汽车传感器和汽车电子应用中的电池

汽车电子设计 2020-07-10





在这次的慕尼黑电子展上,很多元器件方面的创新还是深刻的影响着汽车的发展,本文主要就村田展台上,汽车电子中使用的一些锂离子电池和传感器方面展开介绍。

01


 汽车电子应用中的电池


                                

除了动力电池以外,汽车内还有一些比较重要的部件和功能需要搭载电池,如下所示,其中绿色的为可充电电池的应用,蓝色的为一次电池的应用。从按照用途分类,可以分为主电源供电:类似TPMS和车钥匙需要自己单独供电;还有就是备用电源:在主电源(发电机或者DC-DC)故障时,作为备用电源为设备供电,最主要的涉及到通信(如T-box),底盘和ADAS安全部件或者系统的备电。 


图1 村田电池在汽车中的应用 


1) TPMS电池 在TPMS应用中,电池和传感器封装在一起,安装于轮胎内。这对电池提出了非常高的要求。如下所示: 车辆任何的加速减速转弯的行为都会使得轮胎和地面发生摩擦产生热量,TPMS的电池会时常工作在高温环境中,需要电池耐热。同时由于轮胎吸收路面的震动和轮胎滚动中的离心力,用以引发电池的漏液导致电池失效,因此TPMS电池还需要能够承受震动和离心力。


图2 TPMS的电池要求 


传统的纽扣电池-30~70度的范围无法满足TPMS对温度的要求,需要将电池的工作温度扩展到-40~125度,这非常考验电池厂商的技术能力。 

图3 可以工作在-40度~125度的村田纽扣电池 


图4村田纽扣电池特有的防漏设计 


为了应对震动和离心力,电池内部的结构上也需要做相应的设计,例如使用防漏垫片来避免电池漏液的风险。这同样考验电池厂家的设计能力。

2) T-box的备用电池 T-box往往会集成eCall紧急呼叫功能,这就要求T-box有极高的可靠性。目前主流的T-box设计中都会用到可充电的电池来作为灾备电源使用,因此需要电池有着非常高的安全性和耐久性。业内一般用电池的高温放电稳定性和高温(45度或者60度)循环寿命来评估电池的安全性和耐久性。其原理是:高温(无论是外部环境还是自身短路)是引发电池安全事故和加速电池老化的主要因素,如果电池在高温下可以放电更稳定,充放电循环更耐久的话,就足以证明该电池有着很高的耐热性,不但可以满足一些车规方面的温度要求,同时也能证明电池的高安全性。 

图5 村田18650FTC1电池的高温放电测试 

图6 村田FTC系列电池的10年循环寿命实测 


无论是厂家和消费者都希望可以用上高性能的电池产品,但客观来说,高性能的电池往往意味着更高难度的工艺和技术,成本也较高。在实际性能和成本折衷过程中,动力电池是往成本折衷,而其他电池是更贴近高性能取向,“取舍是技术,也是一门艺术”。

02


传感器产品


                                

 村田提供的产品都是ECU里面使用的感知器件,起到了非常大的作用,这些数据将是汽车感知运动和保护乘客安全的核心,主要的两款6轴惯性传感器-SCHA600和第3代组合传感器-SCC3000两款产品,有不少亮点 

1) 安全传感器 SCC3000系列第3代组合传感器是村田主动安全系统的新产品,采用陀螺仪传感器和三轴加速度传感器的集成一体化设计,通过静电容量式3D-MEMS技术实现高精度、高可靠性,能够应用于车身控制装置、坡道起步辅助、大灯调平及恶劣环境下的惯性测量。具有良好的灵敏度、优异的偏置稳定性,并配备自我诊断功能,采用了通用SPI接口加强系统稳定性。 主要应用于汽车关键安全应用中,如防滑装置、电子稳定系统、翻滚检测传感器、导航系统、驾驶辅助系统、惯性测量装置、坡道起步辅助等。 


图5 加速度传感器结构原理 


2) 6轴惯性传感器 SCHA600系列6轴惯性传感器适用于车辆位置检测及导航,车辆状态检知及稳定性控制等领域,以厘米级精度提供车辆动态和车辆位置信息,主要面向于L3的ADAS和更高阶的自动驾驶中。在室温条件下,该传感器的零偏不稳定性为0.9 °/h,陀螺RMS噪声水平低于0.007°/s,在偏置稳定性和噪声方面表现优异,具备广泛失效安全监测功能以及用于诊断的错误位,包括内部参考信号监测、用于验证通信的校验技术以及信号饱和/超量程检测。 

图6 SCHA6006轴惯性传感器 

小结:汽车电子的核心器件的迭代和ECU的开发息息相关,这些元器件的开发是真实的影响到了一台车的智能化,在过了软件阶段以后,汽车里面的元器件也会得到我们的重视。

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