如何延长汽车电池的使用寿命

如何延长电动车电池的使用寿命？每五起汽车故障都是由电池引起的。未来几年，随着电传操纵控制、发动机管理、混合动力(电/气)等汽车技术的日益普及，这个问题会越来越严重。为了减少故障，需要准确检测蓄电池的电压、电流和温度，对结果进行预处理，计算充电状态和运行状态，将结果发送给发动机控制单元(ECU)，控制充电功能。现代汽车诞生于20世纪初。第一辆车是手动启动的，需要很大的力气，风险也很大。汽车的“手摇曲柄”造成了许多致命事故。1902年，第一台电池启动电机研制成功。到了1920，所有的车都是电力启动的。一开始用的是干电池，电量用完了就必须更换。很快，液体电池(也就是古代的铅酸电池)取代了干电池。铅酸电池的优点是工作时可以从发动机上充电。上世纪铅酸电池变化不大，最后一次大的改进是密封。真正改变的是对它的需求。起初，电池只用于启动汽车，按喇叭和电源灯。现在在点火之前，汽车的所有电气系统都靠它供电。新电子设备的激增不仅仅是GPS和DVD播放器等消费电子设备。现在发动机控制单元(ECU)、电动车窗、电动座椅等车身电子设备已经成为很多基础车型的标准配置。负荷的指数增长已经产生了严重的影响，由电气系统引起的故障数量的增加就证明了这一点。根据ADAC和RAC的统计，几乎36%的汽车故障可归因于电气故障。如果我们分析这个数字，我们可以发现50%以上的故障是由铅酸电池引起的。以下两个关键特性可以反映铅酸电池的健康状况:(1)荷电状态(SoC): SOC表示电池能提供多少电量，以占电池额定容量的百分比表示(即新电池的SoC)。(2)工作状态(SOH): SOH表示电池能储存多少电量。充电状态充电状态的指示就像电池的“电量表”。计算SoC的方法有很多种，其中最常用的有两种:开路电压测量法和库仑法(也称电量法)。(1)开路电压(VOC)测量方法:蓄电池空载时的开路电压与其充电状态呈线性关系。这种计算方法有两个基本限制:第一，为了计算SoC，电池必须开路，不与负载相连；第二，这种测量只有在长期稳定后才是准确的。这些限制使得VOC方法不适合在线SoC计算。这种方法通常用在汽车修理厂，把电池拆下来，用电压表就可以测出电池正负极之间的电压。(2)库仑法:该方法利用库仑计数计算电流对时间的积分，从而确定SoC。使用这种方法，即使电池处于负载下，也可以实时计算SoC。但是库仑法的误差会随着时间的推移而增大。一般综合运用开路电压和库仑计数法来计算电池的荷电状态。运行状态与新电池相比，运行状态反映了电池的一般状态及其储存电荷的能力。由于电池本身的性质，SoH计算非常复杂，依赖于对电池化学成分和环境的了解。电池的SoH受多种因素影响，包括充电接受度、内阻、电压、自放电和温度。一般认为在汽车这样的环境中很难实时测量这些因素。在启动阶段(发动机启动)，电池处于最大负载下，最能反映电池的SoH。博世和海拉等领先的汽车电池传感器开发商实际使用的SoC和SoH计算方法是高度机密的，通常受到专利保护。作为知识产权的所有者，他们通常与Varta和Moll等电池制造商密切合作，开发这些算法。图1。分立电池检测解决方案该电路可分为三部分:(1)电池检测电池电压由直接从电池正极分接的电阻衰减器检测。为了检测电流，在电池负极和地之间放置一个检测电阻(12V应用一般使用100 mω)。在这种配置中，汽车的金属底盘一般是接地的，检测电阻安装在电池的电流回路中。在其他配置中，电池的负电极接地。对于SoH计算，还必须检测电池温度。(2)微控制器微控制器或MCU主要完成两项任务。第一个任务是处理模数转换器(ADC)的结果。这项工作可能很简单，比如只执行基本的过滤；也可以很复杂，比如计算SoC和SoH。实际功能取决于MCU的处理能力和汽车厂商的需求。第二个任务是通过通信接口将处理后的数据发送给ECU。(3)通信接口目前，LIN接口是电池传感器与ECU之间最常用的通信接口。LIN是众所周知的CAN协议的单线低成本替代方案。这是电池测试最简单的配置。然而，大多数精密电池检测算法需要同时采样电池电压和电流，或者电池电压、电流和温度。对于同步采样，最多需要增加两个模数转换器。此外，ADC和MCU需要调整电源才能正常工作，这导致电路复杂度增加。LIN收发器制造商通过集成稳压电源解决了这一问题。汽车精密电池测试的下一个发展方向是集成ADC、MCU和LIN收发器，例如ADI公司的ADuC703x系列精密模拟微控制器。ADuC703x提供两个或三个8 ksps、16位σ -δ型ADC、一个20.48MHz ARM7TDMI MCU和一个集成的LIN v2.0兼容型收发器。ADuC703x系列片内集成一个低压差调节器，可直接由铅酸电池供电。为了满足汽车电池检测的要求，前端包括以下器件:用于监测电池电压的电压衰减器；可编程增益放大器配合100 mω电阻使用时，支持测量从低于1A到1500A的满量程电流；累加器，支持库仑计数，无需软件监控；和片上温度传感器。图二。集成设备的解决方案示例几年前，只有高端汽车才会配备电池传感器。现在有小型电子设备的中低档车越来越多，十年前只有高端车型才有。因此，由铅酸电池引起的故障越来越多。几年后，每辆汽车都将配备电池传感器，从而降低因电子设备数量不断增加而导致的故障风险。