采用精密锂电池检测和传感技术减少汽车电气故障

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每五辆汽车出现故障，就有一辆是电池故障。 未来几年，随着电传动、启动/熄火发动机管理、混合动力（电/气）等汽车技术的日益普及，这一问题将变得越来越严重。 为了减少故障，需要准确检测蓄电池的电压、电流、温度，并对结果进行预处理，判断充电状态和运行状态，将结果传送给发动机控制单元（ECU），控制充电功能。

现代汽车诞生于20世纪初。 最早的汽车是靠手动启动的，力气很大，危险性很高，这种手摇启动的汽车已经造成了很多人员的死亡。 1902年，第一台电池启动电动机研制成功。

到了1920年，所有车厢均已启动。 最初使用的是干电池。 当电能耗尽时，必须更换。

不久，液体电池（即古老的铅酸电池）就取代了干电池。 铅酸电池的优点是当发动机运转时，它可以充电。 上个世纪铅酸电池几乎没有什么变化，最后一项重要的改进就是将其密封。

真正的改变是它的需要。 起初，蓄电池只是用来启动汽车、鸣喇叭以及给灯供电。 如今，汽车的所有电气系统在点火前都必须通电。

新电子设备的激增不仅仅是GPS和DVD播放器等消费电子设备。 如今，发动机控制单元（ECU）、电动车窗和电动座椅等车身电子设备已经成为很多基础款车型的标准配置。 指数级的新负荷已经给电气系统带来严重影响，并且由此引起的故障也日益成为证据。

根据 ADAc 和 RAC 统计，在所有汽车故障中，几乎有 36% 可归因于电气故障。 如果对这些数据进行分析，可以发现50%以上的故障都是由铅酸电池的部件引起的。 电池的下面两个关键特征应该能体现铅酸电池的健康程度： (1)充电状态(SoC)：SOC表示能够供给多少电荷，以电池额定容量(即新电池SOC)的百分比表示。

（2）工作状态（SOH）：SOH表示可储存多少电荷。 充电状态充电状态指示比电池的电量计更好。 计算SOC的方法有很多种，其中比较常见的有两种：开路电压测量法和库仑分析法（又称库仑计数法）。

（1）开路电压（VOC）测量方法：电池无电状态下开路电压与其充电状态之间的简略关系。 这种计算方法有两个基本的限制：第一，为了计算SOC，电池必须打开、无负载；第二，这种测量只有经过相当的稳定期后才是准确的。 这些限制使得VOC方法不适合SOC的在线计算。

这种方法通常在汽车修理厂使用，拆下蓄电池，用电压表测量正负极之间的电压。 （2）库仑分析法：此方法利用库仑计数将电流带到时间点，从而测定SOC。 利用这种方法，即使电池处于负载条件下，也可以实时计算SOC。

然而，库仑测量的误差会随着时间的推移而增加。 一般是综合利用开路电压和库仑计数来计算电池的充电状态。 运行状态反映电池的总体状态，以及与新电池相比其存储电荷的能力。

由于电池本身的特性，SOH非常复杂，取决于电池的化学成分和环境。 电池的SOH受多种因素影响，包括充电接受能力、内部阻抗、电压、自放电和温度。 这些因素通常被认为在汽车环境中很难在实时环境中测量这些因素。

在启动阶段（发动机启动），电池承受着最大的负载，此时，领先的汽车电池传感器开发商实际上使用的SOC和SOH计算方法是高度机密的，通常都是已申请专利的。 保护。 作为知识产权的所有者，他们通常与 VARTA 和 MOLL 密切合作来开发这些算法。

图1显示了常用的电池检测分立电路。 图1：分离式电池检测方案该电路可分为三个部分： （1）电池检测：通过电阻衰减器直接从电池正极检测电池电压。 为了检测电流，检测电阻（12V应用一般采用100Mω) 电池负极与地之间。

这种配置一般采用汽车的金属底盘，检测电阻安装在电池的电流回路中。 在其他配置中，电池的负极是。 关于SOH的计算，还必须检测电池的温度。

（2）微控制器：微控制器或MCU重要完成两项任务。 第一个任务是处理模拟转换器（ADC）的结果。 这项工作可能很简单，比如只进行基本的过滤；也可能很复杂，比如计算SOC和SOH。

实际功能取决于MCU的处理能力和汽车制造商的需求。 第二个任务是通过通信接口将过程发送到ECU。 （3）通信接口：目前，本地互连网络（LIN）接口是电池传感器和ECU之间最常见的通信接口。

Lin 是广为人知的 CAN 协议的单线、低成本替代方案。 这是最简单的电池检测配置。 然而，大多数精密电池检测算法需要同时测量电池电压和电流，或者同时测量电池电压、电流和温度。

为了进行同步采样，您必须添加最多两个模拟数字转换器。 此外，ADC 和 MCU 会调整电源以正确工作，从而导致新的电路复杂性。 Lin收发器制造商已通过集成电源解决了这一问题。

汽车精密电池检测的下一步发展是集成ADC、MCU和Lin收发器，例如ADU的AduC703X系列精密模拟微控制器。 AduC703X 提供两个或三个 8KSP、16 位 <000000>sigma;-Adc、一个 20.48MHzarm7TDMIMCU 和一个集成的 Linv2。

0兼容收发器。 ADUC703X系列集成低压差调节器，可直接由铅酸电池供电。 为了满足汽车电池检测的需要，前端包括以下器件：一个电压衰减器，用于监测电池电压；一个可编程增益放大器，具有100mω与电阻一起使用时，支持1A至1500A的满量程电流；与累加器一起使用时，支持库仑计数，无需软件监控；与单个温度传感器一起使用。

图2显示了该集成设备的解决方案。 图2：集成器件解决方案几年前的一个例子，只有高端汽车才配备了电池传感器。 如今，安装小型电子设备的中低档汽车越来越多，而十年前只有高端车型上才能看到。

因此由铅酸电池引起的故障数量不断增加。 几年后，每辆汽车都会安装电池传感器，以降低增加电子设备风险的风险。