採用精密鋰電池檢測和感測技術減少汽車電氣故障

著者：Iflowpower – Dodavatel přenosných elektráren

每五輛汽車故障，就有一輛是電池故障。 未來幾年，隨著電傳動、啟動/熄火發動機管理、混合動力（電/氣）等汽車技術的日益普及，這個問題將變得越來越嚴重。 為了減少故障，需要準確偵測蓄電池的電壓、電流、溫度，並對結果進行預處理，判斷充電狀態和運作狀態，將結果傳送給引擎控制單元（ECU），控制充電功能。

現代汽車誕生於20世紀初。 最早的汽車是靠手動啟動的，力氣很大，危險性很高，這種手搖啟動的汽車已經造成了許多人員的死亡。 1902年，第一台電瓶啟動電動機研製成功。

到了1920年，所有車廂都已啟動。 最初使用的是乾電池。 當電能耗盡時，必須更換。

不久，液體電池（即古老的鉛酸電池）就取代了乾電池。 鉛酸電池的優點是當引擎運轉時，它可以充電。 上個世紀鉛酸電池幾乎沒有什麼變化，最後一項重要的改進就是將其密封。

真正的改變是它的需要。 起初，蓄電池只是用來啟動汽車、鳴喇叭以及給燈供電。 如今，汽車的所有電氣系統在點火前都必須通電。

新電子設備的激增不僅僅是GPS和DVD播放器等消費性電子設備。 如今，引擎控制單元（ECU）、電動車窗和電動座椅等車身電子設備已成為許多基本車型的標準配備。 指數級的新負載已經為電氣系統帶來嚴重影響，而由此引起的故障也日益成為證據。

根據 ADAc 和 RAC 統計，在所有汽車故障中，幾乎有 36% 可歸因於電氣故障。 如果對這些數據進行分析，可以發現50%以上的故障都是由鉛酸電池的零件造成的。 電池的下面兩個關鍵特徵應該能體現鉛酸電池的健康程度： (1)充電狀態(SoC)：SOC表示能夠供給多少電荷，以電池額定容量(即新電池SOC)的百分比表示。

（2）工作狀態（SOH）：SOH表示可儲存多少電荷。 充電狀態充電狀態指示比電池的電量計更好。 計算SOC的方法有很多種，其中比較常見的有兩種：開路電壓測量法和庫侖分析法（又稱庫侖計數法）。

（1）開路電壓（VOC）測量方法：電池無電狀態下開路電壓與其充電狀態之間的簡略關係。 這種計算方法有兩個基本的限制：第一，為了計算SOC，電池必須開啟、無負載；第二，這種測量只有經過相當長的穩定期後才是準確的。 這些限制使得VOC方法不適合SOC的線上計算。

這種方法通常在汽車修理廠使用，拆下蓄電池，並用電壓表測量正負極之間的電壓。 （2）庫侖分析法：此方法利用庫侖計數將電流帶到時間點，進而測定SOC。 利用這種方法，即使電池處於負載條件下，也可以即時計算SOC。

然而，庫侖測量的誤差會隨著時間的推移而增加。 一般是綜合利用開路電壓和庫侖計數來計算電池的充電狀態。 運作狀態反映電池的整體狀態，以及與新電池相比其儲存電荷的能力。

由於電池本身的特性，SOH非常複雜，取決於電池的化學成分和環境。 電池的SOH受多種因素影響，包括充電接受能力、內部阻抗、電壓、自放電和溫度。 這些因素通常被認為在汽車環境中很難在即時環境中測量這些因素。

在啟動階段（引擎啟動），電池承受最大的負載，此時，領先的汽車電池感測器開發商實際上使用的SOC和SOH計算方法是高度機密的，通常都是已申請專利的。 保護。 作為智慧財產權的所有者，他們通常與 VARTA 和 MOLL 密切合作來開發這些演算法。

圖1顯示了常用的電池檢測分離式電路。 圖1：分離式電池檢測方案此電路可分為三個部分： （1）電池檢測：透過電阻衰減器直接從電池正極檢測電池電壓。 為了檢測電流，檢測電阻（12V應用一般採用100Mω) 電池負極與地之間。

這種配置一般採用汽車的金屬底盤，檢測電阻安裝在電池的電流迴路中。 在其他配置中，電池的負極是。 關於SOH的計算，也必須檢測電池的溫度。

（2）微控制器：微控制器或MCU重要完成兩項任務。 第一個任務是處理類比轉換器（ADC）的結果。 這項工作可能很簡單，例如僅進行基本的過濾；它可能很複雜，例如計算SOC和SOH。

實際功能取決於MCU的處理能力和汽車製造商的需求。 第二個任務是透過通訊介面將過程傳送到ECU。 （3）通訊介面：目前，本地互連網路（LIN）介面是電池感測器和ECU之間最常見的通訊介面。

Lin 是廣為人知的 CAN 協定的單線、低成本替代方案。 這是最簡單的電池檢測配置。 然而，大多數精密電池偵測演算法需要同時測量電池電壓和電流，或同時測量電池電壓、電流和溫度。

為了進行同步取樣，您必須新增最多兩個類比數位轉換器。 此外，ADC 和 MCU 會調整電源以正確工作，從而導致新的電路複雜性。 Lin收發器製造商已透過整合電源解決了這個問題。

汽車精密電池檢測的下一步發展是整合ADC、MCU和Lin收發器，例如ADU的AduC703X系列精密類比微控制器。 AduC703X 提供兩個或三個 8KSP、16 位元 <000000>sigma;-Adc、一個 20.48MHzarm7TDMIMCU 和一個整合的 Linv2。

0相容收發器。 ADUC703X系列整合低壓差調節器，可直接由鉛酸電池供電。 為了滿足汽車電池檢測的需要，前端包括以下裝置：電壓衰減器，用於監測電池電壓；可編程增益放大器，100米ωKiam vi uzas la rezistilon kune, subtenu la plenskalan fluon de 1A ĝis 1500A; akumulilo, subtena kalkulo de kulomboj sen programara monitorado; kaj ununura temperatursensilo.

Figuro 2 montras solvon al ĉi tiu integra aparato. Figuro 2: Solvo al integraj aparatoj Ekzemplo de antaŭ kelkaj jaroj, nur altnivelaj aŭtoj estas ekipitaj per baterio-sensilo. Hodiaŭ, estas pli kaj pli da meznivelaj kaj malaltaj aŭtoj por instali malgrandajn elektronikajn aparatojn, kaj ĝi videblas nur en altnivelaj modeloj antaŭ dek jaroj.

La nombro da misfunkciadoj kaŭzitaj de plumbo-acidaj baterioj estas do senĉese aldonita. Post kelkaj jaroj, ĉiu aŭto instalos la baterian sensilon por redukti la riskon pliigi la riskon de la elektronika aparato.