利用精密電池檢測和傳感技術(shù)降低汽車電氣故障

1、利用精密電池檢測和傳感技術(shù)降低汽車電氣故障利用精密電池檢測和傳感技術(shù)降低汽車電氣故障每五次汽車故障就有一次是電池造成的。在未來數(shù)年內(nèi)，隨著電傳線控，發(fā)動熄火引擎管理和混合動力（電力燃?xì)猓┑绕嚰夹g(shù)日益普及，這一問題將變得越來越嚴(yán)重。為了減少故障，需要精確地檢測電池的電壓、電流和溫度，對結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，計算充電狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，將結(jié)果發(fā)送到發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)，以及控制充電功能?，F(xiàn)代汽車誕生于20世紀(jì)初。第一輛汽車依靠手動啟動，需要很大

2、的力量，存在很高的風(fēng)險，汽車的這種“手搖曲柄”造成了很多死亡事故。1902年，第一臺電池啟動馬達(dá)研制成功，到1920年，所有的汽車都已采用電啟動。最初使用的是干電池，當(dāng)電能耗盡時，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)動機(jī)工作時，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)是對其進(jìn)行密封。真正改變的是對它的需求。起初，電池僅僅用于發(fā)動汽車、鳴喇叭和為車燈供電。如今

3、，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)動機(jī)控制單元(ECU)、電動車窗和電動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，在所有汽車故障中，幾乎有36%可歸因于電氣故障。如果對該數(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。評定電池的健康

4、狀況評定電池的健康狀況以下兩個關(guān)鍵特性可以反映鉛酸電池的健康狀況：(1)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。(2)運(yùn)行狀態(tài)(SoH)：SoH指示電池可以儲存多少電荷。充電狀態(tài)充電狀態(tài)充電狀態(tài)指示好比是電池的“燃油表”。計算SoC的方法有很多，其中最常用的有兩個：開路電壓測量法和庫侖測定法（也稱庫侖計數(shù)法）。(2)微控制器：微控制器或MCU主要完成兩個任務(wù)。第一個任務(wù)是處理模

5、數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的結(jié)果。這項(xiàng)工作可能很簡單，例如僅執(zhí)行基本濾波；也可能很復(fù)雜，例如計算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需求。第二個任務(wù)是將處理過的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信接口發(fā)送到ECU。(3)通信接口：目前，本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)接口是電池傳感器和ECU之間最常用的通信接口。LIN是廣為人知的CAN協(xié)議的單線、低成本替代方案。這是電池檢測最簡單的配置。然而，大多數(shù)精密電池檢測算法要求對電池電壓與電流，或者電池電壓、

6、電流與溫度同時采樣。為了進(jìn)行同步采樣，最多需要增加兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此外，ADC和MCU需要調(diào)節(jié)電源以便正確工作，導(dǎo)致電路復(fù)雜性增加。這已經(jīng)由LIN收發(fā)器制造商通過集成調(diào)節(jié)電源而得到解決。汽車精密電池檢測的下一步發(fā)展是集成ADC、MCU和LIN收發(fā)器，例如ADI公司的ADuC703x系列精密模擬微控制器。ADuC703x提供兩個或三個8ksps、16位ΣΔADC，一個20.48MHzARM7TDMIMCU，以及一個集成LINv2.0兼容收

7、發(fā)器。ADuC703x系列片內(nèi)集成低壓差調(diào)節(jié)器，可以直接從鉛酸電池供電。為了滿足汽車電池檢測的需求，前端包括如下器件：一個電壓衰減器，用于監(jiān)控電池電壓；一個可編程增益放大器，與100mΩ電阻一起使用時，支持測量1A以下到1500A的滿量程電流；一個累加器，支持庫侖計數(shù)而無需軟件監(jiān)控；以及一個片內(nèi)溫度傳感器。圖2所示為采用這種集成器件的解決方案。所示為采用這種集成器件的解決方案。圖2:2:采用集成器件的解決方案示例采用集成器件的解決方案示