว่า 1500A) การสะสม (รองรับการนับคูลอมบ์โดยไม่ต้องตรวจสอบซอฟต์แวร์) และเซ็นเซอร์อุณหภูมิตัวเดียว ไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีเพียงรถยนต์ระดับไฮเอนด์เท่านั้นที่มีเซ็นเซอร์แบตเตอรี่

ในปัจจุบันรถยนต์ระดับกลางและระดับล่างติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กมากขึ้นเรื่อยๆ และพบเห็นได้เฉพาะในรุ่นไฮเอนด์เมื่อ 10 ปีก่อนเท่านั้น จำนวนของความผิดปกติที่เกิดจากแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดจึงถูกเพิ่มเข้ามาอย่างต่อเนื่อง หลังจากนั้นไม่กี่ปี รถยนต์แต่ละคันจะติดตั้งเซ็นเซอร์แบตเตอรี่ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงในการเพิ่มความเสี่ยงต่อความล้มเหลวได้