Wie kann man die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Autobatterien verlängern?
2023-08-03
Alle fünfmal ein Autofehler wird durch eine Batterie verursacht. In den nächsten Jahren wird dieses Problem mit Telecontrol, der Kontrolle der Motoren/Off -Motoren und der zunehmenden Beliebtheit von Automobiltechnologien wie Hybrid (Elektrizität/Gas) immer ernster. Um Fehler zu reduzieren die Ladefunktion. Moderne Autos wurden im frühen 20. Jahrhundert geboren. Das erste Auto stützte sich auf manuelles Start-up, das viel Kraft erforderte und sehr riskant war. Die "Handkurbel" des Autos verursachte viele Todesfälle. Im Jahr 1902 wurde der erste wartungsfreie Batterie -Startermotor erfolgreich entwickelt. Bis 1920 waren alle Autos mit Strom begonnen worden. Der anfängliche Gebrauch bestand aus trockenen Batterien, die ersetzt werden mussten, wenn die Stromversorgung erschöpft war. Kurz darauf ersetzte die flüssige Batterie (dh alte Blei -Säure -Batterien) trockene Batterien. Der Vorteil einer Blei -Säure -Batterie besteht darin, dass sie beim Arbeiten des Motors aufgeladen werden kann. Im letzten Jahrhundert gab es kaum eine wartungsfreie Blei -Säure -Batterie, und die letzte größere Verbesserung bestand darin, sie zu versiegeln. Was sich wirklich ändert, ist die Nachfrage danach. Zunächst wurde die Batterie nur verwendet, um das Auto zu starten, das Licht zu hupen und anzustrengen. Heute, vor der Zündung, werden alle elektrischen Systeme des Autos damit betrieben. Die Verbreitung neuer elektronischer Geräte ist nicht nur Unterhaltungselektronikgeräte wie GPS- und DVD -Spieler. Heutzutage sind Körperelektronik wie Motorsteuerungseinheiten (ECUs), elektrische Fenster und Leistungssitze bei vielen Grundmodellen Standard. Die exponentiell steigende Last hat sich schwerwiegende Auswirkungen aufgenommen, was durch die zunehmende Anzahl von Ausfällen durch elektrische Systeme belegt wurde. Laut ADAC- und RAC -Statistiken können fast 36% aller Fahrzeugfehler auf elektrische Fehler zurückgeführt werden. Wenn diese Zahl analysiert wird, kann festgestellt werden, dass mehr als 50% der Fehler durch die Blei -Säure -Batteriekomponente verursacht werden. Bewertung der Gesundheit der Batterie Die folgenden zwei Schlüsselmerkmale spiegeln die Gesundheit einer Blei-Säure-Batterie wider: (1) Ladungszustand (SOC): Der SOC gibt an, wie viel Ladung die Batterie liefern kann, ausgedrückt als Prozentsatz der Nennkapazität der Batterie (dh der SOC der neuen Batterie). (2) Betriebsstatus (SOH): SOH gibt an, wie viel Ladung der Akku speichern kann. Der Ladungszustand zeigt an, dass der Ladungszustand wie das "Kraftstoffmesser" der Batterie ist. Es gibt viele Möglichkeiten, SOCs zu berechnen, von denen die häufigsten zwei sind: Messung der offenen Kreisspannung und Coulomb -Messung (auch als Coulomb -Zählung bekannt). (1) Messmethode mit offener Kreisspannung (VOC): Eine lineare Beziehung zwischen der offenen Kreisspannung der Batterie beim Entladen und ihrem Ladungszustand. Diese Berechnung gibt es zwei grundlegende Einschränkungen: Zum einen muss die Batterie offen und nicht mit der Last angeschlossen sein, um den SOC zu berechnen. Die zweite ist, dass diese Messung nach einer ziemlich langen Stabilisierungsperiode nur genau ist. Diese Einschränkungen machen die VOC -Methode für Online -SOC -Berechnungen ungeeignet. Diese Methode wird normalerweise in einer Autowerkstatt verwendet, wo die Batterie entfernt wird und die Spannung zwischen den positiven und negativen Elektroden der Batterie mit einem Voltmeter gemessen werden kann. (2) Coulomb -Assay: Diese Methode verwendet Coulomb Counting, um den Strom und die Zeit zu integrieren, um den SOC zu bestimmen. Mit dieser Methode kann der SOC in Echtzeit berechnet werden, selbst wenn sich die Batterie unter Lastbedingungen befindet. Der Coulomb -Assay -Fehler steigt jedoch im Laufe der Zeit an. Im Allgemeinen werden die Open -Circuit -Spannung und die Coulomb -Zählmethode verwendet, um den Ladungszustand der Batterie zu berechnen. Der Betriebszustand des Betriebszustands spiegelt den allgemeinen Zustand der Batterie und die Fähigkeit zur Speicherung der Ladung im Vergleich zu einer neuen Batterie wider. Aufgrund der Art der Batterie selbst sind SOH -Berechnungen sehr komplex und verlassen sich darauf, die Batteriechemie und die Umwelt zu verstehen. Das SOH einer Batterie wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Ladungsakzeptanz, interne Impedanz, Spannung, Selbstentladung und Temperatur. Es wird allgemein als schwierig angesehen, diese Faktoren in Echtzeit in einer Umgebung wie einem Auto zu messen. Während der Startphase (Motorstart) steht die Batterie unter maximaler Belastung, was am besten die SOH der Batterie widerspiegelt. Die SOC- und SOH -Berechnungsmethoden, die durch führende Entwickler von Auto -Batteriesensor wie Bosch und HELLA verwendet werden, sind sehr vertraulich und oft durch Patente geschützt. Als Eigentümer von geistigen Immobilien arbeiten sie häufig eng mit Batterieherstellern wie Varta und Moll zusammen, um diese Algorithmen zu entwickeln. 
Abbildung 1 zeigt die diskreten Schaltungen, die üblicherweise zur Batterieerkennung verwendet werden. Abbildung 1 Diskrete Batterieerkennungslösung Diese Schaltung kann in drei Teile unterteilt werden: (1) Batterieerkennung Die Batteriespannung wird durch einen resistiven Dämpfer erkannt, der direkt aus dem positiven Pol der Batterie steckt. Um den Strom zu erfassen, legen Sie einen Sinneswiderstand (normalerweise 100 mΩ für eine 12 -V -Anwendung) zwischen dem negativen Pol der Batterie und des Masses. In dieser Konfiguration ist das Metall -Chassis des Fahrzeugs normalerweise gemahlen, und der Sensewiderstand wird in der Stromschleife der Batterie installiert. In anderen Konfigurationen ist der negative Pol der Batterie gemahlen. Bei SOH -Berechnungen muss auch die Temperatur der Batterie überprüft werden. (2) Mikrocontroller -Mikrocontroller oder MCUs führen hauptsächlich zwei Aufgaben aus. Die erste Aufgabe besteht darin, das Ergebnis eines Analog-zu-Digital-Wandlers (ADC) zu verarbeiten. Dies kann so einfach sein, als nur die grundlegende Filterung durchzuführen, oder es kann komplex sein, z. B. Computer -Socs und SOHS. Die tatsächliche Funktionalität hängt von der Verarbeitungsleistung der MCU und den Bedürfnissen des Automobilherstellers ab. Die zweite Aufgabe besteht darin, die verarbeiteten Daten über die Kommunikationsschnittstelle an die ECU zu senden. (3) Kommunikationsschnittstelle Derzeit ist die lokale Schnittstelle für Interconnect Network (LIN) die am häufigsten verwendete Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Batteriesensor und dem ECU. Lin ist eine einzeilige, kostengünstige Alternative zum bekannten Can-Protokoll. Dies ist die einfachste Konfiguration für die Batterieerkennung. Die meisten anspruchsvollen Batterieerkennungsalgorithmen erfordern jedoch eine gleichzeitige Probenahme von Batteriespannung und Strom oder Batteriespannung, Strom und Temperatur. Um eine gleichzeitige Abtastung durchzuführen, müssen höchstens zwei analog-digital-Konverter hinzugefügt werden. Darüber hinaus müssen ADCs und MCUs die Stromversorgung regulieren, um ordnungsgemäß zu arbeiten, was zu einer erhöhten Komplexität des Schaltungskreises führt. Dies wurde vom LIN -Transceiver -Hersteller durch Integration der Stromversorgung gelöst. Der nächste Schritt bei der Prüfung der Batterieversuche für Automobile ist die Integration von ADCs, MCUs und LIN -Transceiver, wie z. Der ADUC703X bietet zwei oder drei 8 KSPs, 16-Bit-Sigma-Delta-ADCs, einen 20,48 MHz ARM7TDMI MCU und einen integrierten Lin v2.0-konformen Transceiver. Die ADUC703X-Serie integriert einen Low-Dropout-Regler-On-Chip und kann direkt von einer Blei-Säure-Batterie betrieben werden. Um die Anforderungen an die Anforderungen an den Automobilbatterie zu erfüllen, enthält das vordere Ende die folgenden Komponenten: eine Spannungsdämpfung zur Überwachung der Batteriespannung; ein programmierbarer Verstärkerverstärker, der bei Verwendung mit einem 100-mΩ-Widerstand die Messung von Strömen bis zu 1A bis 1500A unterstützt; Und unterstützt die Coulomb -Zählung ohne Softwareüberwachung; und ein On-Chip-Temperatursensor. 
Abbildung 2 zeigt die Lösung mit diesem integrierten Gerät. Abbildung 2 Beispiel für eine Lösung mit einem integrierten Gerät vor einigen Jahren waren nur High-End-Autos mit Batteriesensoren ausgestattet. Heutzutage werden immer mehr Autos mit mittlerer und niedriger Zeit mit kleinen elektronischen Geräten installiert, die erst vor zehn Jahren in High-End-Modellen zu sehen waren. Die Anzahl der Fehler, die durch Blei-Säure-Batterien verursacht werden, hat folglich zugenommen. Innerhalb weniger Jahre werden Batteriesensoren in jedem Auto installiert, wodurch das Risiko für einen Erhöhung der Ausfälle elektronischer Geräte verringert wird.
