Giảm thiểu sự cố điện ô tô bằng cách sử dụng công nghệ phát hiện và cảm biến pin lithium chính xác

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - អ្នកផ្គត់ផ្គង់ស្ថានីយ៍ថាមពលចល័ត

Cứ năm chiếc xe hỏng thì có một chiếc hỏng pin. Trong vài năm tới, với sự phổ biến ngày càng tăng của các công nghệ ô tô như truyền động điện, quản lý động cơ khởi động/ngắt lửa và hybrid (điện/xăng), vấn đề này sẽ ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Để giảm lỗi, điện áp, dòng điện và nhiệt độ của pin được phát hiện chính xác và kết quả được xử lý trước, trạng thái sạc và trạng thái hoạt động được sử dụng và kết quả được gửi đến bộ điều khiển động cơ (ECU) và chức năng sạc điều khiển.

Những chiếc ô tô hiện đại ra đời vào đầu thế kỷ 20. Chiếc xe đầu tiên dựa vào việc khởi động bằng tay, lực rất mạnh, rủi ro cao, và loại xe này dùng tay quay đã gây ra rất nhiều cái chết. Năm 1902, động cơ khởi động bằng pin đầu tiên đã được phát triển thành công.

Đến năm 1920, tất cả các xe ô tô đều đã được khởi động. Công dụng ban đầu là pin khô. Khi năng lượng điện cạn kiệt, cần phải thay thế.

Chẳng bao lâu nữa, pin lỏng (tức là pin axit chì cổ xưa) sẽ thay thế pin khô. Ưu điểm của ắc quy axit chì là khi động cơ hoạt động, nó có thể sạc từ. Trong thế kỷ qua, pin axit chì không có nhiều thay đổi và cải tiến quan trọng cuối cùng chính là việc niêm phong pin.

Sự thay đổi thực sự chính là nhu cầu của nó. Lúc đầu, pin chỉ được dùng để khởi động xe, còi và cung cấp điện cho đèn. Ngày nay, tất cả hệ thống điện của ô tô phải được cấp điện trước khi đánh lửa.

Sự gia tăng các thiết bị điện tử mới không chỉ là GPS, đầu đĩa DVD và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác. Ngày nay, bộ điều khiển động cơ (ECU), cửa sổ xe điện và ghế điện, cùng các thiết bị điện tử trên thân xe như ghế điện đã trở thành cấu hình tiêu chuẩn của nhiều mẫu xe cơ bản. Tải trọng mới theo cấp số nhân đã ảnh hưởng nghiêm trọng và sự cố do hệ thống điện gây ra ngày càng rõ ràng.

Theo số liệu thống kê của ADAc và RAC, gần 36% nguyên nhân gây ra hỏng hóc ô tô là do lỗi điện. Nếu phân tích con số này, có thể thấy rằng hơn 50% lỗi là do các thành phần của ắc quy axit chì gây ra. Hai tính năng chính bên dưới pin sẽ phản ánh tình trạng sức khỏe của pin axit chì: (1) Trạng thái sạc (SoC): SOC cho biết lượng điện có thể cung cấp, dung lượng định mức của pin (tức là SOC pin mới) biểu diễn theo phần trăm.

(2) Trạng thái hoạt động (SOH): SOH cho biết lượng điện tích có thể lưu trữ. Chỉ báo trạng thái sạc pin tốt hơn đồng hồ đo nhiên liệu của pin. Có nhiều cách để tính SOC, trong đó có hai cách: phương pháp đo điện áp mạch hở và phép thử Coulomb (còn gọi là phương pháp đếm Coulomb).

(1) Phương pháp đo điện áp mạch hở (VOC): Mối quan hệ cô đọng giữa điện áp mạch hở và trạng thái sạc của nó trong khi không có pin. Phương pháp tính toán này có hai giới hạn cơ bản: Thứ nhất, để tính toán SOC, pin phải mở, không tải; thứ hai là phép đo này chỉ chính xác sau một thời gian ổn định đáng kể. Những hạn chế này khiến phương pháp VOC không phù hợp để tính toán SOC trực tuyến.

Phương pháp này thường được sử dụng trong xưởng sửa chữa ô tô, nơi pin được tháo ra và điện áp giữa cực dương và cực âm có thể được đo bằng bảng điện áp. (2) Phân tích Coulomb: Phương pháp này sử dụng phép đếm Coulomb để đo dòng điện đến các điểm thời gian, do đó xác định SOC. Khi sử dụng phương pháp này, SOC có thể được tính toán theo thời gian thực, ngay cả khi pin đang trong điều kiện tải.

Tuy nhiên, sai số của phép đo Coulomb sẽ tăng theo thời gian. Người ta thường sử dụng điện áp mạch hở và phép đếm Coulomb để tính toán trạng thái sạc của pin. Trạng thái hoạt động của pin phản ánh trạng thái chung của pin và khả năng lưu trữ điện của pin so với pin mới.

Do bản chất của pin, SOH rất phức tạp, tùy thuộc vào thành phần hóa học và môi trường của pin. SOH của pin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm khả năng chấp nhận sạc, trở kháng bên trong, điện áp, khả năng tự xả và nhiệt độ. Những yếu tố này thường được coi là khó đo lường trong môi trường thời gian thực của ngành ô tô.

Trong giai đoạn khởi động (khởi động động cơ), pin đang chịu tải lớn nhất, lúc này, các phương pháp tính toán SOC và SOH thực sự được các nhà phát triển cảm biến pin hàng đầu sử dụng thực sự được các nhà phát triển cảm biến pin ô tô hàng đầu sử dụng đều rất bảo mật, thường được cấp bằng sáng chế. Bảo vệ. Với tư cách là chủ sở hữu trí tuệ, họ thường hợp tác chặt chẽ với VARTA và MOLL để phát triển các thuật toán này.

Hình 1 cho thấy mạch rời rạc thường được sử dụng để phát hiện pin. Hình 1: Giải pháp phát hiện pin riêng biệt Mạch này có thể được chia thành ba phần: (1) phát hiện pin: điện áp pin được phát hiện bằng bộ suy giảm điện trở trực tiếp từ điện cực dương của pin. Để phát hiện dòng điện, một điện trở phát hiện (ứng dụng 12V thường được sử dụng trong 100Mω) Giữa cực âm của pin và cực đất.

Trong cấu hình này, khung xe bằng kim loại nói chung và điện trở phát hiện được lắp trong mạch điện của ắc quy. Trong các cấu hình khác, điện cực âm của pin là. Khi tính toán SOH, bạn cũng phải xác định nhiệt độ của pin.

(2) Vi điều khiển: Vi điều khiển hoặc MCU hoàn thành hai nhiệm vụ quan trọng. Nhiệm vụ đầu tiên là xử lý kết quả của bộ chuyển đổi tương tự (ADC). Công việc này có thể đơn giản, chẳng hạn như chỉ lọc cơ bản; có thể phức tạp, chẳng hạn như tính toán SOC và SOH.

Chức năng thực tế phụ thuộc vào khả năng xử lý của MCU và nhu cầu của nhà sản xuất ô tô. Nhiệm vụ thứ hai là gửi quá trình thông qua giao diện truyền thông tới ECU. (3) Giao diện truyền thông: Hiện nay, giao diện mạng kết nối cục bộ (LIN) là giao diện truyền thông phổ biến nhất giữa cảm biến pin và ECU.

Lin là giải pháp thay thế đơn giản, chi phí thấp cho giao thức CAN phổ biến hiện nay. Đây là cấu hình phát hiện pin dễ nhất. Tuy nhiên, hầu hết các thuật toán phát hiện pin chính xác đều yêu cầu cả điện áp và dòng điện của pin, hoặc điện áp, dòng điện và nhiệt độ cùng một lúc.

Để thực hiện lấy mẫu đồng bộ, bạn phải thêm tối đa hai bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Ngoài ra, ADC và MCU điều chỉnh nguồn điện để hoạt động chính xác, gây ra sự phức tạp mới cho mạch điện. Nhà sản xuất bộ thu phát Lin đã giải quyết vấn đề này bằng cách tích hợp nguồn điện.

Sự phát triển tiếp theo của công nghệ phát hiện ắc quy ô tô chính xác là bộ thu phát ADC, MCU và Lin tích hợp, chẳng hạn như Vi điều khiển mô phỏng chính xác dòng AduC703X của ADU. AduC703X cung cấp hai hoặc ba 8KSP, 16-bit<000000>sigma;-Adc, một arm7TDMIMCU 20,48MHz và một Linv2 tích hợp.

0 bộ thu phát tương thích. Dòng ADUC703X được tích hợp bộ điều chỉnh chênh lệch áp suất thấp, có thể được cấp nguồn trực tiếp từ ắc quy axit chì. Để đáp ứng nhu cầu phát hiện ắc quy ô tô, đầu trước bao gồm thiết bị sau: bộ suy giảm điện áp để theo dõi điện áp ắc quy; bộ khuếch đại độ lợi có thể lập trình, với 100mωKhi sử dụng điện trở cùng nhau, hỗ trợ dòng điện toàn thang từ 1A đến 1500A; một bộ tích lũy, hỗ trợ đếm Coulomb mà không cần phần mềm giám sát; và một cảm biến nhiệt độ duy nhất.

Hình 2 cho thấy giải pháp cho thiết bị tích hợp này. Hình 2: Giải pháp cho các thiết bị tích hợp Ví dụ về một vài năm trước, chỉ những chiếc xe cao cấp mới được trang bị cảm biến ắc quy. Ngày nay, ngày càng có nhiều xe hơi tầm trung và bình dân lắp đặt các thiết bị điện tử nhỏ, còn cách đây mười năm chỉ có thể thấy ở những mẫu xe cao cấp.

Do đó, số lượng lỗi do ắc quy axit chì gây ra liên tục tăng lên. Sau một vài năm, mỗi xe ô tô sẽ được lắp cảm biến pin để giảm nguy cơ tăng nguy cơ cho thiết bị điện tử.