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          淺談電池傳感器如何滿足汽車電池檢測(cè)的需求

          作者: 時(shí)間:2012-03-27 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          幾年前,只有高檔才配有。如今,安裝小型電子裝置的中低檔越來(lái)越多,而十年前只能在高端車型中見到。鉛酸所引起的故障數(shù)量因此不斷增加。過(guò)不了幾年,每輛都會(huì)安裝,從而降低日益增多的電子裝置引發(fā)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/160899.htm

          每五次汽車故障就有一次是電池造成的。在未來(lái)數(shù)年內(nèi),隨著電傳線控,發(fā)動(dòng)/熄火引擎管理和混合動(dòng)力(電力/燃?xì)?等汽車技術(shù)日益普及,這一問(wèn)題將變得越來(lái)越嚴(yán)重。為了減少故障,需要精確地電池的電壓、電流和溫度,對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理,計(jì)算充電狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài),將結(jié)果發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 (ECU),以及控制充電功能。

          現(xiàn)代汽車誕生于20 世紀(jì)初。第一輛汽車依靠手動(dòng)啟動(dòng),需要很大的力量,存在很高的風(fēng)險(xiǎn),汽車的這種“手搖曲柄”造成了很多死亡事故。1902 年,第一臺(tái)電池啟動(dòng)馬達(dá)研制成功,到1920 年,所有的汽車都已采用電啟動(dòng)。

          最初使用的是干電池,當(dāng)電能耗盡時(shí),必須予以更換。不久之后,液體電池(即古老的鉛酸電池)就取代了干電池。鉛酸電池的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),它可以從中充電。

          在上世紀(jì),鉛酸電池幾乎沒有什么變化,最后一次主要改進(jìn)是對(duì)其進(jìn)行密封。真正改變的是對(duì)它的。起初,電池僅僅用于發(fā)動(dòng)汽車、鳴喇叭和為車燈供電。如今,在點(diǎn)火之前,汽車的所有電氣系統(tǒng)都要靠它供電。

          激增的新型電子設(shè)備不僅僅是GPS和DVD播放器等消費(fèi)電子設(shè)備。如今,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 (ECU)、電動(dòng)車窗和電動(dòng)座椅之類的車身電子設(shè)備已成為許多基本車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。呈指數(shù)級(jí)增加的負(fù)載已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,電氣系統(tǒng)造成的故障日益增多就是明證。

          根據(jù)ADAC 和RAC 統(tǒng)計(jì),在所有汽車故障中,幾乎有36%可歸因于電氣故障。如果對(duì)該數(shù)字進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn)50%以上的故障是由鉛酸電池這一組件造成的。

          評(píng)定電池的健康狀況以下兩個(gè)關(guān)鍵特性可以反映鉛酸電池的健康狀況:

          (一)運(yùn)行狀態(tài) (SoH)

          SoH 指示電池可以儲(chǔ)存多少電荷。

          充電狀態(tài)充電狀態(tài)指示好比是電池的“燃油表”。計(jì)算SoC 的方法有很多,其中最常用的有兩個(gè):開路電壓測(cè)量法和庫(kù)侖測(cè)定法(也稱庫(kù)侖計(jì)數(shù)法)。

          (二) 充電狀態(tài) (SoC)

          SoC 指示電池可以提供多少電荷,用電池額定容量(即新電池的SoC)的百分比表示。

          (1) 庫(kù)侖測(cè)定法

          這種方法用庫(kù)侖計(jì)數(shù)求取電流對(duì)時(shí)間的積分,從而確定SoC。利用該方法可以實(shí)時(shí)計(jì)算SoC,即使電池處在負(fù)載條件下。然而,庫(kù)侖測(cè)定法的誤差會(huì)隨著時(shí)間推移而增大。

          (2) 開路電壓 (VOC) 測(cè)量法

          電池空載時(shí)的開路電壓與其充電狀態(tài)之間成線性關(guān)系。這種計(jì)算方法有兩個(gè)基本限制:

          一是為了計(jì)算SoC,電池必須開路,不連接負(fù)載;二是這種測(cè)量?jī)H在經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的穩(wěn)定期后才精確。

          這些局限使得VOC 方法不適合在線計(jì)算SoC。該方法通常在汽車維修店中使用,在那里電池被卸下,可以用電壓表測(cè)量電池正負(fù)極之間的電壓。

          一般是綜合運(yùn)用開路電壓和庫(kù)侖計(jì)數(shù)法來(lái)計(jì)算電池的充電狀態(tài)。

          運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)反映的是電池的一般狀態(tài),以及其與新電池相比儲(chǔ)存電荷的能力。由于電池本身的性質(zhì),SoH 計(jì)算非常復(fù)雜,依賴于對(duì)電池化學(xué)成分和環(huán)境的了解。電池的SoH 受很多因素的影響,包括充電接受能力、內(nèi)部阻抗、電壓、自放電和溫度。

          一般認(rèn)為難以在汽車這樣的環(huán)境中實(shí)時(shí)測(cè)量這些因素。在啟動(dòng)階段(引擎起動(dòng)),電池處在最大負(fù)載下,此時(shí)最能反映電池的SoH。

          Bosch、Hella 等領(lǐng)先汽車電池開發(fā)商實(shí)際使用的SoC和SoH 計(jì)算方法屬于高度機(jī)密,常常還受專利保護(hù)。作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擁有者,他們通常與Varta 和Moll 等電池制造商密切合作開發(fā)這些算法。

          圖1 所示為電池常用的分立電路。

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          圖1 分立電池解決方案

          該電路可以分為三個(gè)部分:

          (1) 微控制器

          微控制器或MCU 主要完成兩個(gè)任務(wù)。第一個(gè)任務(wù)是處理模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的結(jié)果。這項(xiàng)工作可能很簡(jiǎn)單,例如僅執(zhí)行基本濾波;也可能很復(fù)雜,例如計(jì)算SoC 和 SoH。實(shí)際的功能取決于MCU 的處理能力和汽車制造商的。第二個(gè)任務(wù)是將處理過(guò)的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信接口發(fā)送到ECU。


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