利用精密電池檢測和傳感技術(shù)降低汽車電氣故障(2)

　　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)時測量這些因素。在啟動階段(引擎起動)，電池處在最大負(fù)載下，此時最能反映電池的SoH。

　　Bosch、Hella等領(lǐng)先汽車電池傳感器開發(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 所示為電池檢測常用的分立電路。

　　圖1:分立電池檢測解決方案

　　該電路可以分為三個部分：

　　(1) 電池檢測：電池電壓通過一個直接從電池正極分接出來的阻性衰減器來檢測。為檢測電流，將一個檢測電阻(12V應(yīng)用一般使用100mΩ)放在電池負(fù)極與地之間。在這種配置中，汽車的金屬底盤一般為地，檢測電阻安裝在電池的電流回路中。在其它配置中，電池的負(fù)極是地。對于SoH計(jì)算，還必須檢測電池的溫度。

　　(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(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、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8 ksps、16位Σ-Δ ADC，一個20.48

　　MHz ARM7TDMI MCU，以及一個集成LIN v2.0 兼容收發(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(jì)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。

　　圖2:采用集成器件的解決方案示例

　　幾年前，只有高檔汽車才配有電池傳感器。如今，安裝小型電子裝置的中低檔汽車越來越多，而十年前只能在高端車型中見到。鉛酸電池所引起的故障數(shù)量因此不斷增加。過不了幾年，每輛汽車都會安裝電池傳感器，從而降低日益增多的電子裝置引發(fā)故障的風(fēng)險。