汽車應(yīng)用

　　現(xiàn)代汽車的電氣負(fù)荷

　　在現(xiàn)代汽車應(yīng)用中知道電池的健康和充電狀態(tài)非常重要。諸如起停、線控驅(qū)動(dòng)和液壓系統(tǒng)向電氣系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變等創(chuàng)新技術(shù)增加了汽車電池系統(tǒng)的負(fù)荷，而駕駛員已經(jīng)將其自身和周圍其他人的安全寄托在該系統(tǒng)上。IBS讓汽車能夠按照從“舒適相關(guān)”到“安全攸關(guān)”的等級(jí)來(lái)區(qū)分這些電氣負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)。汽車因此能夠以合理的順序關(guān)停這些系統(tǒng)，以提醒駕駛員即將發(fā)生的電池問題，保證其人身安全。

　　起停技術(shù)

　　起停技術(shù)已在混合動(dòng)力車上使用多年，現(xiàn)在開始作為標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)用于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)（ICE）汽車。但起停技術(shù)仍有一個(gè)需要解決的重要問題，這就是12 V電池系統(tǒng)。僅僅在城鎮(zhèn)中一次正常駕駛期間的額外發(fā)動(dòng)機(jī)重啟次數(shù)就足以使用完傳統(tǒng)鉛酸電池的電量甚至給其造成損壞，這也是大多數(shù)具有起停功能的汽車使用吸附式玻璃纖維棉（AGM）電池的原因所在。雖然AGM電池增強(qiáng)了汽車使用起停技術(shù)的能力，但在汽車關(guān)閉自身后仍然需要繼續(xù)運(yùn)行的那些系統(tǒng)（包括ECU、安全監(jiān)控、照明、導(dǎo)航、空調(diào)控制及一般舒適系統(tǒng)）仍然留有問題。這些系統(tǒng)要消耗大量電池電量，如不進(jìn)行密切監(jiān)控，有可能使電池?fù)p壞。目前的起停系統(tǒng)通過(guò)在汽車停止時(shí)關(guān)閉舒適系統(tǒng)或者照例通過(guò)重啟發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)解決該問題，以確保電池在停車期間得到充電。合適的電池管理傳感器能夠更好地確保電池的安全工作。這可以通過(guò)使停止的汽車僅在絕對(duì)需要時(shí)重啟發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)一步改善燃油經(jīng)濟(jì)性。在電池狀況處于已知安全工作范圍內(nèi)時(shí)，它甚至允許汽車的舒適系統(tǒng)間歇性地啟動(dòng)和關(guān)閉，從而向駕駛員提供更舒適的車內(nèi)體驗(yàn)。

　　混合動(dòng)力車

　　混合動(dòng)力車有兩種主要類型：串聯(lián)式混合和并聯(lián)式混合。在串聯(lián)式混合中，內(nèi)燃機(jī)并不實(shí)際推動(dòng)汽車向前，而是用于給發(fā)電機(jī)供電和給車載電池充電。在并聯(lián)式混合中，電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)都連接到傳動(dòng)系統(tǒng)。這使兩套裝置能在高需求到來(lái)時(shí)立刻同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)力，或者在低需求時(shí)只通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力。這種模式允許內(nèi)燃機(jī)將電動(dòng)機(jī)用作發(fā)電機(jī)，在需要時(shí)給電池充電。兩種設(shè)計(jì)都可內(nèi)含高壓電池組，用于儲(chǔ)存供給電動(dòng)機(jī)的電力。為了從每種設(shè)計(jì)中獲得最大效率，該電池組需要由精確的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行密切監(jiān)控。

　　電動(dòng)車

　　電動(dòng)車基于純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，汽車上根本就沒有內(nèi)燃機(jī)。在純電動(dòng)車（FEV）中，轎車或卡車本身的電池是電動(dòng)機(jī)和所有標(biāo)準(zhǔn)電氣系統(tǒng)的唯一電力來(lái)源。良好的電池管理系統(tǒng)在此類汽車中比其他類型汽車中都更加重要。這是因?yàn)槿绻姵仉娏坑猛炅?，汽車就失去了?dòng)力來(lái)源。純電動(dòng)車中的電池通常由串聯(lián)或并聯(lián)的電池單元堆疊組成，用以獲得所需的輸出電壓。這些電池單元堆疊中的每一個(gè)都應(yīng)當(dāng)包含其自身的電池管理系統(tǒng)，以確保當(dāng)一個(gè)電池單元發(fā)生故障時(shí)不會(huì)連累整個(gè)電池系統(tǒng)。

　　其他傳感技術(shù)

　　開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器

　　可靠性是許多其他監(jiān)控技術(shù)在汽車應(yīng)用中表現(xiàn)不甚理想的原因之一。由于成本、尺寸和測(cè)量范圍的緣故，開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器實(shí)際上是唯一具有可比性的電池監(jiān)控技術(shù)。此種傳感器利用了霍爾效應(yīng)，亦即通過(guò)在帶電導(dǎo)線周圍形成的磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量流經(jīng)該導(dǎo)線的電流。電流互感器無(wú)法與直流汽車電氣系統(tǒng)一起使用，對(duì)于被測(cè)量的電流值而言，閉環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器成本太高，尺寸太大 ［1］。開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器的最大特點(diǎn)是，由于實(shí)際上它并不在電流路徑之中，所以在測(cè)量電流時(shí)沒有電能損耗，但這是以犧牲精度和可靠性為代價(jià)換來(lái)的 ［1］。

　　與分流器感測(cè)有關(guān)的問題

　　由于 IBS 在測(cè)量電流時(shí)要使用其核心元件電阻性分流器，因此存在與其“在電路中”有關(guān)的損耗。但通過(guò)使用阻值極低的分流器，該損耗對(duì)電流范圍的很大一部分發(fā)是可忽略的。例如，一個(gè)100μΩ分流器在100 A電流下只會(huì)造成1 W電能損耗。在使用12 V電池提供100 A電流的情況下，這相當(dāng)于0.083%電能損耗。對(duì)于在實(shí)際測(cè)試中觀測(cè)到的電流值，分流器損耗在3 A標(biāo)準(zhǔn)工作電流下為900μW，在350 A短時(shí)最大起動(dòng)電流尖峰下為 12.25 W。在實(shí)際測(cè)試中，35英寸、4-AWG 正極電池電纜的阻值為788μΩ ［2］。這意味著僅正極電池電纜中的電能損耗就為IBS中的電能損耗的近八倍之多。使用此類低阻值分流器應(yīng)當(dāng)允許IBS單元在± 600 A（連續(xù)）和 ± 2，000 A（不超過(guò)900 J的脈沖應(yīng)用）的電流范圍內(nèi)工作。

　　因?yàn)榛魻栃?yīng)傳感器并不直接連接至帶電導(dǎo)線，因此外力會(huì)造成磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果具有顯著誤差 ［1］。單是地球磁場(chǎng)就會(huì)造成 0.4 A 誤差，更不用說(shuō)提汽車內(nèi)部的其他線圈、導(dǎo)體和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)了 ［1］。“在電路中”意味著與霍爾效應(yīng)傳感器相比，使用 IBS 時(shí)由外部干擾造成的誤差小很多。在任何車內(nèi)條件下，IBS 單元的最大電流感測(cè)誤差應(yīng)當(dāng)為 0.5 % + 偏差（30 mA），這與使用霍爾效應(yīng)傳感器時(shí)可觀測(cè)到的由地球磁場(chǎng)引起的誤差是相同的（只需改變 80A 電流的流動(dòng)方向即可測(cè)量到這一誤差）［1］。

　　開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器存在與其本身有關(guān)的自然偏差，甚至在零電流時(shí)也是存在的 ［1］。該偏差受溫度影響很大，即使是優(yōu)良的傳感器也有可達(dá)0.5%的標(biāo)準(zhǔn)偏移。要解釋該偏差改變的原因需要一個(gè)額外溫度傳感器 ［1］?；魻栃?yīng)傳感器的最后缺點(diǎn)是，由于輸出如此嚴(yán)重依賴于傳感器的位置，所以可能需要進(jìn)行電路內(nèi)校準(zhǔn)。IBS的電流測(cè)量全都以0 A為中心，除了噪聲以外，無(wú)需考慮自然偏差的問題。電阻性分流器的電阻溫度系數(shù)（TCR）在IBS的寬工作溫度范圍內(nèi)會(huì)造成讀數(shù)誤差。通過(guò)處理技術(shù)和使用現(xiàn)有的車載傳感器，可計(jì)算出該系數(shù)并且只會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果具有最小影響，絕不會(huì)超出額定精度。這些計(jì)算和其他計(jì)算全都預(yù)裝于IBS單元，所以它真的是一種即插即用器件，無(wú)需二次或系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)。