Bagaimana cara memperpanjang umur dan keandalan baterai mobil?
2023-08-03
Setiap lima kali kesalahan mobil disebabkan oleh baterai. Dalam beberapa tahun ke depan, masalah ini akan menjadi lebih dan lebih serius dengan telekontrol, kontrol mesin on/off, dan meningkatnya popularitas teknologi otomotif seperti hibrida (listrik/gas). Untuk mengurangi kesalahan, perlu secara akurat mendeteksi tegangan, arus, dan suhu baterai, preprocess hasilnya, menghitung status status pengisian daya dan pengoperasian, mengirim hasilnya ke unit kontrol mesin (ECU), dan kontrol fungsi pengisian daya. Mobil modern lahir di awal abad ke -20. Mobil pertama mengandalkan start-up manual, yang membutuhkan banyak kekuatan dan sangat berisiko. "Tangan" mobil "menyebabkan banyak kematian. Pada tahun 1902, motor starter baterai bebas perawatan pertama berhasil dikembangkan. Pada 1920, semua mobil telah mulai menggunakan listrik. Penggunaan awal adalah baterai kering, yang harus diganti ketika listrik habis. Tak lama kemudian, baterai cair (yaitu, baterai asam timbal kuno) menggantikan baterai kering. Keuntungan dari baterai asam timbal adalah dapat diisi ulang saat mesin bekerja. Pada abad terakhir, ada sedikit perubahan dalam baterai asam timbal bebas perawatan, dan peningkatan besar terakhir adalah menyegelnya. Yang benar -benar berubah adalah permintaan untuk itu. Awalnya, baterai hanya digunakan untuk menyalakan mobil, membunyikan klakson dan menyalakan lampu. Hari ini, sebelum pengapian, semua sistem listrik mobil ditenagai olehnya. Proliferasi perangkat elektronik baru bukan hanya perangkat elektronik konsumen seperti GPS dan pemain DVD. Saat ini, elektronik tubuh seperti unit kontrol engine (ECU), jendela daya, dan kursi listrik standar pada banyak model dasar. Beban yang meningkat secara eksponensial memiliki dampak serius, sebagaimana dibuktikan oleh meningkatnya jumlah kegagalan yang disebabkan oleh sistem listrik. Menurut statistik ADAC dan RAC, hampir 36% dari semua kesalahan kendaraan dapat dikaitkan dengan kesalahan listrik. Jika angka ini dianalisis, dapat ditemukan bahwa lebih dari 50% kegagalan disebabkan oleh komponen baterai asam timbal. Menilai kesehatan baterai dua fitur utama berikut mencerminkan kesehatan baterai timbal-asam: (1) State of Charge (SOC): SOC menunjukkan berapa banyak muatan yang dapat diberikan baterai, dinyatakan sebagai persentase dari kapasitas pengenal baterai (yaitu, SOC dari baterai baru). (2) Status Operasi (SOH): SOH menunjukkan berapa banyak pengisian baterai yang dapat disimpan. Keadaan pengisian menunjukkan bahwa status pengisian daya seperti "pengukur bahan bakar" baterai. Ada banyak cara untuk menghitung SOC, yang paling umum adalah dua: pengukuran tegangan sirkuit terbuka dan pengukuran Coulomb (juga dikenal sebagai penghitungan Coulomb). (1) Metode pengukuran tegangan sirkuit terbuka (VOC): Hubungan linier antara tegangan sirkuit terbuka baterai saat dibongkar dan keadaan pengisian daya. Ada dua batasan dasar untuk perhitungan ini: Salah satunya adalah untuk menghitung SOC, baterai harus terbuka beredar dan tidak terhubung ke beban; Yang kedua adalah bahwa pengukuran ini hanya akurat setelah periode stabilisasi yang cukup lama. Keterbatasan ini membuat metode VOC tidak cocok untuk perhitungan SOC online. Metode ini biasanya digunakan di bengkel mobil, di mana baterai dilepas dan tegangan antara elektroda positif dan negatif dari baterai dapat diukur dengan voltmeter. (2) Assay Coulomb: Metode ini menggunakan penghitungan Coulomb untuk mengintegrasikan waktu versus saat ini untuk menentukan SOC. Dengan metode ini, SOC dapat dihitung secara real time bahkan jika baterai berada di bawah kondisi beban. Namun, kesalahan uji Coulomb meningkat seiring waktu. Secara umum, tegangan sirkuit terbuka dan metode penghitungan Coulomb digunakan untuk menghitung status pengisian baterai. Status operasi negara operasi mencerminkan keadaan umum baterai dan kemampuannya untuk menyimpan pengisian dibandingkan dengan baterai baru. Karena sifat baterai itu sendiri, perhitungan SOH sangat kompleks dan mengandalkan pemahaman kimia baterai dan lingkungan. SOH baterai dipengaruhi oleh banyak faktor termasuk penerimaan muatan, impedansi internal, tegangan, pelepasan diri, dan suhu. Umumnya dianggap sulit untuk mengukur faktor -faktor ini secara real time di lingkungan seperti mobil. Selama fase start-up (start-up engine), baterai berada di bawah beban maksimum, yang paling mencerminkan SOH baterai. Metode perhitungan SOC dan SOH yang digunakan oleh pengembang sensor baterai otomatis terkemuka seperti Bosch dan Hella sangat rahasia dan sering dilindungi oleh paten. Sebagai pemilik kekayaan intelektual, mereka sering bekerja erat dengan produsen baterai seperti Varta dan Moll untuk mengembangkan algoritma ini. 
Gambar 1 menunjukkan sirkuit diskrit yang biasa digunakan untuk deteksi baterai. Gambar 1 Solusi Deteksi Baterai Diskrit Sirkuit ini dapat dibagi menjadi tiga bagian: (1) Deteksi baterai tegangan baterai terdeteksi oleh attenuator resistif yang disadap langsung dari kutub positif baterai. Untuk mendeteksi arus, tempatkan resistor indera (biasanya 100mΩ untuk aplikasi 12V) antara kutub negatif baterai dan tanah. Dalam konfigurasi ini, sasis logam kendaraan biasanya ditumbuk, dan resistor indera dipasang di loop saat ini baterai. Dalam konfigurasi lain, kutub negatif baterai ditumbuk. Untuk perhitungan SOH, suhu baterai juga harus diperiksa. (2) Mikrokontroler mikrokontroler atau MCU terutama melakukan dua tugas. Tugas pertama adalah memproses hasil konverter analog-ke-digital (ADC). Ini mungkin sesederhana melakukan hanya melakukan pemfilteran dasar, atau mungkin kompleks, seperti menghitung SOC dan SOHS. Fungsionalitas aktual tergantung pada daya pemrosesan MCU dan kebutuhan produsen mobil. Tugas kedua adalah mengirim data yang diproses ke ECU melalui antarmuka komunikasi. (3) Antarmuka komunikasi saat ini, antarmuka Interconnect Network (LIN) lokal adalah antarmuka komunikasi yang paling umum digunakan antara sensor baterai dan ECU. Lin adalah alternatif baris tunggal, berbiaya rendah untuk protokol CAN yang terkenal. Ini adalah konfigurasi paling sederhana untuk deteksi baterai. Namun, algoritma deteksi baterai yang paling canggih memerlukan pengambilan sampel simultan tegangan baterai dan arus, atau tegangan, arus, dan suhu baterai. Untuk melakukan pengambilan sampel simultan, perlu untuk menambahkan sebagian besar dua konverter analog-ke-digital. Selain itu, ADC dan MCU perlu mengatur catu daya agar dapat bekerja dengan baik, menghasilkan peningkatan kompleksitas sirkuit. Ini telah diselesaikan oleh produsen Lin Transceiver dengan mengintegrasikan catu daya. Langkah selanjutnya dalam pengujian baterai presisi otomotif adalah integrasi transceiver ADC, MCU, dan Lin, seperti keluarga ADUC703X perangkat analog dari mikrokontroler analog presisi. ADUC703X menawarkan dua atau tiga 8 KSP, ADC Sigma-Delta 16-bit, 20,48 MHz ARM7TDMI MCU, dan transceiver yang sesuai dengan Lin V2.0 yang terintegrasi. Seri ADUC703X mengintegrasikan regulator dropout rendah pada chip dan dapat ditenagai langsung dari baterai asam timbal. Untuk memenuhi persyaratan uji baterai otomotif, ujung depan mencakup komponen berikut: attenuator tegangan untuk memantau tegangan baterai; penguat penguatan yang dapat diprogram yang, bila digunakan dengan resistor 100mΩ, mendukung pengukuran arus skala penuh hingga 1A hingga 1500A; Dan mendukung penghitungan Coulomb tanpa pemantauan perangkat lunak; dan sensor suhu on-chip. 
Gambar 2 menunjukkan solusi menggunakan perangkat terintegrasi ini. Gambar 2 Contoh solusi menggunakan perangkat terintegrasi beberapa tahun yang lalu, hanya mobil kelas atas yang dilengkapi dengan sensor baterai. Saat ini, semakin banyak mobil kelas menengah dan rendah dipasang dengan perangkat elektronik kecil, yang hanya terlihat pada model kelas atas sepuluh tahun yang lalu. Jumlah kegagalan yang disebabkan oleh baterai asam timbal telah meningkat. Dalam beberapa tahun, sensor baterai dipasang di setiap mobil, sehingga mengurangi risiko peningkatan kegagalan perangkat elektronik.
