如何延長汽車電池的使用壽命

如何延長電動車電池的使用壽命？每五起汽車故障都是由電池引起的。未來幾年，隨著電傳操縱控制、發動機管理、混合動力(電/氣)等汽車技術的日益普及，這個問題會越來越嚴重。為了減少故障，需要準確檢測蓄電池的電壓、電流和溫度，對結果進行預處理，計算充電狀態和運行狀態，將結果發送給發動機控制單元(ECU)，控制充電功能。現代汽車誕生於20世紀初。第壹輛車是手動啟動的，需要很大的力氣，風險也很大。汽車的“手搖曲柄”造成了許多致命事故。1902年，第壹臺電池啟動電機研制成功。到了1920，所有的車都是電力啟動的。壹開始用的是幹電池，電量用完了就必須更換。很快，液體電池(也就是古代的鉛酸電池)取代了幹電池。鉛酸電池的優點是工作時可以從發動機上充電。上世紀鉛酸電池變化不大，最後壹次大的改進是密封。真正改變的是對它的需求。起初，電池只用於啟動汽車，按喇叭和電源燈。現在在點火之前，汽車的所有電氣系統都靠它供電。新電子設備的激增不僅僅是GPS和DVD播放器等消費電子設備。現在發動機控制單元(ECU)、電動車窗、電動座椅等車身電子設備已經成為很多基礎車型的標準配置。負荷的指數增長已經產生了嚴重的影響，由電氣系統引起的故障數量的增加就證明了這壹點。根據ADAC和RAC的統計，幾乎36%的汽車故障可歸因於電氣故障。如果我們分析這個數字，我們可以發現50%以上的故障是由鉛酸電池引起的。以下兩個關鍵特性可以反映鉛酸電池的健康狀況:(1)荷電狀態(SoC): SOC表示電池能提供多少電量，以占電池額定容量的百分比表示(即新電池的SoC)。(2)工作狀態(SOH): SOH表示電池能儲存多少電量。充電狀態充電狀態的指示就像電池的“電量表”。計算SoC的方法有很多種，其中最常用的有兩種:開路電壓測量法和庫侖法(也稱電量法)。(1)開路電壓(VOC)測量方法:蓄電池空載時的開路電壓與其充電狀態呈線性關系。這種計算方法有兩個基本限制:第壹，為了計算SoC，電池必須開路，不與負載相連；第二，這種測量只有在長期穩定後才是準確的。這些限制使得VOC方法不適合在線SoC計算。這種方法通常用在汽車修理廠，把電池拆下來，用電壓表就可以測出電池正負極之間的電壓。(2)庫侖法:該方法利用庫侖計數計算電流對時間的積分，從而確定SoC。使用這種方法，即使電池處於負載下，也可以實時計算SoC。但是庫侖法的誤差會隨著時間的推移而增大。壹般綜合運用開路電壓和庫侖計數法來計算電池的荷電狀態。運行狀態與新電池相比，運行狀態反映了電池的壹般狀態及其儲存電荷的能力。由於電池本身的性質，SoH計算非常復雜，依賴於對電池化學成分和環境的了解。電池的SoH受多種因素影響，包括充電接受度、內阻、電壓、自放電和溫度。壹般認為在汽車這樣的環境中很難實時測量這些因素。在啟動階段(發動機啟動)，電池處於最大負載下，最能反映電池的SoH。博世和海拉等領先的汽車電池傳感器開發商實際使用的SoC和SoH計算方法是高度機密的，通常受到專利保護。作為知識產權的所有者，他們通常與Varta和Moll等電池制造商密切合作，開發這些算法。圖1。分立電池檢測解決方案該電路可分為三部分:(1)電池檢測電池電壓由直接從電池正極分接的電阻衰減器檢測。為了檢測電流，在電池負極和地之間放置壹個檢測電阻(12V應用壹般使用100 mω)。在這種配置中，汽車的金屬底盤壹般是接地的，檢測電阻安裝在電池的電流回路中。在其他配置中，電池的負電極接地。對於SoH計算，還必須檢測電池溫度。(2)微控制器微控制器或MCU主要完成兩項任務。第壹個任務是處理模數轉換器(ADC)的結果。這項工作可能很簡單，比如只執行基本的過濾；也可以很復雜，比如計算SoC和SoH。實際功能取決於MCU的處理能力和汽車廠商的需求。第二個任務是通過通信接口將處理後的數據發送給ECU。(3)通信接口目前，LIN接口是電池傳感器與ECU之間最常用的通信接口。LIN是眾所周知的CAN協議的單線低成本替代方案。這是電池測試最簡單的配置。然而，大多數精密電池檢測算法需要同時采樣電池電壓和電流，或者電池電壓、電流和溫度。對於同步采樣，最多需要增加兩個模數轉換器。此外，ADC和MCU需要調整電源才能正常工作，這導致電路復雜度增加。LIN收發器制造商通過集成穩壓電源解決了這壹問題。汽車精密電池測試的下壹個發展方向是集成ADC、MCU和LIN收發器，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8 ksps、16位σ -δ型ADC、壹個20.48MHz ARM7TDMI MCU和壹個集成的LIN v2.0兼容型收發器。ADuC703x系列片內集成壹個低壓差調節器，可直接由鉛酸電池供電。為了滿足汽車電池檢測的要求，前端包括以下器件:用於監測電池電壓的電壓衰減器；可編程增益放大器配合100 mω電阻使用時，支持測量從低於1A到1500A的滿量程電流；累加器，支持庫侖計數，無需軟件監控；和片上溫度傳感器。圖二。集成設備的解決方案示例幾年前，只有高端汽車才會配備電池傳感器。現在有小型電子設備的中低檔車越來越多，十年前只有高端車型才有。因此，由鉛酸電池引起的故障越來越多。幾年後，每輛汽車都將配備電池傳感器，從而降低因電子設備數量不斷增加而導致的故障風險。