Система электроснабжения автомобиля: Система электроснабжения автомобиля.

Система электроснабжения автомобиля.

Система электроснабжения



Общие сведения об электроснабжении автомобиля

Все элементы электрооборудования автомобиля можно разделить на две группы: источники электрического напряжения (или система электроснабжения), и потребители электрической энергии.

Система электроснабжения предназначена для питания всех электропотребителей, выполняющих функции, необходимые для нормальной работы автомобиля. Основу автомобильных систем электроснабжения составляют портативные источники электроэнергии – аккумуляторы и генераторы.

Современный автомобиль оснащен различными устройствами, использующими для своей работы электрическую энергию. Такие устройства называются электропотребителями, которые в совокупности с источниками или накопителями энергии образуют систему электрооборудования автомобиля.

Применение электрических и электронных устройств для функционирования различных систем, приборов, элементов и механизмов автомобиля очень удобно с технической точки зрения, поскольку электроэнергию можно накопить, она легко передается на расстояние, ее легко получить преобразованием других видов энергии, и, что немаловажно – без какой-либо обработки использовать по назначению.

Проблемным остается лишь вопрос накопления электроэнергии впрок, поскольку современные накопители – аккумуляторы (аккумуляторные батареи) – обладают ограниченной емкостью, и не способны обеспечивать функционирование потребителей длительное время. По этой причине автомобили оборудуются электрическими машинами – генераторами, способными преобразовывать механическую энергию в электрическую, отбирая часть механической энергии у работающего двигателя. Полученная таким образом электроэнергия используется для функционирования потребителей при работающем двигателе, а также для пополнения и поддержания необходимого запаса в аккумуляторной батарее.

Основными потребителями электроэнергии в автомобиле являются система зажигания, микропроцессорная система управления впрыском и зажиганием, система пуска двигателя, системы освещения и сигнализации, контрольно-измерительные приборы и различное дополнительное оборудование и устройства. Количество электрооборудования на автомобилях с каждым годом увеличивается, поэтому разработчикам и конструкторам приходится постоянно трудиться над усовершенствованием системы электроснабжения.

Как правило, для питания приборов электрооборудования автомобилей используется электрический ток постоянного напряжения 12 или 24 В. В автомобилях используется параллельное подключение приборов, а поскольку основные элементы автомобиля изготовлены из металла, являющегося хорошим проводником тока, как правило, системы электрооборудования составляются по однопроводной схеме. Вторым проводом в этом случае является металлические детали автомобиля, т. е. его корпус или так называемая «масса».



Для описания работы электрооборудования используется электрическая принципиальная схема (рис. 1.1, а), которая дает полное представление о взаимодействии всех ее элементов и облегчает поиск неисправностей. Главные питающие цепи в принципиальной электрической схеме располагаются горизонтально, а потребители электроэнергии – между ними и «массой» автомобиля.

Схема соединений (рис. 1) показывает действительное расположение элементов электрооборудования на автомобиле и фактическое подключение их в бортовую сеть автомобиля с указанием выхода из пучка каждого провода, расположения переходных колодок, элементов защиты цепи и т. д.

Как правило, к «массе» автомобиля подсоединены отрицательные выводы электросети.

Источниками электроэнергии на автомобиле являются генератор и аккумуляторная батарея, которые включаются параллельно друг другу.

При работающем двигателе генератор является основным источником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потребителей и подзарядку аккумуляторной батареи. При неработающем двигателе функция источника электроэнергии переходит к аккумуляторной батарее, которая также должна обеспечивать надежный пуск двигателя.

Поскольку автомобильные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах, для автоматического поддержания электрического напряжения на заданном уровне применяют различные регуляторы напряжения.

***

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Система электроснабжения автомобиля

Категория:

   1Отечественные автомобили

Публикация:

   Система электроснабжения автомобиля

Читать далее:

Система электроснабжения автомобиля

Она предназначена для питания электроэнергией всех потребителей и поддержания постоянного напряжения в сети электрооборудования автомобилей.

Электрические неисправности системы электроснабжения определяют по показаниям контрольных приборов, а механические — внешним осмотром и по шуму при работе приборов.

Малый зарядный ток

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Иногда в системе электроснабжения при средней частоте вращения коленчатого вала двигателя и не полностью заряженной аккумуляторной батарее стрелка амперметра не показывает зарядный ток. Это бывает при неисправностях генератора или регулятора напряжения, когда регулируемое напряжение ниже необходимого значения.

Если же при средней частоте вращения коленчатого вала стрелка амперметра колеблется от нуля до +10 А (при этом мигает контрольная лампочка заряда аккумуляторной батареи), то это может происходить из-за ненадежного соединения в электрической цепи зарядного тока аккумуляторной батареи с генератором или из-за пробуксовки приводного ремня генератора.

Для этого следует проверить в первую очередь напряжение на выводах аккумуляторной батареи и зажимах генератора при неработающем двигателе с помощью дополнительного вольтметра.

При исправной цепи зарядного тока вольтметр, подключенный к зажимам «+» и «—» генератора, покажет напряжение аккумуляторной батареи. Если показания вольтметра окажутся ниже 12 В (номинального напряжения аккумуляторной батареи), то это будет свидетельствовать о нарушении электрических контактов в соединениях цепи зарядного тока, а полное отсутствие показаний вольтметра укажет на обрыв в этой цепи. В таком случае следует проверить места крепления наконечников проводов цепи зарядного тока, при необходимости зачистить их от загрязнений и надежно закрепить, уделив особое внимание креплению наконечников проводов, соединяющих генератор и регулятор напряжения, аккумуляторную батарею со стартером”, а также крепление двигателя с кузовом автомобиля.

Рис. 1. Схема проверки цепи зарядного тока: 1 — генератор; 2 — регулятор напряжения; 3 — выключатель; 4 — аккумуляторная батарея; 5 и 6 — вольтметры

После проверки следует убедиться в исправности цепи возбуждения генератора. Для этого необходи-мо подключить к зажиму 111 и корпусу генератора вольтметр и при включенном включателе (замке) зажигания проверить напряжение.

Если показания вольтметра будут не ниже 10В значит цепь возбуждения генератора исправна, а если ниже 10В, то это указывает на повышенное сопротивление в цепи возбуждения генератора. При отсутствии показаний вольтметра можно предположить наличие обрыва в цепи возбуждения генератора. В этом случае генератор требует замены.

Работоспособность генератора и регулятора напряжения можно проверить следующим образом. При средней частоте вращения коленчатого вала зажим Ш генератора соединяют запасным проводом с зажимом «+» аккумуляторной батареи, возбудив генератор непосредственно от аккумуляторной батареи. Если амперметр (на щитке приборов) показывает зарядный ток (лампочка заряда аккумуляторной батареи горит), это означает, что неисправен регулятор напряжения, а если зарядный ток отсутствует—неисправен генератор.

Выяснить какой именно прибор неисправен, генератор или регулятор напряжения, можно еще так. Пустить двигатель. При достижении частоты вращения коленчатого вала 1500 об/‘мин соединить на 1 — 2 с (но не более) дополнительным проводом зажимы ВЗ и 111 регулятора напряжения. Если стрелка амперметра резко отклонится в сторону заряда, то неисправен регулятор напряжения. Если же стрелка амперметра остается неподвижной, неисправен генератор.

Неисправный регулятор напряжения заменяют новым и только в исключительных случаях его ремонтируют квалифицированные специалисты на СТО. Обнаруженный неисправный генератор можно попытаться отремонтировать собственными силами, если неисправности не слишком сложные и не требуют специального оборудования и высокой квалификации электрика, например проверка и при необходимости замена выпрямительного блока генератора при пробое диодов. Диоды выпрямительного блока генератора проверяют обычно на СТО при помощи приборов. Однако при необходимости эту проверку можно выполнить самому с помощью контрольной лампы.

Так как в каждой секции выпрямительного блока смонтированы диоды обратной и прямой полярности, их следует проверить при различной полярности аккумуляторной батареи.

Для проверки диодов, подключенных к минусовой шине, сначала подсоединяют к ней провод от плюсового вывода аккумуляторной батареи, а другим проводом, соединенным с отрицательным выводом аккумуляторной батареи, поочередно касаются зажимов блока. Если цепь диода исправна, лампа горит. Затем подключают к минусовой шине провод от отрицательного вывода батареи, а другим проводом поочередно касаются зажимов блока.

Рис. 2. Схема проверки выпрямительного блока генератора: 1 — аккумуляторная батарея; 2 — минусовая шина; 3 и 5 — диоды; 4 — зажим блока; 6 — теплопровод; 7 — плюсовая шина; 8 — контрольная лампа

Если лампа не горит, то диод исправен. Аналогии но проверяют диоды, соединенные с шиной.

Неисправностью диодов может оказаться и их старение. Это повышает сопротивление в цепи выпрямленного тока и вызывает увеличение падения напряжения на зажимах диодов при прохождении тока в прямом направлении и увеличении силы обратного тока.

По этой причине аккумуляторная батарея не будет полностью заряжаться. Обнаруженную выпрямительную секцию с неисправным диодом следует заменить новой.

Для выяснения причин появления большого зарядного тока (амперметр показывает более 10А) вначале тщательно проверяют состояние электропроводки между генератором, реле-регулятором и аккумуляторной батареей, а также надежность их соединения с массой. Обнаруженные при проверке нарушения изоляции, короткие замыкания, загрязнения наконечников устраняют, после чего проверяют состояние контактов включателя зажигания.

Повышение сопротивления включателя зажигания при подгоревших контактах или их окислении вызывает снижение напряжения, подводимого к стабилитрону в транзисторных регуляторах напряжения или к основной обмотке в контактных регуляторах напряжения. По этой причине напряжение, поддерживаемое генератором, будет больше регулируемой величины, в результате чего в зарядной цепи устанавливается ток большой силы даже при полностью заряженной аккумуляторной батарее. Обнаруженный при проверке включатель зажигания с большим сопротивлением нужно заменить.

Убедившись в исправности электропроводки и надежной работоспособности включателя зажигания, следует проверить исправность регулятора напряжения способом, рассмотренным выше. В первую очередь выяснить, нет ли нарушения регулировки регулятора напряжения. Изменение установленного номинального значения напряжения генератора происходит чаще всего при увеличении натяжения пружины и при большом зазоре между якорьком и сердечником. Этот дефект устраняется регулировкой регулятора. При установке на автомобиле контактного или контактно-транзисторного регулятора напряжения можно самому изменить регулируемое напряжение в регуляторе в последовательности, указанной в инструкции завода, уменьшением натяжения пружины его якорька. Если такой регулировкой не будет достигнут положительный результат, то регулятор напряжения следует заменить новым своими силами.

При отказе регулятора напряжения в пути и при отсутствии запасного рекомендуется поступить следующим образом. Во избежание недопустимого перезаряда аккумуляторной батареи необходимо отключить провод от штекера генератора или от штепсельного разъема регулятора напряжения. При этом генератор не будет возбуждаться, и зарядка батареи прекратится. При движении автомобиля через каждые примерно 150 км следует подзаряжать аккумуляторную батарею в течение не более 30 мин. Для этого снова следует подключить провод к штекеру генератора или штепсельный разъем к регулятору напряжения.

Скорость движения автомобиля во время под-заряда аккумуляторной батареи должна быть средней в пределах 45—50 км.

Отсутствует зарядный ток

При работе двигателя (амперметр не показывает тока зарядки) не загорается контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи. Причин этому может быть несколько. Основные из них: обрыв цепи контрольной лампы заряда аккумуляторной батареи или перегорание ее нити накала, обрыв соединения между аккумуляторной батареей и выводом «30/1» включателя зажигания, повышенный износ или окисление контактов включателя зажигания вывода «30/1» и штекера «15», возможно повреждение реле указателя зарядки 5 или неисправности регулятора напряжения и генератора (короткое замыкание одного или больше отрицательных выпрямительных диодов генератора или замыкание статорной обмотки генератора на массу). Следует тщательно проверить и по возможности устранить обнаруженные неисправности.

Рис. 2. Схема соединения генератора с приборами электрооборудования: 1 — цепь питания потребителей; 2 — включатель (замок) зажигания; 3 — предохранители; 4 — цепь питания системы зажигания и контрольных приборов; 5— реле контрольной лампы заряда; 7— генератор; 8— регулятор напряжения; 9— аккумуляторная батарея; А — лампа для проверки цепи зарядного тока; В — лампа для проверки цепи возбуждения генератора

При обнаружении и устранении неисправностей необходимо соблюдать следующие рекомендации. Например, не допускать замыкание накоротко штекера регулятора напряжения или генератора, так как в этом случае возникает короткое замыкание, от которого перегорает плавкий предохранитель и могут быть повреждены контакты регулятора напряжения.

Для предотвращения повреждений выпрямительного блока генератора положительный вывод аккумуляторной батареи рекомендуется подключать только к выводу генератора. Нельзя допускать работу генератора, если аккумуляторная батарея не соединена с выводом генератора. Запрещается также замыкать накоротко вывод генератора на массу или на штекер.

Периодически необходимо следить, чтобы соединение на массу между двигателем и шасси было надежным, а гибкий провод, соединяющий двигатель с рамой, не имел повреждений. При проверке системы энергоснабжения не следует путать провод, подсоединяемый к штекеру генератора, с проводом, предназначенным для соединения с выводом без маркировки на генераторе. При ошибочном соединении этих проводов перегорает плавкий предохранитель регулятора напряжения, повреждаются его контакты и регулятор требует замены. Если при устранении неисправностей требуется замена вышедших из строя проводов в цепи соединения генератора с другими приборами, то следует использовать исправные провода с таким же сечением и длиной, которую имели первоначальные провода.

Нарушение нормальной работы приборов систем освещения и световой сигнализации происходит как правило, из-за износа или повреждения оптических элементов или нарушения надежных контактов в электрической цепи между оптическими элементами и источниками тока. Из-за обрыва провода в электрической цепи или короткого замыкания может не работать вся система освещения или не гореть отдельные лампы, возникает частое перегорание нитей накала ламп или ослабление света приборов. В электрических цепях освещения и сигнализации автомобиля устанавливают предохранители, которые в случае короткого замыкания защищают электропроводку и приборы от сгорания. Заменять перегоревший предохранитель новым следует только после того, как будет устранено короткое замыкание.

Способ устранения неисправностей в системе освещения и сигнализации следующий.

Причину отсутствия света в отдельных лампах (вызывается обычно перегоранием нити лампы, плохим контактом в ее патроне либо ненадежным соединением проводов в соединительных панелях и переключателях) определяют при помощи контрольной переносной лампы по схемам электрооборудования, представленным в инструкциях по эксплуатации легковых автомобилей.

Допустим, выяснили, что не горит фара или подфарник. Вначале следует снять стекло фары или подфарника, вынуть лампу и убедиться, не перегорела ли ее нить, а для полной уверенности включить проверяемую лампу последовательно в цепь контрольной переносной лампы, которая включается, например, одним концом провода к аккумуляторной батарее, а другим — к массе автомобиля.

Если проверяемая лампа исправна, убедиться, поступает ли ток к центральному контакту патрона, коснувшись его концом провода контрольной переносной лампы. Если лампа не горит, следует перенести провод к клемме переходной колодки. Лампа загорелась, значит обрыв находится в проводе, соединяющем центральный контакт патрона проверяемой лампы и переходную колодку. В таком случае провод следует заменить.

Бывает, что свет лампы фары или подфарника тусклый. В этом случае надо проверить надежность контакта в цепи, очистить и подтянуть соединения крепления лампы, убедиться, нет ли загрязнения рассеивателей или отражателей, не покрыта ли колба лампы темным налетом. Обнаруженные неисправности устранить. Отсутствие света в фарах или в подфарниках может быть вызвано перегоранием предохранителей или неисправностью переключателя света. В этом случае неисправные предохранители и переключатель света заменить.

Неисправности сигнала «Стоп» обнаруживают нажатием на тормозную педаль. Иногда во время торможения свет сигнала «Стоп» в заднем фонаре отсутствует. Если остальные потребители действуют нормально, неисправность сигнала «Стоп» может быть вызвана отсоединением проводов от включателя, его неисправностью. В таких случаях необходимо тщательно проверить надежность крепления включателя светового сигнала «Стоп», очистить от пыли и грязи его поверхность и зажимы, а также крепления проводов к ним. Если потребуется, обжать наконечники проводов, идущих к включателю светового сигнала «Стоп», а неисправный включатель заменить новым.

Обнаружение и устранение неисправностей в Других цепях освещения, сигнализации аналогично.

Рекламные предложения:

Читать далее: Кузов автомобиля

Категория: – 1Отечественные автомобили

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Система – электроснабжение – автомобиль

Система – электроснабжение – автомобиль

Cтраница 1

Система электроснабжения автомобилей и тракторов состоит из электрического генератора, регулятора напряжения и элементов их защиты от возможных аварийных режимов, а также контроля работоспособности. Генератор с регулятором напряжения образуют генераторную установку. Генераторные установки выпускаются на номинальные напряжения 14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем. Однако на дизельных автомобилях, например на автомобилях ЗИЛ 5301 ( Бычок), ЗИЛ 4331, ЗИЛ 133ГЛ, возможна и двухуровневая система: напряжение 14В непосредственно на генераторе для электроснабжения основных потребителей, а 28 В на выходе трансфор-маторно-выпрямительного блока для подзарядки аккумуляторной батареи, используемой при пуске двигателя.  [1]

Система электроснабжения автомобиля автономна. Следовательно, система электроснабжения автомобиля должна вырабатывать количество электрической энергии, полностью, покрывающее ее расходование на питание системы освещения, системы зажигания, системы пуска и прочих потребителей. Расход электрической энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, имеющий место при некоторых эксплуатационных режимах ( пуск, холостой ход и работа двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала), должен быть возмещен во время работы автомобиля в других режимах. Другими словами, система электроснабжения должна обеспечивать на автомобиле положительный зарядный баланс. Основой для расчета зарядного баланса является токоскоростная характеристика системы электроснабжения. Токоскоростная характеристика представляет собой зависимость максимально отдаваемого тока от частоты вращения генератора при напряжении 12 5 или 14 В для 12-вольтовых систем и 25 или 28 В для 24-вольтовых.  [2]

Система электроснабжения автомобиля обеспечивает электроэнергией потребители при работе их в широких скоростных и нагрузочных диапазонах.  [3]

Система электроснабжения автомобиля состоит из генератора и аккумуляторной батареи. Без аккумуляторной батареи езда на автомобиле невозможна, так как нельзя запустить двигатель.  [5]

В систему электроснабжения автомобиля входит генератор и защитное, регулирующее устройство к нему – реле-регулятор. При установке генератора переменного тока часто вместо реле-регулятора применяется только регулятор напряжения без каких-либо защитных реле. Регулятор поддерживает заданный уровень напряжения генератора при значительных изменениях нагрузки и частоты вращения ротора генератора. В отличие от стационарных систем электроснабжения частота вращения ротора автомобильного генератора изменяется в чрезвычайно широких пределах: от 750 – 1000 об / мин в режиме холостого хода до 8000 – 11000 об / мин на легковых и 4000 – 6000 об / мин на грузовых автомобилях при максимальной скорости движения. Любая частота вращения генератора может сочетаться с любым значением нагрузки от минимума до максимума.  [6]

В системах электроснабжения автомобилей продолжительность проводящих интервалов выпрямителя в режиме микроциклирования практически не зависит от значений сопротивления аккумуляторных батарей и нагрузки – продолжительность проводящего интервала всецело определяется отношением между ЭДС аккумуляторных батарей и ЭДС генераторной установки.  [8]

Положительные качества генератора как элемента системы электроснабжения автомобиля в полной мере проявляются лишь тогда, когда все другие элементы этой системы, в частности регу – лятор напряжения, отличаются надежностью, стабильностью работы, экономичностью и другими качествами. Поэтому разработке регуляторов напряжения уделяется большое внимание. Внедрены в производство контактно-транзисторные и бесконтактные транзисторные, а главное, интегральные ( рис. 47) регуляторы напряжения. Последние имеют меньшие размеры и массу, чем другие видь регуляторов, более высокую допустимую рабочую температуру, что-позволяет встраивать их в генераторы, а значит, упростить электрическую схему, увеличить максимальный ток возбуждения генератора, стабильность и точность регулирования напряжения. Немаловажно и то обстоятельство, что переход на встроенные регуляторы напряжения дает значительную экономию металлов, в том числе дефицитных.  [9]

Для борьбы с указанными выше неполадками в системе электроснабжения автомобилей были предложены и внедреньи регуляторы тока и регуляторы.  [10]

Система электроснабжения автомобиля автономна. Следовательно, система электроснабжения автомобиля должна вырабатывать количество электрической энергии, полностью, покрывающее ее расходование на питание системы освещения, системы зажигания, системы пуска и прочих потребителей. Расход электрической энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, имеющий место при некоторых эксплуатационных режимах ( пуск, холостой ход и работа двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала), должен быть возмещен во время работы автомобиля в других режимах. Другими словами, система электроснабжения должна обеспечивать на автомобиле положительный зарядный баланс. Основой для расчета зарядного баланса является токоскоростная характеристика системы электроснабжения. Токоскоростная характеристика представляет собой зависимость максимально отдаваемого тока от частоты вращения генератора при напряжении 12 5 или 14 В для 12-вольтовых систем и 25 или 28 В для 24-вольтовых.  [11]

При сочетании всех этих обстоятельств создается наиболее неблагоприятный режим работы системы электроснабжения. При этом режиме отношение продолжительности периода, в течение которого батарея разряжается, к общей продолжительности работы автомобиля достигает максимума и поэтому труднее всего обеспечить положительный зарядный баланс. Именно поэтому при проектировании системы электроснабжения автомобиля производится расчет зарядного баланса в наиболее тяжелом режиме.  [12]

Страницы:      1

Электрооборудование автомобиля – состав, устройство и принцип действия

Электрооборудование автомобиля — предназначено для выработки и передачи электрической энергии потребителям различных систем и устройств автомобиля.

Устройство электрооборудования автомобиля:

• Источники тока;
• Потребители тока;
• Элементы управления;
• Электрическая проводка.

• Все перечисленные элементы электрооборудования объединены в единую бортовую сеть автомобиля.
• Электрообоурдование автомобиля можно разделить на две части цепь низкого напряжения и цепь высокого напряжения.
• Цепь низкого напряжения обеспечивает электричеством потребителей освещения и сигнализации, а также работу системы пуска.

Система пуска двигателя обеспечивает первичное проворачивание коленчатого вала и работу двигателя во время его пуска. Наиболее распространен пуск двигателя электрическим стартером. В качестве стартеров применяют высокооборотные электродвигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением, конструктивно объединенные с шестеренным приводом. Для быстрого и конструктивного изучения устройства системы пуска двигателя воспользуйтесь схемой системы пуска.

1. Освещение и сигнализация – служат для освещения приборами дороги и  обозначения габаритов автомобиля, сигнализации выполняемых маневров.
2. Контрольно-измерительные и дополнительные приборы – служат для контроля работы и управления системами автомобиля.
3. Цепь высокого напряжения служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах, за счет системы зажигания.

В системе электрооборудования автомобиля обязательно есть источник вырабатывания тока и его потребитель. Их взаимосвязанная работа реализуется с помощью электрической проводки.

• К источниками тока можно отнести: аккумуляторную батарею (АКБ) и генератор.
• АКБ служит для питания потребителей низкой цепи электрическим током при неработающем двигателе, запуске двигателя, а также работе двигателя на малых оборотах.

Генератор предназначен для подзарядки аккумуляторной батареи (АКБ) и питания всех приборов электричеством во время движения автомобиля. Поэтому генератор является основным источником электрического тока.

К элементам управления относятся щитки предохранителей, блоки реле, электронные блоки управления. Их основная задача это обеспечение согласованной работы приборов электрооборудования. На современных автомобилях используются блоки управления.

Блок управления служит для:

• контроль потребителей;
• контроль напряжения;
• регулирование нагрузки;
• управление системой комфорта;

1. Потребители энергии бывают: Основные, длительные, кратковременные.
2. Основные:
3. — топливная система;
4. — система впрыска;
5. — система зажигания;
6. — система управления двигателем;
7. — автоматическая коробка передач;
8. — электроусилитель рулевого привода;
9. Дополнительные:
10. — система охлаждения;
11. — система освещения;
12. — система активной безопасности;
13. — система пассивной безопасности;
14. — система отопления;
15. — кондиционер;
16. — противоугонная система;
17. — аудиосистема;
18. — система навигации.
19. Кратковременные:
20. — системы комфорта;
21. — система пуска;
22. — свечи накаливания;
23. — звуковой сигнал;
24. — прикуриватель.

Автомобиль и электрооборудование

Современный автомобиль является средством транспорта и состоит из таких основных конструктивных блоков как несущий кузов, ходовая часть, силовой агрегат с двигателем и трансмиссией, система управления и, конечно же, электрики.

Электричество и автомобиль – два неразделимых понятия, тесно взаимосвязанных уже на протяжении более чем ста лет, с самого момента создания первой самодвижущейся конструкции.

Любой автомобиль обладает функциями, осуществление которых возможно лишь при помощи электроэнергии.

К числу таких важнейших функций можно отнести воспламенение топливной рабочей смеси в цилиндрах карбюраторных и инжекторных двигателей внутреннего сгорания, запуск двигателя, освещение дорожного пространства перед машиной и внутреннее освещение в салоне, световая индикация шкал приборов и различных сигнальных устройств, габаритные огни и т. д.

Основные потребители электроэнергии в автомашинах дополняются разнообразными электротехническими устройствами вспомогательного назначения, такими, как «дворники», сигналы звукового оповещения, радиооборудование и многими другими.

Питание всех электрических устройств и приборов осуществляется от источников тока. Весь комплекс электрических механизмов и приборов, включая источники электроэнергии, в совокупности образует систему автомобильного электрооборудования.

Аккумуляторная батарея, или сокращенно АКБ, состоит из блока свинцово-кислотных модулей-аккумуляторов постоянного тока (обычно в состав АКБ входит шесть таких модулей), представляя собой химический источник электроэнергии, служащий как для запуска двигателя посредством электростартера, так и для питания электрооборудования при незапущенном либо работающем на малых оборотах коленчатого вала в двигателе.

Автомобильный электрогенератор предназначен для обеспечения током всех электротехнических и электронных приборов и устройств автомашины при работе двигателя в режиме как средней, так и высокой частоты вращения коленчатого вала.

Автомобильные двигатели карбюраторного типа оборудованы системой зажигания, которая может быть контактной или бесконтактной.

Современные автомобили оснащаются бесконтактной электронной системой зажигания, выгодно отличающейся целым рядом существенных преимуществ перед морально устаревшей контактной системой.

К основным из таких достоинств можно причислить: увеличенный потенциал напряжения, поступающего на вторичную обмотку катушки зажигания; увеличенную мощность и большую продолжительность искрового разряда; контакты прерывателя не подлежат износу; повышенный срок эксплуатации свечей зажигания; более полное сгорание рабочей топливной смеси в цилиндрах автомобильного мотора; облегченный запуск двигателя; значительно более высокая приемистость и экономичность.

Надежный запуск двигателя может быть обеспечен лишь при частоте вращения коленчатого вала не менее 60-80 об/мин.

Достигнуть столь высокой скорости вращения вручную, при помощи давно ставшей достоянием истории заводной рукоятки, попросту невозможно, поэтому для запуска используется специальное устройство в виде электрического стартера, обеспечивающего водителю возможность пуска двигателя непосредственно из салона автомобиля.

Современные автомобили оснащаются специальными электрическими устройствами, препятствующими созданию в процессе работы систем автомобиля пульсирующих магнитных полей, генерирующих помехи, которые усложняют радио- и телевизионный прием. Минимизация воздействия помех обеспечивается посредством экранирования элементов в составе системы зажигания.

Кроме того, двигатель соединен с массой автомобиля через специальную плетеную из медных жил гибкую шину, а под головки болтов крепления устанавливаются шайбы – «звездочки», за счет чего обеспечивается хороший контакт между узлами и агрегатами.

С целью устранения радиопомех каждый провод высокого напряжения надежно «окутан» толстым слоем изолирующей оболочки из полихлорвинила, а система зажигания в целом комплектуется сопротивлением 6-12 кОм.

Надежность эксплуатации автомобиля, степень его экономичности, активной и экологической безопасности во многом зависят от безупречного функционирования системы электрооборудования.

Устройство автомобилей



Все элементы электрооборудования автомобиля можно разделить на две группы: источники электрического напряжения (или система электроснабжения), и потребители электрической энергии.

Система электроснабжения предназначена для питания всех электропотребителей, выполняющих функции, необходимые для нормальной работы автомобиля. Основу автомобильных систем электроснабжения составляют портативные источники электроэнергии – аккумуляторы и генераторы.

Современный автомобиль оснащен различными устройствами, использующими для своей работы электрическую энергию. Такие устройства называются электропотребителями, которые в совокупности с источниками или накопителями энергии образуют систему электрооборудования автомобиля.

Применение электрических и электронных устройств для функционирования различных систем, приборов, элементов и механизмов автомобиля очень удобно с технической точки зрения, поскольку электроэнергию можно накопить, она легко передается на расстояние, ее легко получить преобразованием других видов энергии, и, что немаловажно – без какой-либо обработки использовать по назначению.

Проблемным остается лишь вопрос накопления электроэнергии впрок, поскольку современные накопители – аккумуляторы (аккумуляторные батареи) – обладают ограниченной емкостью, и не способны обеспечивать функционирование потребителей длительное время.

По этой причине автомобили оборудуются электрическими машинами — генераторами, способными преобразовывать механическую энергию в электрическую, отбирая часть механической энергии у работающего двигателя.

Полученная таким образом электроэнергия используется для функционирования потребителей при работающем двигателе, а также для пополнения и поддержания необходимого запаса в аккумуляторной батарее.

Основными потребителями электроэнергии в автомобиле являются система зажигания, микропроцессорная система управления впрыском и зажиганием, система пуска двигателя, системы освещения и сигнализации, контрольно-измерительные приборы и различное дополнительное оборудование и устройства. Количество электрооборудования на автомобилях с каждым годом увеличивается, поэтому разработчикам и конструкторам приходится постоянно трудиться над усовершенствованием системы электроснабжения.

Как правило, для питания приборов электрооборудования автомобилей используется электрический ток постоянного напряжения 12 или 24 В.

В автомобилях используется параллельное подключение приборов, а поскольку основные элементы автомобиля изготовлены из металла, являющегося хорошим проводником тока, как правило, системы электрооборудования составляются по однопроводной схеме.

Вторым проводом в этом случае является металлические детали автомобиля, т. е. его корпус или так называемая «масса».



Для описания работы электрооборудования используется электрическая принципиальная схема (рис. 1.1, а), которая дает полное представление о взаимодействии всех ее элементов и облегчает поиск неисправностей. Главные питающие цепи в принципиальной электрической схеме располагаются горизонтально, а потребители электроэнергии – между ними и «массой» автомобиля.

Схема соединений (рис. 1) показывает действительное расположение элементов электрооборудования на автомобиле и фактическое подключение их в бортовую сеть автомобиля с указанием выхода из пучка каждого провода, расположения переходных колодок, элементов защиты цепи и т. д.

Как правило, к «массе» автомобиля подсоединены отрицательные выводы электросети.

Источниками электроэнергии на автомобиле являются генератор и аккумуляторная батарея, которые включаются параллельно друг другу.

При работающем двигателе генератор является основным источником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потребителей и подзарядку аккумуляторной батареи. При неработающем двигателе функция источника электроэнергии переходит к аккумуляторной батарее, которая также должна обеспечивать надежный пуск двигателя.

• Поскольку автомобильные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах, для автоматического поддержания электрического напряжения на заданном уровне применяют различные регуляторы напряжения.
• ***
• Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора



Главная страница

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Назначение и общая характеристика электрооборудования

Электрооборудование автомобилей КамАЗ и Урал — это сложный комплекс приборов, объединенных в самостоятельную электрическую систему, состоящую в свою очередь из систем электроснабжения, пуска, световой сигнализации, наружного и внутреннего освещения, звуковой сигнализации, отопления и вентиляции.

Система электрооборудования однопроводная, отрицательный полюс источников электроэнергии и потребителей соединен с «массой» автомобиля. Соединение отрицательного зажима аккумуляторной батареи с корпусом автомобиля производится дистанционным выключателем «массы».

Система электроснабжения предназначена для обеспечения электроэнергией потребителей. Источниками электроэнергии являются две аккумуляторные батареи повышенной емкости, соединенные между собой последовательно, и генератор, подключенный параллельно аккумуляторным батареям.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Соединяются агрегаты и приборы электрооборудования проводами различного сечения с полихлорвиниловой изоляцией. Провода, входящие в пучки, для облегчения их нахождения и удобства при монтаже имеют разные цвета. Соединение проводов между собой и присоединение к приборам осуществляются штепсельными разъемами.

Принципиальная схема электрооборудования автомобиля дана на рис. 3.1.

Особенностью схемы является наличие реле отключения обмотки возбуждения генератора при работе электрофакельного устройства.

Кроме того, в рабочем положении ключа выключателя приборов и стартера обесточивается кнопка 60 выключателя «массы», что предотвращает случайное выключение батарей автомобиля при работающем двигателе.

Выключать батареи можно только после отключения генератора от системы электрооборудования установкой ключа выключателя приборов и стартера в нейтральное положение.

Система пуска и предпусковой подготовки двигателя состоит из стартера, дополнительного реле стартера, реле блокировки стартера (РБС) выключателя приборов и стартера, дублирующего выключателя стартера, розетки внешнего пуска и электрофакельного устройства.

Система световой сигнализации предназначена для оповещения водителей других транспортных средств о совершении маневра или торможения, а также для сигнализации о состоянии узлов автомобиля, влияющих на безопасность движения.

Включение указателей поворота осуществляется комбинированным переключателем при рабочем положении выключателя приборов и стартера. В цепи питания указателей поворота имеется контактно-транзисторное реле, обеспечивающее прерывистое свечение указателей поворота автомобиля и прицепа.

О работе указателей свидетельствуют лампы (отдельно автомобиля и прицепа) в блоке 36 контрольных ламп.

При включении аварийной световой сигнализации мигают все правые и левые указатели поворота, установленные на автомобиле и прицепе, а также контрольные лампы, вмонтированные в ручку выключателя аварийной сигнализации. Контрольные лампы указателей в блоке контрольных ламп при этом могут не гореть.

Сигнал торможения в лампах задних фонарей включается при срабатывании тормозных механизмов колес. В этом случае замыкаются контакты пневматического датчика 66 сигнала торможения, срабатывает промежуточное реле и загораются лампы сигналов торможения задних фонарей. Сигнал торможения включается и при включении стояночного тормоза.

При этом замыкаются контакты датчика, установленного в третьем контуре пневмопривода тормозов, и загорается контрольная лампа в блоке. В цепи питания контрольной лампы включения стояночного тормоза установлено реле-прерыватель, вследствие чего лампа горит прерывистым светом.

Одновременно через промежуточное реле замыкаются цепи ламп сигналов торможения задних фонарей. Эти цепи защищаются термобиметаллическим предохранителем и включены в цепь источника питания через амперметр, минуя выключатель приборов и стартера.

Сигнализация о состоянии тормозной системы выведена в общий блок контрольных ламп, установленный на щитке приборов, и защищается предохранителем.

• Система внутреннего освещения предназначена для освещения рабочего места водителя и приборов.
• Соединение всех потребителей с источником питания выполнено по однопроводной схеме, исключая плафон вещевого ящика (его отрицательный вывод подан на панель предохранителей), плафоны кабины, розетку переносной лампы.
• Цепи ламп освещения щитка приборов, плафонов, подкапотной лампы, плафона платформы, розетки переносной лампы и семиконтактной розетки на раме защищаются предохранителями.

Система наружного освешрния обеспечивает безопасность движения автомобиля. Ближний и дальний свет фар и габаритные огни включаются комбинированным переключателем непосредственно от источника питания через амперметр, противотуманные фары — отдельным выключателем ВК34. Цепи ближнего и дальнего света фар защищаются отдельными предохранителями ПР310.

Рис. 3.1. Принципиальная схема электрооборудования автомобиля:
1, 9— боковые повторители указателя поворота; 2, 8 — передние фонари; 3, 7 — фары; 4.

6 — противотуманные фары; 5 — фонари аЕТопоезда; J0 — реле нагревателя топлива; 11 — транзисторный коммутатор высокого напряжения; 12 — пусковой подогреватель; 13 — термореле электрофакельного подогревателя; 14 — электрический сигнал; 15—подкапотная лампа; 16 — реле включения факельных свечей; 17—электродвигатель насосного подогревателя; 18 — реле включения сигналов; 19 — электродвигатель отопнтеля; 20—электромагнит включения пневмосигналов; 21 — реле сигнала торможения; 22. 84 — штепсельные розетки переносной лампы; 23 — реле включения стартера; 24 — зуммер; 25 — реле-прерыватель контрольной лампы включения стояночного тормоза; 26 — датчик указателя температуры жидкости; 28 — датчик контрольной лампы аварийного перегрева жидкости; 29 — контактор; 30 — реле-прерыватель указателей поворота; 31 — блок предохранителей; 32 — датчик указателя давления масла; 33 — датчик контрольной лампы аварийного падения давления масла; 34— реле отключения обмотки возбуждения генератора; 35 — электромагнит включения пневмосигналов; 36. 39 — блоки контрольных ламп; 37 — тахометр; 38 — спидометр; 40 — дублирующий выключатель стартера; 41— предохранитель; 42 — контактор электродвигателя подогревателя; 43— стартер; 44— включатель электромагнита моторного тормоза; 4S — включатель фонарей заднего хода; 46 — датчик указателя уровня топлива; 47 — датчик падения давления в воздушных баллонах передних тормозов; 48 — указатель температуры жидкости; 49— указатель уровня топлива; 50 — амперметр; 51 — указатель давления масла; 52 — лампа освещения шкалы манометра; 53—переключатель режимов работы двигателя отопителя; 54—переключатель; 55— регулятор напряжения; 56 — включатель фонарей автопоезда; 57 — включатель противотуманных фар; 58 — включатель плафона; 59— включатель аварийной световой сигнализации; 60 — кнопка дистанционного управления выключателем «массы»; 61 — выключатель приборов и стартера; 62 — реостат ламп освещения приборов; 63— выключатель электрофакельного подогревателя; 64, 71 — плафоны; 65 — датчик сигнализации блокировки межосевого дифференциала; 66 — включатель ламп сигналов торможения; 67, 70 — факельные свечи; 68 — электромагнит топливного клапана электрофакельного подогревателя; 69 — комбинированный переключатель света; 72 — выключатель предпускового подогревателя; 73 — выключатель «массы»; 74— аккумуляторная батарея; 75 — датчик сигнальной лампы стояночного тормоза; 76 — датчик падения давления воздуха в баллонах стояночного тормоза; 77— датчик падения давления воздуха в баллонах задних тормозов; 78— датчик падения давления воздуха в баллоне для питания потребителей; 79 — датчик тахометра; 80 — реле штепсельной розетки прицепа; 81 — датчик спидометра; 82 , 88 — задние фонари; 83, 87 — фонари заднего хода; 85 — штепсельная розетка прицепа с напряжением 24 В; 86 — штепсельная розетка прицепа с напряжением 12 В

Рис. 3.2. Генератор Г288:
1 — шкив: 2 — вентилятор; 3,9 — крышки; 4 — статор; 5 — вал; 6— ротор; 7 — блок выпрямителей; 8 — контактные кольца; 10 — щетка; 11 — щеточный узел; 12 — обмотка возбуждения; 13 — полюсный наконечник

Рекламные предложения:

Читать далее: Устройство и работа генератора

Категория: — Автомобили Камаз Урал

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Электрооборудование автомобиля

Электрооборудование автомобиля (другое наименование – электрическая система автомобиля) предназначено для выработки электрической энергии и питания различных систем и устройств автомобиля.

Электрооборудование автомобиля объединяет источники и потребители тока, элементы управления, электрическую проводку. Все конструктивные элементы электрооборудования объединены в бортовую сеть.

Источниками тока в автомобиле являются аккумуляторная батарея и генератор.

Аккумуляторная батарея предназначена для питания потребителей электрическим током при неработающем двигателе, запуске двигателя, а также работе двигателя на малых оборотах.

Основным источником электрического тока является генератор. Он обеспечивает питание электрическим током всех потребителей, а также зарядку аккумуляторной батареи.

Емкость аккумуляторной батареи и мощность генератора должны соответствовать мощности потребителей электроэнергии на всех режимах эксплуатации автомобиля, т.е. в системе должен поддерживаться энергетический баланс.

Потребителей энергии условно можно разделить на три группы: основные, длительные и кратковременные. Основные потребители энергии обеспечивают работоспособность автомобиля. К ним относятся: топливная система, система впрыска, система зажигания, система управления двигателем, автоматическая коробка передач, электроусилитель рулевого управления.

Длительные потребители — это система охлаждения, система освещения, системы активной безопасности, система пассивной безопасности, система отопления и кондиционирования, противоугонные системы, аудиосистема, система навигации.

К кратковременным потребителям относятся большинство систем комфорта, система запуска, свечи накаливания, звуковой сигнал, прикуриватель.

Элементы управления обеспечивают согласованную работу источников тока и потребителей электроэнергии. В системе используются следующие элементы управления: щитки предохранителей, блоки реле, электронные блоки управления. Они расположены, как правило, децентрализовано.

На современных автомобилях многие функции реле и выключателей возложены на электронные блоки управления, но полностью отказаться от этих устройств пока невозможно. Например, на блок управления бортовой сетью возложены следующие функции:

• контроль потребления энергии;
• контроль напряжения на клеммах аккумуляторной батареи и при необходимости повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;
• регулирование нагрузки за счет отключения отдельных потребителей, в основном из числа систем комфорта;
• управление системой освещения, стеклоочистителями, обогревателем заднего стекла и др.

В бортовой сети автомобиля помимо традиционной электрической проводки используются мультиплексные системы — т.н. шины данных, обеспечивающие соединение электронных блоков управления между собой и передачу сигналов управления в цифровом виде.

1. Система электроснабжения

Электрооборудование автомобилей

Введение

На современных автомобилях число изделий электрического и электронного оборудования постоянно возрастает. Пуск двигателя, управления им, зажигание рабочей смеси в его цилиндрах, обеспечение безопасности движения автомобиля и комфорта в салоне, освещение пути и передача информации о маневрах автомобиля другим участникам дорожного движения, осуществление контроля работы отдельных агрегатов и узлов, а также автомобиля в целом – все это функции электрооборудования.

С точки зрения системного подхода, электрооборудование может быть представлено в виде ряда самостоятельных функциональных систем в зависимости от их целевого назначения:

• система электроснабжения автомобиля;

• система электростартерного пуска ДВС;

• система зажигания;

• система освещения, световой и звуковой сигнализации;

• система управления ДВС;

• система управления ходовой частью;

• система управления оборудованием салона автомобиля;

• система информации и контроля технического состояния автомобиля и его агрегатов;

• электропривода вспомогательного электрооборудования;

• коммутационные, защитные устройства и электропроводка.

Система электроснабжения автомобиля включает в себя аккумуляторную батарею и генераторную установку (генератор и регулятор напряжения).

1. Аккумуляторные батареи

   1. Устройство и принцип действия

Стартерная аккумуляторная батарея выполняет по отношению к бортовой сети функцию химического накопителя электроэнергии, вырабатываемой генератором. Она должна быть в состоянии как кратковременно (особенно при низкой температуре) отдавать большой ток для работы электродвигателя стартера при пуске ДВС. Кроме того, она должна в течение более длительного, хотя и ограниченного времени (в частности, при работающем на холостом ходу или выключенном двигателе) полностью или частично снабжать электроэнергией другие важные потребители, входящие в бортовую сеть. В общем случае, для этого используется свинцово–сернокислотный аккумулятор. Типовое напряжение бортовой сети современных автомобилей 12 или 24 В. Обычное напряжение 12 В, а более высокое создается последовательным соединением нескольких 12–вольтовых аккумуляторов.

Активными материалами свинцового аккумулятора являются двуокись свинца в положительных пластинах, губчатый, высоко–пористый свинец Pb в отрицательных пластинах и служащая электролитом разбавленная серная кислота. Электролит является проводником ионов, как при зарядке, так и разрядке. Каждый из свинцовистых компонентов обладает по отношению к электролиту типичным электрическим (единичным) потенциалом; из этих потенциалов формируется поддающееся измерению извне напряжение каждой банки. В нейтральном состоянии оно составляет 2 В, возрастая при зарядке и падая при нагрузке. При разрядке свинец и двуокись свинца, реагируя с серной кислотой, превращаются в сульфат свинца

.

Моноблок аккумуляторной батареи представляет собой сосуд, разделенный перегородками на секции по числу аккумуляторов. На дне каждой секции расположены опорные призмы, между которыми имеется пространство для шлама (активной массы, выпадающей на дно секций при эксплуатации аккумуляторов). Это исключает короткое замыкание пластин.

Пластины состоят из решетки и пористой массы, заполняющей ячейки решетки. Решетка служит для удержания активной массы и равномерного распределения тока по всему объему. В старых конструкциях аккумуляторов использовались решетки, выполненные из свинцово–сурмянистого сплава, что приводило к повышенному расходу воды электролита, так как сурьма вступала в химическую реакцию с электролитом. Поэтому в процессе эксплуатации приходилось следить за уровнем электролита и при необходимости доливать воду (обслуживаемые аккумуляторы). В современных аккумуляторах решетки изготовляются из свинцово–кальциевого сплава, который не вступает в химическую реакцию. Расход воды в таких аккумуляторах минимален, поэтому они не требуют доливки воды (необслуживаемые аккумуляторы).

Сепараторы представляют собой пористые изоляционные прокладки, расположенные между положительными и отрицательными пластинами, предназначенные для предупреждения короткого замыкания пластин противоположного знака, фиксации расстояния между пластинами во время тряски и создания необходимого запаса электролита в пространстве между пластинами.

Система электроснабжения автомобиля, аккумуляторы

Система электроснабжения автомобиля предназначена для обеспечения электроэнергией, заданных параметров, потребителей. Поэтому при её отказе машина работать не будет, а при изменении параметров высока вероятность выхода из строя одного из потребителей, что опять же приведёт к невозможности эксплуатировать автомобиль.

Поэтому рекомендуется периодически производить профилактику составным элементам системы электроснабжения, чтобы предотвратить внезапный выход их изстроя при эксплуатации машины.

В состав системы входят:

• генератор;
• регулятор напряжения;
• аккумуляторная батарея.

Речь пойдёт об аккумуляторах, вернее не о самих аккумуляторных батареях (АБ), поскольку об их устройстве и ремонте написано достаточно много, а о продлении их срока службы и поддержании АБ в рабочем состоянии.

Это сейчас пожалуй более актуально, поскольку в большинстве случаев современные батареи выпускаются необслуживаемыми или малообслуживаемыми. Как правило в них уже залит электролит и их остаётся только подзарядить. В основном такие аккумуляторы не подлежат ремонту.

Поэтому больше внимания следует пожалуй уделить вводу АБ в эксплуатацию и поддержанию в рабочем состоянии аккумуляторов находящихся в эксплуатации и на хранении.

Автомобильные аккумуляторные батареи

Аккумуляторная батарея пожалуй является самым главным элементом в системе электрооборудования автомобиля. От её состояния зависит надёжный пуск двигателя (особенно в зимнее время), работа системы освещения (в ночное время) и т. д.

Поскольку несмотря на постоянное совершенствование выпускаемых аккумуляторных батарей, нет никакой гарантии, что они будут добросовестно работать если за ними не ухаживать.

На срок службы автомобильной аккумуляторной батареи значительное влияние оказывает степень её зараженности. Желательно, чтобы большую часть времени батарея была полностью заряжена, т. к. от этого зависит её надёжная работа и срок службы.

Если на Вашем автомобиле стоят хороший регулятор напряжения, генератор и ещё не старый аккумулятор, то скорее всего его состояние будет хорошим. Однако постоянная эксплуатация автомобиля в городском цикле (частое включение стартера и короткие переезды), в конце концов выведет из строя любой аккумулятор.

Вообще же в процессе эксплуатации обычно наблюдаются колебания степени заряженности АБ около некоторого среднего значения, называемого установившейся степенью заряженности. Её величина зависит от многих факторов.

Причём зимой установившаяся степень заряженности как правило значительно ниже, чем летом. Низкая степень заряженности (аккумулятор недозаряжен) в условиях холодного климата является главной причиной сульфатации пластин, а в тяжёлых случаях приводит к смене полярности отдельных элементов АБ.

Высокая же степень заряженности (аккумулятор перезаряжен) в условиях тёплого климата вызывает разрушение решётки плюсовых пластин и интенсивное осыпание активной массы с них.

Всё это приводит к отказам аккумуляторной батареи и сокращению её срока службы.

Поэтому, для того чтобы аккумуляторная батарея нормально отработала положенный срок (5 – 11 лет), необходимо выполнение определённых контрольных профилактических операций.

Во-первых, четыре – пять раз в год, в период эксплуатации, контролировать напряжение зарядки АБ на автомобиле, проверять уровень и плотность электролита, а так же содержать в чистоте сам аккумулятор и его клеммы (чтобы исключить увеличенную саморазрядку). Следует так же изредка производить контрольные циклы заряд -разряд, что позволит определить степень сульфатации рабочих пластин и задержать процесс их дальнейшей сульфатации.

Во-вторых, в период длительного бездействия или хранения АБ, особо необходима их периодическая подзарядка.

Для выполнения этих условий, необходим хотя бы минимальный инвентарь:

• ареометр, для измерения плотности электролита;
• нагрузочная вилка, для измерения напряжения на АБ, под нагрузкой и без неё;
• зарядное устройство, для доведения плотности электролита и напряжения аккумулятора до нормы.

Способы зарядки аккумуляторных батарей:

• зарядка при постоянном токе;
• контрольно-тренировочный цикл;
• зарядка при постоянном напряжении;
• зарядка импульсным током:
• зарядка пульсирующим током;
• зарядка ассиметричным током.
• зарядка по Вудбриджу (правило ампер-часов).

У каждого из способов есть свои положительные и отрицательные стороны, которые мы кратко и рассмотрим.

Зарядка при постоянном токе

Заряд батареи производится при постоянной величине зарядного тока, равной:

I = Q/10 – для кислотных аккумуляторов,

I = Q/4 – для щелочных аккумуляторов,

где Q – паспортная емкость аккумулятора, Ач, I – средний зарядный ток, А.

Кислотные аккумуляторы особенно чувствительны к отклонению параметров зарядки от номинальных. Установлено, что зарядка чрезмерно большим током приводит к деформации пластин и даже к их разрушению. Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное протекание электрохимических процессов в аккумуляторе и нормальную его работу в течение длительного времени.

Степень зараженности аккумулятора можно контролировать по значениям плотности электролита и напряжения (для кислотных аккумуляторов) и только напряжения (для щелочных аккумуляторов).

Окончание зарядки кислотного аккумулятора характеризуется установлением напряжения на одном элементе аккумуляторной батареи, равного 2,5 – 2,6 В.

Кислотные аккумуляторы чувствительны к недозарядкам и перезарядкам, поэтому следует своевременно заканчивать зарядку.

Щелочные АБ менее критичны к режимам. Для них окончание зарядки характеризуется установлением на одном элементе постоянного напряжения 1,6 -г 1,7 В.

Ниже мы будем рассматривать зарядку кислотных аккумуляторов, т. к. они более распространены и больше критичны к режимам эксплуатации и зарядки.

И так, для кислотных АБ рекомендуется ток заряда равный 0,1Q (0,1 от номинальной ёмкости при 20-часовом режиме разряда). Это значит, что для батареи ёмкостью 55 Ач ток заряда должен быть равен 5,5 А.

Для поддержания постоянства тока в течение всего процесса заряда необходимо регулирующее устройство.

Кроме того, надо периодически измерять плотность и температуру электролита, а также напряжение батареи, чтобы вовремя определить конец заряда. Если в течение 2 часов плотность электролита и напряжение батареи остаются постоянными, а при заряде заметно бурное газовыделение – батарея полностью заряжена.

Недостаток такого способа – необходимость постоянного (каждые 1 -ь 2 часа) контроля и регулирования зарядного тока, а также обильное газовыделение в конце заряда.

Для снижения газовыделения и повышения степени заряженности батареи целесообразно ступенчатое снижение силы тока по мере увеличения зарядного напряжения. Когда напряжение достигнет 14,4 В, зарядный ток уменьшают в два раза (2,75 ампера для батареи емкостью 55 Ач) и при таком токе продолжают заряд до начала газовыделения. При заряде батарей последнего поколения, которые не имеют отверстий для доливки воды, целесообразно при увеличении зарядного напряжения до 15 В ещё раз уменьшить ток в два раза.

Как уже писалось выше, батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение 1 – 2 часов.

Для современных необслуживаемых АБ такое состояние наступает при напряжении 16,3 – 16,4 В в зависимости от состава сплавов решеток и чистоты электролита.

Обычно новая, приведенная в рабочее состояние батарея заряжается от 3 до 8 ч. Чтобы не произошел взрыв выделяющихся в конце заряда газов, нельзя подносить к батарее открытое пламя или отключать зарядное устройство путем отсоединения проводов под нагрузкой, не следует в это время пользоваться нагрузочной вилкой или пробником. Если температура электролита при заряде поднимется выше + 45 °С, заряд прекратите и дайте электролиту остыть до +30 °С.

Если в конце заряда плотность электролита окажется меньше или больше требуемой, надо отобрать резиновой грушей часть электролита и столько же долить в батарею в первом случае концентрированного электролита плотностью 1,40 г/см , а во втором – дистиллированной воды. Затем продолжить заряд в течение получаса и снова проверить плотность электролита. Иногда может потребоваться несколько корректировок, прежде чем плотность электролита станет нормальной.

Как видите, при заряде способом постоянства тока все делается не спеша, заряжается батарея довольно долго и должна постоянно находится под контролем.

При заряде постоянным током в первую очередь насыщается поверхность электрода, и это мешает развитию процесса вглубь.

Впрочем, этим способом можно зарядить батарею и быстро. Для этого нужно только установить максимальный зарядный ток (ускоренный заряд), а все остальные операции делать так же, как и при обычном заряде.

Ускоренный, или форсированный заряд

Ускоренный, или форсированный, заряд служит единственной цели – в кратчайший срок привести разряженную батарею в работоспособное состояние, что

достигается применением больших зарядных токов.

Такой заряд батареи хотя и допустим, но старайтесь его избегать, потому что многократное его повторение значительно снижает срок службы батареи и поэтому в дальнейшем об ускоренном заряде мы говорить не будем.

Контрольно-тренировочный цикл

Контрольно-тренировочный цикл (сокращенно КТЦ) заключается в следующем. Батарею полностью заряжают постоянным током, затем разряжают током 10-часового режима до напряжения 10,2 В и вновь дают полный заряд. Этот цикл позволяет оценить фактическую емкость и реальные возможности «пожилой» батареи, а серия циклов в некоторых случаях несколько улучшает электрические показатели, если батарея ещё годна для дальнейшего использования.

Не следует только проводить эту операцию без нужды, поскольку каждый КТЦ отнимает частичку ресурса батареи. Принцип здесь таков: за свою жизнь аккумулятор может отдать вполне определенное количество энергии, а каждый полный разряд соответствует примерно 0,5 -И ,0 % этого количества.

Зарядка при постоянстве напряжения

При заряде этим методом степень зараженности АКБ по окончании заряда напрямую зависит от величины зарядного напряжения, которое обеспечивает зарядное устройство. Так, например, за 24 часа непрерывного заряда при напряжении 14,4 В 12-вольтовая батарея зарядится на 75 – 85 %, при напряжении 15В – на 85-90% , а при напряжении 16 В – на 95-97%. Полностью зарядить батарею в течение 20 – 24 часов можно при напряжении зарядного устройства 16,3 -16,4 В.

В первый момент включения, зарядный ток может достигать большой величины, в зависимости от внутреннего сопротивления (ёмкости) батареи. Поэтому зарядное устройство снабжают схемными решениями, ограничивающими максимальный ток заряда.

По мере заряда напряжение на выводах батареи постепенно приближается к напряжению зарядного устройства, а величина зарядного тока, соответственно, снижается и приближается к нулю в конце заряда (если величина зарядного напряжения выпрямителя ниже напряжения начала газовыделения). Это позволяет производить заряд без участия человека в полностью автоматическом режиме. Обычно критерием окончания заряда в подобных устройствах является достижение напряжения на выводах батареи при её заряде, равного 14,4 + 0,1 В. Однако, для удовлетворительного (на 90 – 95 %) заряда современных необслуживаемых батарей с помощью выпускаемых промышленностью зарядных устройств, имеющих максимальное зарядное напряжение 14,4 – 14,5 В, потребуется более суток.

Несомненно, этот способ очень удобен, так как регулировать зарядный ток и следить за состоянием батареи при заряде не нужно, газовыделения из батареи нет. Но зарядить батарею полностью этим способом нельзя. Поэтому, используя в основном способ заряда батареи при постоянстве напряжения, старайтесь периодически сочетать его с полным зарядом при постоянстве силы тока.

Примечание: методы зарядки при постоянном токе и при постоянном напряжении равноценны с точки зрения их влияния на долговечность батареи. С точки же зрения глубины и полноты заряда первый способ лучше. Но этот способ требует большего времени и постоянного контроля за процессом заряда.

Заряд при постоянстве напряжения хотя и не обеспечивает полного заряда батареи, позволяет поддерживать её в рабочем состоянии. Этим способом батарея заряжается и на автомобиле.

Какой способ применить – это, конечно, дело вкуса, но лучше не пожалеть времени и зарядить батарею при постоянстве силы тока или чередовать эти способы.

В процессе эксплуатации пластины автомобильных аккумуляторов постепенно сульфатируются, это всё больше снижает ёмкость батареи. Наиболее эффективные способы борьбы с сульфатацией – поочередный заряд-разряд аккумулятора или пропускание через него так называемого «асимметричного» зарядного тока.

Зарядка импульсным током

Под импульсным зарядом подразумевают применение тока, который изменяет свою величину или напряжение периодически, через определенные интервалы времени. По характеру этих показателей импульсный ток разделяют на две разновидности: пульсирующий и ассиметричный (разъяснения см. ниже).

Зарядка пульсирующим током

Пульсирующим током называют такой, у которого величина меняется в пределах от нуля до максимального значения, сохраняя неизменной свою полярность. Пример характеристики пульсирующего тока показан на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Заряд пульсирующим током: Сз – ёмкость, сообщённая аккумулятору за время импульса t.

Зарядка ассиметричным током

Асимметричный, или реверсивный, ток определяется наличием обратной амплитуды (см. пример на рис. 1.2), иными словами, в каждом цикле он меняет свою полярность. Однако количество электричества, протекающего при прямой полярности, больше, чем при обратной (отношение зарядной и разрядной составляющих равно 10:1, а длительностей импульсов – 1:2), что и обеспечивает заряд аккумулятора.

Этот способ позволяет не только восстанавливать работоспособность засуль-фатированных аккумуляторных батарей, но и проводить профилактическую обработку исправных.

Рис. 1.2. Заряд ассимитричным током:

Сз – ёмкость, сообщённая аккумулятору за время импульса tз;

Ср – ёмкость, снятая с аккумулятора за время импульса tр.

Зарядка по Вудбриджу (правило ампер-часов)

В 1953 году Вудбриджем был сформирован так называемый закон ампер-часа величина зарядного тока аккумулятора (в амперах) не должна превышать величины недостающего до полной ёмкости заряда (в амперчасах). Математически этот закон описывается экспонентой.

Источник: Ходасевич А. Г, Ходасевич Т. И., Зарядные и пуско-зарядные устройства, Выпуск 2.

Тест «Система электрооборудования»

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Омской области

«Седельниковский агропромышленный техникум»
 

ТЕСТ

«Система электрооборудования автомобиля»

МДК.01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей»

ПМ. 01 Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

по профессии 23.01.03 Автомеханик

Составил: Баранов Владимир Ильич мастер производственного обучения

 

Седельниково, Омская область, 2017

Целью настоящих тестов является закрепление студентами знаний, полученных при изучении теоретического материала по теме «Система электрооборудования автомобиля», входящей в состав МДК 01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» профессии 23.01.03 «Автомеханик».
Тесты составлены в соответствии с требованиями программы профессионального модуля ПМ.01 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», по профессии 23.01.03 «Автомеханик», 1 курс.

 

Тест «Система электрооборудования автомобиля»

Какие агрегаты относятся к системе электроснабжения?

а) генератор

б) стартер

в) реле-регулятор

г) электрическая лампа

Какие виды генераторов используются в автомобиле?

а) стационарные

б) высокочастотные

в) переменного тока г) низкочастотные

3.

Из каких основных элементов состоит генератор переменного тока автомобилей?

а) ротор, статор, обмотка возбуждения

б) тяговое реле, подшипник скольжения, ремень

Вв кронштейн, крышка подшипника

г) приводная шестерня, обмотка реле

4.

Для чего служит реле-регулятор?

а) для контроля сопротивления б) для автоматического в) регулирования напряжения

в) для регулирования силы тока

г) для регулирования силы света

5.

Какую функцию играет диодный мост в генераторе переменного тока автомобиля?

а) для регулирования напряжения генератора

б) для контроля силы тока

в) для регулирования сопротивления

г) для выпрямления (преобразовании) переменного ток в постоянный ток

6.

К основным параметрам аккумуляторной батареи что относится?

а) мощность б) электродвижущая сила

в) температура электролита

г) состояние электролита

7.

Что измеряет амперметр?

а) силу тока

б) сопротивление

в) напряжение

г) мощность

8.

Как подключается амперметр?

а) параллельно с аккумуляторной батареи

б) последовательно с аккумуляторной батареи в) по схеме треугольник

г) и параллельно, последовательно

9.

Какой из перечисленных ответов можно отнести к способу зарядки аккумуляторной батареи?

а) при постоянном токе

б) стационарный

в) переменный способ

г) номинальный

10.

Какие приборы используются для контроля зарядки аккумулятор­ной батареи?

а) амперметр

б) ваттметр

в) нагрузочная вилка г) тахометр

11.

Какие агрегаты и аппараты относятся к системе пуска двигателя внутреннего сгорания?

а) стартер

б) генератор

в) реле напряжения

г) тахометр

12.

Стартер не включается, не слышны щелчки срабатывания тягового реле. Причиной может быть?

а) неисправно тягового реле б) не заряжена аккумуляторная батарея

в) быстро разряжается аккумуляторная батарея

г) обрыв удерживающей обмотки

13.

Что называется емкостью аккумуляторной батареи?

а) количество силы тока, который отдает аккумулятор

б) количество напряжения, отдаваемое аккумуляторной батареей в) количество электричества, которое аккумулятор отдает при раз­рядке

г) количество электролита в литрах

14.

В чем измеряется емкость аккумуляторной батареи?

а) в ампер-часах

б) в амперах

в) в вольтах

г) в ваттах

15.

Какая кислота используется для приготовления электролита ак­кумуляторной батареи?

а) щелочная кислота б) серная кислота

в) уксусная кислота

г) любая химическая кислота

Эталон ответов:

Вопрос	1	2	3	4	5	6	7	8
Ответ	а	в	а	б	г	б	а	б
Вопрос	9	10	11	12	13	14	15
Ответ	а	в	а	б	в	а	б

Критерии оценок тестирования:

Оценка «отлично» 14 – 15 правильных ответов из 15 предложенных вопросов;

Оценка «хорошо» 11 – 13 правильных ответов 15 предложенных вопросов;

Оценка «удовлетворительно» 10 – 12 правильных ответов из 15 предложенных вопросов;

Оценка неудовлетворительно» 0 – 9 правильных ответов из 15 предложенных вопросов.

 

Список литературы

Кузнецов А.С. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: в 2 ч. – учебник для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. – М.: Издательский центр «Академия», 2012.

Кузнецов А.С. Слесарь по ремонту автомобилей (моторист): учеб. пособие для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. – 8-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013.

Автомеханик / сост. А.А. Ханников. – 2-е изд. – Минск: Современная школа, 2010.

Виноградов В.М. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Основные и вспомогательные технологические процессы: Лабораторный практикум: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / В.М. Виноградов, О.В. Храмцова. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012.

Петросов В.В. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.В. Петросов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.

Карагодин В.И. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.И. Карагодин, Н.Н. Митрохин. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.

Коробейчик А.В. к-68 Ремонт автомобилей / Серия «Библиотека автомобилиста». Ростов н/Д: «Феникс», 2004.

Коробейчик А.В. К-66 Ремонт автомобилей. Практический курс / Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов н/Д: «Феникс», 2004.

Чумаченко Ю.Т., Рассанов Б.Б. Автомобильный практикум: Учебное пособие к выполнению лабораторно-практических работ. Изд. 2-е, доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2003.

Слон Ю.М. С-48 Автомеханик / Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов н/Д: «Феникс», 2003.

Жолобов Л.А., Конаков А.М. Ж-79 Устройство и техническое обслуживание автомобилей категорий «В» и «С» на примере ВАЗ-2110, ЗИЛ-5301 «Бычок». Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002.

 

Компактные силовые установки для транспортных средств | Силовая электроника

Производители полупроводников разработали инновационные технологии производства, которые позволяют интегрировать несколько компонентов и кристалл преобразователя постоянного тока в один модуль. Производство такого модуля dc-dc включает в себя следующее:

• Защита связанного с ним кристалла от окружающей среды.
• Электронный путь от кристалла к его внешним цепям.
• Способ крепления модуля к плате.
• Достаточно контактов ввода / вывода для размещения сложных схем.
• Возможность интеграции нескольких компонентов в модуль.
• Средство для отвода тепла от модуля.

Монтаж на печатной плате

Модуль будет установлен на печатной плате, поэтому он должен использовать метод, используемый в полупроводниках. Один метод монтажа аналогичен корпусу полупроводников с плоскими выводами QFN, который физически и электрически соединяет полупроводники с печатными платами.Контактные площадки по периметру нижней части корпуса QFN обеспечивают электрические соединения с печатной платой (рис. 1) . Другие плоские полупроводниковые корпуса без выводов, которые могут быть использованы, – это рамка с микро выводами (MLF) и без выводов с малым контуром (SON).

1. Корпус QFN имеет контактные площадки на дне и открытую площадку для отвода тепла.

В корпусе QFN используются контактные площадки ввода / вывода по периметру для упрощения трассировки печатной платы, а технология открытой медной контактной площадки обеспечивает хорошие тепловые и электрические характеристики.Эти особенности делают QFN идеальным выбором для многих модульных приложений, где важны размер, вес, тепловые и электрические характеристики. Формат пакета QFN предлагает следующие преимущества:

• Пониженная индуктивность выводов
• Малогабаритная опорная поверхность, близкая к масштабу микросхемы
• Тонкий профиль
• Малый вес

Если необходимо обеспечить большое количество выводов ввода-вывода, можно использовать технологию сборки массива наземной сетки (LGA) с прямоугольной сеткой контактов на нижней стороне модуля (рис.2) . Не все строки и столбцы сетки нужно использовать. Модули LGA могут устанавливаться либо в розетке, либо припаиваться с использованием методов поверхностного монтажа.

2. Массив LGA имеет сетку контактов, которая соединена с сеткой контактов на печатной плате.

Шаровая сетка (BGA) – еще один вариант для получения нескольких контактов ввода / вывода (рис. 3) . Это устройство для поверхностного монтажа, используемое для постоянного монтажа полупроводников. BGA может иметь больше выводов для межсоединений, чем может быть размещено на корпусе с двумя линейными полупроводниками.

3. BGA использует решетку из шариков припоя для передачи электрических сигналов на / от печатной платы.

Шарики припоя

BGA могут быть равномерно разнесены друг от друга без случайного их соединения. Шарики припоя сначала помещаются в нижнюю часть модуля в виде сетки, а затем нагреваются. Используя поверхностное натяжение при плавлении шариков припоя, модуль можно выровнять с печатной платой. Шарики припоя охлаждаются и затвердевают при сохранении точного и постоянного расстояния между ними.

Усадка преобразователя мощности

Около пяти лет назад производители полупроводников начали производить модули преобразователей постоянного тока, которые включают компоненты, встроенные в модуль, а не внешние по отношению к устройству. Помимо предоставления места для интегрированных компонентов, новые производственные технологии должны были быть рентабельными. Индукторы были одними из первых пассивных компонентов внутри модуля. Это стало возможным благодаря работе на достаточно высокой частоте переключения, позволяющей использовать индуктор небольшого физического размера.

Помимо индуктора, новое поколение устройств объединяет большее количество компонентов. Примером может служить регулятор LTM8058 μModule, впервые разработанный Linear Technology, ныне Analog Devices (рис. 4) . Этот модуль объединяет контроллеры переключения, силовые полевые транзисторы, катушки индуктивности и все вспомогательные компоненты в стандартном модуле формата BGA. Для модуля требуются только внешние входные и выходные конденсаторы.

4. Внутренняя конструкция микромодуля LTM8058 (Analog Devices) включает изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный, который обеспечивает 2.Выход от 3 до 13 В при 440 мА. Он размещен в модуле BGA размером 9 × 11,25 × 4,92 мм.

В настоящее время микромодуль с наивысшим номинальным выходным током – это LTM4639, представляющий собой полнофункциональный высокоэффективный импульсный понижающий стабилизатор постоянного и переменного тока с выходом на 20 А. В комплект входят контроллер переключения, силовые полевые транзисторы, катушка индуктивности и компоненты компенсации. LTM4639 работает в диапазоне входного напряжения от 2,375 до 7 В и поддерживает диапазон выходного напряжения от 0,6 до 5,5 В, задаваемый одним внешним резистором.Требуется всего несколько входных и выходных конденсаторов.

Одним из способов охлаждения модуля является использование самой печатной платы для распределения мощности, рассеиваемой внутри модуля. Это можно сделать, разместив переходные отверстия под модулем и вокруг него для распределения тепла по слоям печатной платы. Переходные отверстия действуют как очень хорошие электрические проводники к внутренним плоскостям и служат тепловыми трубками, позволяя печатной плате действовать как теплоотвод.

Для достижения наилучших характеристик и надежности модуль следует эксплуатировать как можно более холодным, чтобы в лучшей конструкции было как можно больше переходных отверстий, которые могут соответствовать занимаемой площади модуля.Однако каждое переходное отверстие начинается как отверстие, просверленное в плате, что уменьшает количество меди, присутствующей на слоях печатной платы для обеспечения электропроводности. Возможно, слишком много переходных отверстий, поэтому следуйте рекомендациям вашей организации.

Упаковка

Analog Devices еще больше продвинула интеграцию компонентов с LTM4661, синхронным повышающим преобразователем µModule, который использует преимущества небольшого размера и минимального количества внешних компонентов, что позволяет ему поместиться в небольшом пространстве. Его 6,25 × 6.Модуль BGA размером 25 × 2,42 мм включает двухфазный импульсный контроллер постоянного и переменного тока, силовые полевые МОП-транзисторы, катушки индуктивности и компоненты вспомогательной схемы. Его единственные внешние требования – три конденсатора и один резистор, завершающие конструкцию. Он предназначен для работы от –40 до 125 ℃. Высокий уровень интеграции регуляторов μModule упрощает задачу проектирования печатных плат.

Стратегия проектирования LTM4661 (рис. 5) заключалась в том, чтобы минимизировать количество внешних компонентов за счет включения нескольких в устройство, в том числе:

• Резистор настройки частоты коммутации 28 кОм
• Резистор 100 кОм внутренний и 31.6 кОм резисторов внешней обратной связи (комплект V _OUT )
• Внутренняя сеть частотной компенсации
• Четыре мощных полевых МОП-транзистора
• Две катушки индуктивности (поскольку внутренняя архитектура LTM4661 представляет собой двухфазный синхронный повышающий стабилизатор с двумя выходами)

Компания Texas Instruments (TI) применила свои новые технологии производства для двух типов наномодулей: MicroSiP и MicroSiL. MicroSIL включает только катушку индуктивности, а MicroSiP, которое является действительно универсальным решением, включает входной конденсатор, выходной конденсатор и катушку индуктивности.Модули MicroSiL имеют тип крепления QFN, включая термопрокладку, которая помогает отводить тепло от этих более мощных устройств MicroSiL. Устройства MicroSiP работают при более низких токах. Большинство MicroSiP имеют максимальную высоту 1 мм, хотя некоторые – 1,1 мм. Устройства MicroSiL обычно имеют большую высоту из-за более высокой индуктивности, используемой для более высоких токов.

Глядя на MicroSiP, показанный на Рис. 6 , мы можем увидеть его зеленую ламинированную подложку FR-4 с красителем PicoStar; кремниевый кристалл встроен внутрь.Вдобавок сверху есть индуктор; высота пайки BGA снизу определяет размер MicroSiP.

6. Устройства MicroSiP сконструированы на подложке печатной платы, с индуктивностью микросхемы и керамическими конденсаторами, припаянными сверху, а паяные выступы BGA снизу.

MicroSiP имеет меньший размер решения, чем MicroSIL. Когда вы складываете компоненты вертикально, а не бок о бок на печатной плате, это уменьшает размер x и y. Высота, конечно, немного увеличивается, когда вы складываете компоненты друг на друга, но для многих приложений это не важно.Размер x, y у MicroSiP примерно на 45% меньше, чем у эквивалентного дискретного решения.

Интеграция всех компонентов в одну конструкцию дает воспроизводимые и ожидаемые характеристики электромагнитных помех и шума по сравнению с традиционной компоновкой печатной платы. И это верно для разных систем и разных проектов.

Нано-модуль с выходным током 1 А

LMZM23601 – это понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток MicroSiP, который преобразует входное постоянное напряжение от 4 до 36 В в более низкое постоянное напряжение с максимальной выходной мощностью до 1 А.Этот наномодуль включает в себя конденсатор V _CC , загрузочный конденсатор и катушку индуктивности. Устройство доступно на ленте и катушке и совместимо с захватом и перемещением (рис. 7) .

7. LMZM23601 представляет собой 10-контактный наномодуль размером 3,0 × 3,8 × 1,6 мм, который обеспечивает полный фиксированный выход 3,3 или 5 В с выходом 1 А. При добавлении входных и выходных конденсаторов площадь основания ² составляет 27 мм.

LMZM23601 требует очень мало внешних компонентов для полноценного преобразователя постоянного тока в постоянный.При 3,3 В или 5 В опция фиксированного выходного напряжения требует добавления только внешнего входа и выходного конденсатора. Версия с регулируемым выходным напряжением позволяет устанавливать выходное напряжение от 2,5 до 15 В с помощью двух дополнительных резисторов обратной связи.

TI также представила понижающий модуль на 5,5 В, который обеспечивает истинный непрерывный выходной ток 6 А с КПД до 95% (рис. 8) . Модуль DC-DC TPSM82480 объединяет силовые полевые МОП-транзисторы и экранированные катушки индуктивности в крошечный низкопрофильный корпус для приложений с ограниченным пространством и высотой, таких как телекоммуникации в точке нагрузки, сети и источники питания для испытаний и измерений.

8. Характеристики наномодуля TPS82480 6-A dc-dc компании Texas Instruments.

TPSM82480

TI с высокой степенью интеграции поддерживает требуемый выходной ток 6 А во всем температурном диапазоне без дополнительного воздушного потока. Это достигается с помощью двухфазной топологии управления, которая распределяет нагрузку между фазами, чтобы обеспечить высокую эффективность и сбалансированную работу. Дополнительные функции включают регулируемый плавный пуск, выбор напряжения (VSEL) для поддержки нескольких каскадов процессора и индикатор хорошего энергопотребления.

24-контактный модуль QFM похож на QFN, за исключением того, что у него другая компоновка контактных площадок.

Керамические силовые модули

Vicor использует другую модульную конструкцию. Его платформа ChiP (преобразователь, размещенный в корпусе) представляет собой керамический модуль постоянного тока (DCM), который использует усовершенствованные магнитные структуры, интегрированные в межсоединительные подложки высокой плотности с силовыми полупроводниками и управляющими ASIC (рис.9) . ЧИП обеспечивают превосходное управление температурой и высокую удельную мощность.

9. Семейство DCM Vicor с широким диапазоном входных сигналов (вход от 43 до 154 В) 3623 (36 × 23 мм) ЧИПы имеют выходное напряжение постоянного тока от 3,3 до 48 В и уровни мощности до 240 Вт.

Модуль ChiP представляет собой изолированный регулируемый преобразователь постоянного тока в постоянный, который может работать от нерегулируемого широкодиапазонного входа для генерации изолированного выхода постоянного тока. Благодаря топологии высокочастотного переключения при нулевом напряжении преобразователь постоянного тока обеспечивает высокий КПД во всем диапазоне входного напряжения.

Проекты комплексных систем электропитания для суровых автомобильных сред: занимают минимум места, сохраняют заряд аккумулятора, имеют низкий уровень электромагнитных помех

Достижения в области автомобильных технологий значительно увеличили содержание электронных компонентов в современных автомобилях, чтобы повысить безопасность, улучшить впечатления от вождения, обогатить развлекательные функции , и диверсифицировать источники энергии и энергии. Мы продолжаем направлять инженерные ресурсы на улучшение решений по управлению питанием для автомобильного рынка.Многие технологии, использованные в этих усилиях, привели к значительному повышению эффективности источников питания, компактности, надежности и характеристик электромагнитных помех.

Источники питания для автомобильных приложений должны работать без сбоев в суровых условиях – проектировщик должен учитывать все требования, включая сброс нагрузки, холодный запуск, обратную полярность батареи, двойной скачок батареи, скачки и другие переходные процессы, определенные в LV 124, ISO. 7637-2, ISO 17650-2 и TL82066, а также механическая вибрация, шум, чрезвычайно широкий диапазон температур и т. Д.В этой статье рассматриваются критические требования к спецификациям автомобильных источников питания и решения для соответствия автомобильным спецификациям, в том числе:

• Переходные процессы на входе автомобиля
• Диапазон входного напряжения
• Выходное напряжение / ток
• Низкий ток покоя (I _Q )
• Электромагнитные помехи (EMI)

Несколько примеров решений показаны, чтобы проиллюстрировать, как комбинации высокопроизводительных устройств могут легко решить то, что в противном случае было бы трудными проблемами автомобильного источника питания.

Суровые автомобильные среды

На рис. 1 показано полное решение для электропитания, отвечающее жестким требованиям автомобильных приложений. На передней панели LT8672 действует как идеальный диод, защищая схему от жестких условий под капотом и разрушительных неисправностей, таких как обратная полярность. За идеальным диодом следует семейство понижающих стабилизаторов с низким током покоя (I _Q ), которые имеют широкий входной диапазон – от 3 В до 42 В – для обеспечения регулируемых напряжений для ядер, ввода-вывода, DDR, и другие направляющие, необходимые для периферийных устройств.

Рис. 1. Обзор решений ADI Power by Linear для автомобильной электроники, отвечающих требованиям устойчивости к переходным процессам.

Эти регуляторы отличаются сверхнизким током покоя, что увеличивает время работы от батарей для постоянно включенных систем. Технология преобразования мощности с низким уровнем шума сводит к минимуму необходимость в дорогостоящем устранении электромагнитных помех, а также в циклах проектирования и испытаний для соответствия строгим автомобильным стандартам электромагнитных помех. Многоканальные понижающие стабилизаторы LT8603 с низким уровнем I _Q со встроенным повышающим контроллером предварительной регулировки представляют собой компактное решение с как минимум тремя шинами регулируемого напряжения для многих критически важных функций, которые должны работать в условиях холодного пуска.LT8602 может поставлять четыре шины с регулируемым напряжением, необходимые для многих приложений расширенной системы помощи при вождении (ADAS), таких как предупреждение о столкновении, смягчение последствий и мониторинг слепых зон.

На рисунке 2 показана традиционная автомобильная электрическая система, в которой двигатель приводит в действие генератор переменного тока. Генератор по существу представляет собой трехфазный генератор, переменный ток на выходе которого выпрямляется с помощью полного диодного моста. Выход этого выпрямителя используется для подзарядки свинцово-кислотного аккумулятора и питания цепей и устройств на 12 В.Типичные нагрузки включают ЭБУ, топливный насос, тормоза, вентилятор, кондиционер, звуковые системы и освещение. К шине 12 В добавляется все больше ADAS, включая периферийные устройства, устройства ввода-вывода, DDR, процессоры и их источники питания.

Рисунок 2. Типичная электрическая система автомобиля.

Электромобили несколько меняют картину. Двигатель заменен электродвигателем, в котором преобразователь постоянного тока преобразует высоковольтную литий-ионную (Li-Ion) аккумуляторную батарею 400 В в 12 В вместо генератора.Тем не менее традиционные генераторы переменного тока на 12 В должны остаться вместе с их переходными импульсами, включая быстрые импульсы.

Двигатель работает с максимальной эффективностью в узком диапазоне оборотов в минуту, поэтому выходная мощность генератора в установившемся режиме и напряжение батареи относительно стабильны, скажем, ~ 13,8 В в большинстве условий (подробнее об этом ниже). Каждая цепь, питаемая непосредственно от автомобильного аккумулятора, должна надежно работать в диапазоне от 9 В до 16 В, но надежные автомобильные электронные устройства также должны работать в нестандартных условиях, которые неизбежно возникнут в самый неудобный момент.

Несмотря на то, что выходная мощность генератора номинально стабильна, она недостаточно стабильна, чтобы избежать необходимости кондиционирования перед питанием других систем транспортного средства. Нежелательные скачки или переходные процессы напряжения вредны для последующих электронных систем и, если их не устранить должным образом, могут вызвать сбои в работе этих систем или необратимые повреждения. За последние несколько десятилетий многие автомобильные стандарты, такие как ISO 7637-2, ISO 16750-2, LV 124, TL82066, были разработаны для определения скачков и переходных процессов напряжения, с которыми могут столкнуться автомобильные источники питания, и установления требований к конструкции.

Одним из наиболее критических и сложных переходных процессов высокого напряжения является сброс нагрузки. В автомобильной электронике сброс нагрузки означает отключение аккумулятора транспортного средства от генератора переменного тока во время зарядки аккумулятора. Во время переходного процесса сброса нагрузки поле возбуждения генератора переменного тока остается высоким, учитывая его большую постоянную времени – генератор по-прежнему выдает большую мощность даже без нагрузки. Батарея представляет собой большой конденсатор и обычно поглощает дополнительную энергию, но когда она отключается из-за ослабления клеммы или других проблем, она больше не может предоставлять эту услугу.В результате вся остальная электроника видит скачок напряжения и должна выдерживать сброс нагрузки. Без подавления сброса нагрузки может генерироваться напряжение выше 100 В. К счастью, в современных автомобильных генераторах используются лавинные выпрямительные диоды, ограничивающие напряжение сброса нагрузки до 35 В, что все еще является значительным отклонением от нормы. Событие сброса нагрузки может длиться до 400 мс.

Еще одно событие высокого напряжения – это запуск от внешнего источника. Некоторые эвакуаторы используют две батареи последовательно, чтобы обеспечить эффективное начало прыжка и оживить разряженную автомобильную батарею, поэтому автомобильные цепи должны выдерживать удвоенное номинальное напряжение батареи 28 В в течение нескольких минут.Многие высоковольтные понижающие стабилизаторы Power by Linear ™, такие как семейства Silent Switcher ^® и Silent Switcher 2, включая LT8650S и LT8640S (таблица 1), работают при напряжении до 42 В, что превышает это требование. Напротив, варианты с более низким номинальным напряжением потребуют схемы фиксации, что увеличивает стоимость и снижает эффективность. Некоторые регуляторы Power by Linear, такие как LT8645S и LT8646S, рассчитаны на 65 В для работы в грузовых автомобилях и самолетах, где система 24 В. является нормой.

Таблица 1.Монолитные понижающие регуляторы Silent Switcher и Silent Switcher 2 для автомобильной промышленности

Устройство	Количество выходов	В IN Диапазон (В)	Выходной ток	Пиковая эффективность f SW = 2 МГц В IN = 12 В В OUT = 5 В	I Q при 12 В Вход (ТИП) (мкА)	Функция EMI	Пакеты
LT8650S	2	3 по 42	4 А на обоих каналах 6 А на любом канале	94.60%	6,2	Бесшумный переключатель 2	6 мм × 4 мм × 0,94 мм LQFN
LT8645S	1	от 3,4 до 65	8 А	94%	2,5	Бесшумный переключатель 2	6 мм × 4 мм × 0,94 мм LQFN
LT8643S	1	3.4 по 42	6 А непрерывный 7 А пиковый	95%	2,5	Silent Switcher 2 внешняя компенсация	4 мм × 4 мм × 0,94 мм LQFN
LT8640S	1	от 3,4 до 42	6 А непрерывный 7 А пиковый	95%	2,5	Бесшумный переключатель 2	4 мм × 4 мм × 0.94-мм LQFN
LT8609S	1	3 по 42	2 A непрерывный, 3 A пиковый	93%	2,5	Бесшумный переключатель 2	3 мм × 3 мм × 0,94 мм LQFN
LT8641	1	от 3 до 65	3,5 А непрерывный, 5 А пиковый	94%	2.5	Бесшумный переключатель	3 мм × 4 мм 18-выводной QFN
LT8640 LT8640–1	1	от 3,4 до 42	5 А непрерывный 7 А пиковый	95%	2,5	Бесшумный коммутатор LT8640: пропуск импульсов LT8640–1: принудительный непрерывный	3 мм × 4 мм 18-выводной QFN
LT8614	1	3.4 по 42	4 А	94%	2,5	Бесшумный коммутатор с низкой пульсацией в пакетном режиме	3 мм × 4 мм 18-выводной QFN
LT8642S	1	2,8 до 18	10 А	95%	240	Бесшумный переключатель 2	4 мм × 4 мм × 0.94-мм LQFN
LT8646S	1	от 3,4 до 65	8 А	94%	2,5	Бесшумный переключатель 2	6 мм × 4 мм × 0,94 мм LQFN

Другой переходный процесс напряжения возникает, когда водитель заводит автомобиль, а стартер потребляет сотни ампер тока от аккумулятора. Это снижает напряжение батареи на короткое время.В традиционном автомобиле это происходит только тогда, когда водитель заводит машину – например, когда кто-то заводит машину, чтобы ехать в супермаркет, и снова заводит ее, чтобы ехать домой. В современных автомобилях с функцией старт-стоп для экономии топлива события старт-стоп могут происходить несколько раз во время поездки в супермаркет – на каждом знаке остановки и на каждом красном светофоре. Дополнительные события старт-стоп создают значительно большую нагрузку на аккумулятор и стартер, чем в традиционном автомобиле.

Рисунок 3.LT8672 реагирует на переполюсовку аккумулятора.

Кроме того, если пусковое событие происходит холодным утром, стартер потребляет больше тока, чем при более высоких температурах окружающей среды, снижая напряжение аккумулятора до 3,2 В или ниже примерно на 20 мс – это называется холодным пуском. Есть функции, которые должны оставаться активными даже при холодном пуске. Хорошо то, что такие критически важные функции изначально не требуют значительного энергопотребления. Интегрированные решения, такие как многоканальный преобразователь LT8603, могут поддерживать регулирование, даже если их входное напряжение падает ниже 3 В.

ISO 7637-2 и TL82066 определяют многие другие импульсы. Некоторые из них имеют более высокое положительное или отрицательное напряжение, но также и более высокое полное сопротивление источника. Эти импульсы имеют относительно низкую энергию по сравнению с событиями, описанными выше, и могут быть отфильтрованы или ограничены при правильном выборе входного TVS.

Идеальный диод соответствует нормам автомобильной невосприимчивости

Активный контроллер выпрямителя LT8672 с высоким номинальным входным напряжением (+42 В, −40 В), низким током покоя, сверхбыстрой переходной скоростью отклика и сверхнизким контролем падения напряжения на внешнем полевом транзисторе обеспечивает защиту в автомобильных системах 12 В с чрезвычайно низким энергопотреблением. диссипация.

Обратная полярность батареи

Каждый раз, когда клеммы аккумулятора отсоединяются, есть вероятность, что полярность автомобильного аккумулятора будет изменена по ошибке, и электронные системы могут быть повреждены из-за отрицательного напряжения аккумулятора. Блокирующие диоды обычно размещаются последовательно с входами питания для защиты от реверсирования питания, но блокирующие диоды имеют падение напряжения, что приводит к неэффективной системе и снижению входного напряжения, особенно во время холодного пуска.

LT8672 является идеальной заменой пассивного диода для защиты последующих систем от отрицательного напряжения, как показано на рисунке 3.

В нормальных условиях LT8672 управляет внешним N-канальным MOSFET, чтобы сформировать идеальный диод. Усилитель GATE распознает DRAIN и SOURCE и управляет затвором полевого МОП-транзистора, чтобы регулировать прямое напряжение до 20 мВ. D1 защищает ИСТОЧНИК в положительном направлении во время скачков нагрузки и перенапряжения. Когда на стороне входа появляется отрицательное напряжение, GATE переводится в положение SOURCE, когда SOURCE становится отрицательным, отключая MOSFET и изолируя DRAIN от отрицательного входа. LT8672 может быстро выключить внешний полевой МОП-транзистор, благодаря возможности быстрого сброса (FPD).

Рис. 4. Осциллограмма ответа LT8672 на обратную полярность.

Наложенное переменное напряжение

Обычная помеха на рейке аккумуляторной батареи – это наложенное переменное напряжение. Эта составляющая переменного тока может быть артефактом выпрямленного выхода генератора переменного тока или результатом частого переключения сильноточных нагрузок, таких как двигатели, лампы или нагрузки с ШИМ-управлением. Согласно автомобильным спецификациям ISO 16750 и LV 124, на ЭБУ могут накладываться пульсации переменного тока, наложенные на его питание, с частотами до 30 кГц и амплитудами до 6 В (размах).На рисунке 5 высокочастотная пульсация переменного тока накладывается на линейное напряжение аккумуляторной батареи. Типичные идеальные диодные контроллеры слишком медленны, чтобы реагировать, но LT8672 генерирует высокочастотные импульсы затвора до 100 кГц для управления внешними полевыми транзисторами по мере необходимости для подавления этих пульсаций переменного тока.

Рис. 5. Осциллограмма реакции LT8672 на наложенное переменное напряжение.

Уникальная способность LT8672 отклонять общие компоненты переменного тока на шине питания является функцией его стратегии быстрого подтягивания (FPU) и FPD, а также его высокой способности управления затвором, когда драйвер затвора питается от встроенного регулятора наддува. .По сравнению с решением по питанию затвора с подкачкой заряда, этот повышающий стабилизатор позволяет LT8672 поддерживать стабилизированное напряжение 11 В, чтобы поддерживать внешний полевой транзистор включенным, обеспечивая при этом сильный ток истощения затвора для снижения коммутационных потерь для выпрямления высокочастотных пульсаций переменного тока. Его ток источника 50 мА обеспечивает сверхбыстрое включение полевого транзистора, сводя к минимуму рассеиваемую мощность; его пропускная способность по току 300 мА обеспечивает быстрое отключение, сводя к минимуму проводимость обратного тока. Кроме того, это значительно снижает ток пульсации в выходном конденсаторе.Типичные формы выпрямительных сигналов для наложенного переменного напряжения показаны на рисунке 6.

Рис. 6. Осциллограмма реакции LT8672 на наложенное переменное напряжение.

Кроме того, LT8672 эффективно снижает потери проводимости по сравнению с традиционным диодом Шоттки при тех же условиях нагрузки. Как видно на тепловых изображениях на Рисунке 7, решение с использованием LT8672 почти на 60 ° C холоднее, чем традиционное решение на основе диодов. Это не только повышает эффективность, но и устраняет необходимость в громоздком радиаторе.

Высокие пиковые узкие импульсы, которые появляются на входе автомобильных электронных систем, обычно поступают из двух источников:

• Отключение входного источника питания при наличии индуктивной нагрузки, включенной последовательно или параллельно.
• Процессы переключения нагрузки, влияющие на распределенную емкость и индуктивность жгута проводов.

Рисунок 7. Сравнение тепловых характеристик.

Некоторые из этих импульсов могут иметь пики высокого напряжения. Например, импульс 3a, определенный в ISO 7632-2, представляет собой отрицательный выброс, пиковое напряжение которого превышает -220 В, а импульс 3b определяет импульс с максимальным пиковым напряжением 150 В сверх начального напряжения батареи.Несмотря на то, что они обладают большим внутренним импедансом и очень малой продолжительностью, последующая электроника может быть легко повреждена, если они увидят эти импульсы.

Два TVS подходящего размера установлены в передней части для подавления таких всплесков. Фактически, некоторые из импульсов с низкой энергией могут быть поглощены непосредственно за счет эффекта фильтрации входного конденсатора и паразитной индуктивности провода.

Рис. 8. Сильный холодный кривошип для системы 12 В, определенной в LV 124. Рисунок 9. Событие холодного пуска.Регулятор с несколькими направляющими

преодолевает события холодного пуска

LT8602 предоставляет компактные решения для до четырех регулируемых шин (например, 5 В, 3,3 В, 1,8 В, 1,2 В) с диапазоном входного напряжения от 5 В до 42 В, подходящие для функций, которые не обязательно должны быть во время холодного пуска. В противном случае для функций, которые должны работать даже при холодном пуске, таких как контроллер свечи зажигания или сигнализация, решения, такие как LT8603, работают до входов 3 В (или ниже).

LV 124 определил наихудший случай холодного кривошипа, показанный на Рисунке 8.Это означает, что минимальное напряжение аккумулятора может упасть до 3,2 В и длиться 19 мс при запуске автомобиля. Эта спецификация ставит перед приложениями задачу поддерживать работу на уровне 2,5 В при столкновении с дополнительным падением напряжения на диоде из-за обратной защиты батареи в традиционном (неидеальном) решении. В схеме пассивной диодной защиты могут потребоваться повышающие-понижающие регуляторы вместо менее сложных и более эффективных понижающих регуляторов для обеспечения стабильного питания 3 В, часто необходимого для многих микроконтроллеров.

Контроллер LT8672 имеет минимальное входное рабочее напряжение 3 В _BATT , что позволяет активному выпрямителю работать через импульс холодного запуска с минимальным перепадом (20 мВ) между входом и выходом. Входные источники питания во время холодного пуска получают входное напряжение не ниже 3 В. Это позволяет использовать понижающий стабилизатор с минимальным рабочим напряжением 3 В и низкими характеристиками падения напряжения, например LT8650S, для создания источника питания 3 В.

Как и LT8650S, многие автомобильные ИС ADI Power by Linear имеют минимальное входное напряжение 3 В.

На рисунке 9 показано сравнение источника питания 1,8 В с LT8672 и традиционным диодом. Понижающий стабилизатор работает до 3 В. Как показано, с традиционным диодом напряжение V _IN на понижающем стабилизаторе падает примерно до 2,7 В, когда напряжение батареи V _BATT падает до 3,2 В из-за высокого падения напряжения. диода, вызывая отключение UVLO выходного импульсного регулятора, и его выход 1,8 В. коллапсирует. Напротив, напряжение на выходе LT8672 остается почти постоянным во время холодного запуска, а понижающий регулятор, расположенный ниже по потоку, может поддерживать значение 1.Выход 8 В.

Для выполнения множества критически важных функций требуются регулируемые шины 5 В и 3,3 В, а также шины менее 2 В для питания, ввода-вывода процессора и ядра в аналоговых и цифровых ИС. Если V _BATT упадет ниже его выходов или V _IN (MIN), чистый понижающий стабилизатор потеряет регулирование при прямом питании от V _BATT . Однако для таких критически важных функций обычно не требуется много энергии, поэтому можно использовать высокоинтегрированное компактное решение, такое как четырехканальный выход LT8603 6 мм × 6 мм, тройной монолитный понижающий преобразователь и повышающий контроллер.

Встроенный контроллер повышения напряжения LT8603 работает при напряжении ниже 2 В, что делает его идеальным предварительным регулятором для трех понижающих стабилизаторов. На рис. 10 показано современное решение Power by Linear для этих приложений, которое может выдержать холодный пуск. Два высоковольтных понижающих стабилизатора питаются от преобразователя предварительного повышения напряжения. Когда V _BATT падает ниже 8,5 В, контроллер повышения начинает переключаться, и выход (OUT4) регулируется до 8 В. Он может поддерживать выход стабилизированным входным напряжением до 3 В после запуска.Таким образом, два высоковольтных бакса могут работать в состоянии холодного кривошипа, обеспечивая при этом постоянные выходы 5 В и 3,3 В, как показано на рисунке 11. Как только напряжение V _BATT восстанавливается до значения выше 8,5 В из холодного кривошипа, контроллер наддува просто работает как сквозной диод. Высоковольтные понижающие трансформаторы могут выдерживать напряжение V _BATT до 42 В. Низковольтное понижающее напряжение питается от выхода OUT2, обеспечивая 1,2 В при холодном пуске.

Рис. 10. Решение LT8672 и LT8603 выдерживает события холодного запуска, которые проходят через события холодного запуска.Рис. 11. Комбинация LT8672 и LT8603 выдает выходы 5 В и 3,3 В, которые работают при холодном пуске.

Ultralow I

_Q увеличивает время работы от батареи для постоянно включенных систем

Для постоянно включенных систем, подключенных к V _BATT в течение недель или месяцев без подзарядки батареи, в некоторых случаях эффективность малой нагрузки и холостого хода более важны, чем эффективность при полной нагрузке. Семейство устройств Power by Linear со сверхнизким током покоя (I _Q ) сохраняет заряд батареи, выдерживая сложные переходные режимы и широкий диапазон входного напряжения, от 3 В до 42 В, и широкий диапазон температур.Чтобы оптимизировать эффективность и поддерживать регулирование при малых нагрузках и без нагрузки, регулятор работает в импульсном режиме ^® . Между пакетами все схемы, связанные с управлением выходным переключателем, отключаются, снижая входной ток питания до нескольких микроампер. Напротив, обычный понижающий стабилизатор может потреблять сотни сотен микроампер от V _BATT при регулировании без нагрузки, разряжая батарею на несколько порядков быстрее.

На эффективность пакетного режима при данной легкой нагрузке в основном влияют потери переключения, которые являются функцией частоты переключения и напряжения затвора.Поскольку для включения и выключения полевого МОП-транзистора и поддержания работоспособности внутренней логики требуется фиксированное количество энергии, более низкая частота переключения снижает потери заряда затвора и повышает эффективность. Частота коммутации в первую очередь определяется пределом тока импульсного режима, значением индуктивности и выходным конденсатором. Для заданного тока нагрузки увеличение предела импульсного тока позволяет передавать больше энергии в течение каждого цикла переключения, а соответствующая частота переключения ниже. При заданном предельном значении импульсного тока индуктивность большего значения накапливает больше энергии, чем меньшая, и частота переключения также ниже.По той же причине выходной конденсатор большего размера накапливает больше энергии и требует больше времени для разряда.

Рис. 12. Low I _Q LT8650S поддерживает очень высокую эффективность при малой нагрузке, что позволяет поддерживать постоянно работающие приложения без значительного разряда батареи.

На рисунке 12 показан синхронный понижающий стабилизатор I _Q LT8650S со сверхнизким КПД в решении, которое отличается высокой эффективностью в широком диапазоне входного напряжения и тока нагрузки. Благодаря встроенным полевым МОП-транзисторам это устройство может обеспечивать до 8 А общего выходного тока при фиксированных выходных напряжениях 3.3 В или 5 В. Несмотря на простую общую конструкцию и компоновку, этот преобразователь включает опции, которые можно использовать для оптимизации производительности конкретных приложений в системах с батарейным питанием.

В таблице 1 перечислены монолитные регуляторы с низким I _Q , которые хорошо подходят для автомобильного рынка, с входами до 42 В или 65 В. Типичный ток покоя для этих устройств составляет всего 2,5 мкА благодаря низкому I _Q технологии, разработанные Analog Devices. При минимальном времени включения 35 нс эти регуляторы обеспечивают 3.Выходное напряжение 3 В со входа 42 В при частоте переключения 2 МГц, что является обычным явлением в автомобильной промышленности.

Портфель бесшумных коммутаторов

упрощает разработку EMI

Автомобильные приложения требуют систем, которые не производят электромагнитных шумов, которые могут мешать нормальной работе других автомобильных систем. Например, импульсные источники питания являются эффективными преобразователями энергии, но по своей природе генерируют потенциально нежелательные высокочастотные сигналы, которые могут повлиять на другие системы.Шумы регулятора переключения возникают на частоте переключения и ее гармониках.

Пульсация – это шумовая составляющая, которая появляется на выходных и входных конденсаторах. Пульсации можно уменьшить с помощью конденсаторов низкого ESR и ESL, а также LC-фильтров нижних частот. Высокочастотный шумовой компонент, с которым гораздо труднее справиться, является результатом быстрого включения и выключения силовых полевых МОП-транзисторов. При проектировании, ориентированном на компактный размер решения и высокую эффективность, рабочие частоты переключения теперь увеличены до 2 МГц, чтобы уменьшить размер пассивных компонентов и избежать слышимой полосы.Кроме того, время переключения было сокращено до наносекундного диапазона для повышения эффективности – за счет снижения потерь переключения и потерь коэффициента заполнения.

Паразитная емкость и индуктивность как на корпусе, так и на печатной плате играют важную роль в распределении шума, поэтому, если шум присутствует, его может быть трудно устранить. Предотвращение электромагнитных помех осложняется тем фактом, что шум переключения охватывает диапазон от десятков МГц до более высоких частот. Датчики и другие инструменты, подверженные такому шуму, могут выйти из строя, что приведет к появлению слышимого шума или серьезному отказу системы.Поэтому были установлены строгие стандарты для регулирования EMI. Наиболее распространенным является CISPR 25 Class 5, в котором подробно описаны допустимые пределы для частот от 150 кГц до 1 ГГц.

Соответствие нормам EMI для автомобилей при высоком токе обычно означает сложную конструкцию и процедуру испытаний, включая многочисленные компромиссы в отношении занимаемой площади решения, общей эффективности, надежности и сложности. Традиционные подходы к управлению электромагнитными помехами путем замедления фронтов переключения или снижения частоты переключения имеют такие компромиссы, как снижение эффективности, увеличение минимального времени включения и выключения и больший размер решения.Альтернативные средства защиты, включая сложный громоздкий фильтр электромагнитных помех, демпфер или металлическое экранирование, значительно увеличивают затраты на место на плате, компоненты и сборку, усложняя управление температурой и тестирование.

Наша технология Silent Switcher решает проблему электромагнитных помех инновационным способом, обеспечивая впечатляющие характеристики электромагнитных помех в высокочастотных источниках питания с высокой мощностью. Устройства Silent Switcher 2 второго поколения упрощают конструкцию и производство плат за счет включения в корпус конденсаторов горячего контура.В понижающем стабилизаторе, таком как LT8650S на 42 В / 4 А, контур нагрева состоит из входного конденсатора и верхнего и нижнего переключателей. Другие зашумленные контуры включают схему управления затвором и схему заряда повышающего конденсатора. В устройствах Silent Switcher 2 конденсаторы горячего контура и теплого контура интегрированы в корпус и расположены таким образом, чтобы минимизировать электромагнитные помехи. Это снижает влияние окончательной компоновки платы на уравнение электромагнитных помех, упрощая проектирование и производство. Дальнейшее снижение пиковых EMI может быть достигнуто за счет использования дополнительной функции частотной модуляции с расширенным спектром, встроенной в эти части, что еще больше упрощает соблюдение строгих стандартов EMI.

Рис. 13. Конфигурация LT8672 и LT8650S для высокого выходного тока.

На рисунке 13 показано решение с низким уровнем шума I _Q и низким уровнем шума для сильноточного приложения для автомобильных входов / выходов и периферийных устройств. LT8672 на переднем конце защищает схему от обратных отказов батареи и высокочастотных пульсаций переменного тока с прямым падением напряжения всего в десятки мВ. LT8650S переключается на частоте 400 кГц с диапазоном входного напряжения от 3 В до 40 В и выходной мощностью 8 А при параллельной работе двух каналов.Два развязывающих конденсатора расположены рядом с входными контактами LT8650S. Благодаря технологии Silent Switcher 2 характеристики высокочастотных электромагнитных помех превосходны даже без установленного фильтра электромагнитных помех. Система соответствует максимальному и среднему пределу CISPR 25 класса 5 со значительными запасами. На рисунке 14 показаны результаты испытаний на среднее значение излучаемых электромагнитных помех в диапазоне от 30 МГц до 1 ГГц с вертикальной поляризацией. Полное решение отличается простой схемой, минимальным общим количеством компонентов, компактными размерами и характеристиками электромагнитных помех, невосприимчивыми к изменениям в компоновке платы (рисунок 15).

Рисунок 14. Характеристики электромагнитных помех LT8672 и LT8650S: от 30 МГц до 1 ГГц. Рис. 15. Готовое решение для источника питания на выходах 3,3 В и 5 В от автомобильного аккумулятора.

Заключение

Автомобильные приложения требуют недорогих, высокопроизводительных и надежных решений в области электропитания. Жестокая внутренняя среда заставляет разработчиков источников питания создавать надежные решения, учитывающие широкий спектр потенциально разрушительных электрических и тепловых событий. Электронные платы, подключенные к батарее 12 В, должны быть тщательно спроектированы для обеспечения высокой надежности, компактного размера и высокой производительности.Каталог устройств Power by Linear включает инновационные решения, специально предназначенные для автомобильных требований: сверхнизкий ток покоя, сверхнизкий уровень шума, низкий уровень электромагнитных помех, высокий КПД, широкий рабочий диапазон при компактных размерах и широкий диапазон температур. Устраняя сложность при одновременном повышении производительности, решения Power by Linear сокращают время проектирования источников питания, снижают затраты на решения и сокращают время выхода на рынок.

Источники питания для автомобилей | Блоки питания

Преобразователи и блоки питания для систем связи, автомобильной и морской промышленности

Независимо от того, устанавливаете ли вы радиосвязь, отслеживание данных, визуальные дисплеи или навигационное оборудование.На грузовике, автобусе, пожарной машине или даже на роскошной яхте. Для бизнеса, отдыха и часто для служб экстренной помощи вы знаете, что даже лучший продукт или новейшая технология хороши ровно настолько, насколько хорош источник питания.

Интеллектуальные зарядные устройства переменного тока серии IC в постоянный ток
Интеллектуальные зарядные устройства серии IC предлагают идеальный способ безопасной и надежной зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов любого типа. Прочный, полностью защищенный блок (IP65) может использоваться в различных приложениях, в том числе на грузовиках, внедорожниках, лодках, караванах, а также на складах и в мастерских.

Преобразователи напряжения 24Vdc – 12Vdc
Эти продукты предлагают удобный способ управления серийно выпускаемым оборудованием на 12 В постоянного тока, таким как сотовые телефоны, автомобильные развлечения, профессиональное коммуникационное и телематическое оборудование, холодильники, телевизоры и т. Д., От мобильных электрических систем 24 В постоянного тока, установленных на дизельных двигателях. автомобили и суда.

Серия PV-A Преобразователи с двойным выходом с переключаемым выходом – от 24 В до 12 В
Некоторое автомобильное оборудование, такое как In Car Entertainment (ICE), обычно имеет два соединения с электрической системой транспортного средства, одно для безопасности, а другое для включения и выключения оборудования .Схема безопасности определяет, когда оборудование было снято с транспортного средства, благодаря постоянному подключению к аккумуляторной батарее транспортного средства. Функция включения / выключения управляется с помощью выключателя зажигания, так что, когда ключ зажигания вынимается, оборудование ICE выключается, предотвращая разряд аккумулятора.

Преобразователи напряжения серии DD и DDi
Преобразователи 12В-12В, 24В-24В, 12В-24В и 48В-12В для широкого спектра применений
Если вам необходимо установить оборудование 24В на автомобиль 12В, тогда повышающий преобразователь от Серия DD предлагает быстрый и простой способ настройки вашей системы.Или, если вам нужно стабилизировать напряжение или изолировать источник питания, достаточно изоляторов серии DDi на 12 В – 12 В и 24 В – 24 В. Также доступны блоки 48–12 В для телекоммуникационных систем и вилочных погрузчиков.

Блоки питания 115/230 В переменного тока серии AD Блоки питания сети
в конфигурациях 12 В, 24 В и 48 В
Блоки серии AD могут использоваться для питания мобильных радиостанций и других устройств от сети переменного тока, используемой в офисах, переносных кабинах, коммуникационных кабинах и т. Д. телефонные станции, удаленные антенны, корабли, нефтяные вышки и т. д.Блоки могут принимать входные сигналы либо 230 В переменного тока, либо 115 В переменного тока для Европы и доступны в стандартной конфигурации с выходными конфигурациями 12 В, 24 В и 48 В постоянного тока. Вход осуществляется через стандартный шнур питания IEC-320 C13 / 14 с сетевыми вилками для Великобритании, Европы или США – укажите свои требования.

AD Series Настольные блоки питания «The Wedge»
Настольные блоки питания, получившие в народе название «Wedge» из-за своей отличительной эргономичной формы, предлагают удобный способ преобразования мобильных радиоприемопередатчиков 12 В постоянного тока для использования в качестве настольных базовых станций.Они будут работать от источника переменного тока 115 В или 230 В без ручной регулировки. Постоянная мощность составляет 108 Вт (9 А), чего достаточно для большинства радиоприемопередатчиков, представленных на рынке.

Преобразователи постоянного тока Индивидуальные и различные варианты
Входное напряжение постоянного тока от 5 В до 110 В с различными выходами в соответствии с вашими потребностями.
Из нашего обширного ассортимента преобразователей постоянного тока в постоянный мы можем разработать индивидуальные решения для ваших нужд. Доступны входные напряжения от 5 до 110 В постоянного тока с выходными напряжениями, установленными в соответствии с вашими потребностями.Продукты также можно модернизировать, например, до более высоких степеней защиты IP или для обеспечения работы при высоких температурах. Обладая специальными инженерными навыками в области преобразования энергии DC-DC в Switchmode, мы можем выполнить комплексные дизайнерские проекты, соответствующие вашим требованиям.

PowerVerter и DD Series IP65 Преобразователи повышенной прочности
Эти продукты обладают такими же прекрасными электрическими характеристиками, как и наши PowerVerter и DD Series, но поставляются в «защищенных» корпусах для использования в суровых условиях.Благодаря использованию хорошо известной системы защиты от проникновения, ассортимент продукции был протестирован и подвергся суровым условиям окружающей среды и получил рейтинг IP655.

Электросистема вашего автомобиля | Firestone Complete Auto Care

Электрическая система вашего автомобиля состоит из аккумулятора, стартера и генератора. Аккумулятор обеспечивает стартер питанием. Затем генератор дает этой батарее энергию, необходимую для питания вашего автомобиля.Если одна из этих частей не работает должным образом, ваш автомобиль не заведется и не будет работать правильно. Наши опытные техники могут выполнить проверку электрической системы, чтобы убедиться, что все работает правильно. Он выявляет любые проблемы, которые могут возникнуть с вашей электрической системой. Если наши технические специалисты обнаружат проблему, они сообщат вам, что они могут сделать, чтобы ее исправить. Мы можем решить любую проблему до ее запуска, чтобы вы не остались в затруднительном положении с не заводным автомобилем.

Аккумулятор

Пока ваш автомобиль не заведется, ваш аккумулятор обеспечивает весь электрический ток автомобиля.Это включает ток в систему зажигания и топливную систему, которые отвечают за создание сгорания, необходимого для работы вашего двигателя.

Стартер

В то время как аккумулятор обеспечивает питание для запуска вашего автомобиля, стартер действительно запускает двигатель. Аккумулятор подает небольшое количество энергии на стартер. Затем стартер вращает маховик, который вращает коленчатый вал и начинает движение поршней двигателя.Этот сложный процесс – вот почему важно убедиться, что стартер работает.

Трудно определить, когда именно стартер выйдет из строя, но проверка электрической системы в Firestone Complete Auto Care может помочь распознать предупреждающие знаки. Мы проверяем, потребляет ли стартер необходимое количество тока. Чрезмерное потребление тока будет указывать на изношенный стартер, в то время как низкое потребление тока указывает на корродированные кабели или соединения. Не беспокоиться! Это проблема, которую могут решить наши опытные специалисты.

Генератор

При работающем двигателе генератор поддерживает заряд аккумуляторной батареи и работу электрической системы. Ваш автомобиль может завестись с неисправным генератором, но он не сможет работать в течение длительного периода времени. Если генератор требует замены, электрическая система вашего автомобиля будет работать нестабильно, его аккумулятор разрядится, и в конечном итоге ваш двигатель потеряет мощность. Полная проверка электрической системы, проведенная Firestone Complete Auto Care, покажет вам, вырабатывает ли генератор необходимое количество тока и напряжения.Таким образом, у вас будет предупреждение, прежде чем ваш генератор выйдет из строя.

Увидеть в действии

Итак, вы поворачиваете ключ, и электрическая система вашего автомобиля начинает работать. Батарея обеспечивает питание стартера, стартер вращается, а генератор дает батарее энергию, необходимую для питания ваших фар, дефростера, дворников и аксессуаров. Посмотрите, как это работает:

Здоровая электрическая система для надежной езды

Электрическая система вашего автомобиля очень важна.Действительно важно. Так что остается в курсе его работоспособности. Если не проверить, слабая или разряженная батарея может нанести ущерб другим частям электрической системы, таким как генераторы и стартеры. Если ваша электрическая система подает признаки неисправности (см. Симптомы здесь), не откладывайте. Отнесите свой автомобиль в местный сервисный центр Firestone Complete Auto Care, чтобы они могли оценить ситуацию, убедиться в правильности напряжения и предотвратить дальнейшее возможное повреждение. Вы никогда не хотите, чтобы неудача была вариантом.

Ознакомьтесь с нашими текущими предложениями по аккумуляторным батареям и специальными предложениями.

Проверьте срок службы автомобильного аккумулятора с помощью нашего виртуального тестера аккумулятора.

Подберите аккумулятор, подходящий именно для вашего автомобиля – по разумной цене.

Введите свой почтовый индекс, чтобы найти ближайший к вам магазин.

(PDF) Система питания постоянного тока электромобиля

ТЕЛКОМНИКА, Том 11, №11, ноябрь 2013 г., стр. 6651 ~ 6656

e-ISSN: 2087-278X

 6651

Поступила 24 апреля 2013 г. ; Отредактировано 22 июня 2013 г .; Принята к печати 24 июля 2013 г.

Система питания постоянного тока электромобиля

Чжан Ливэй *, Ван Сяо, Чжан Юйцзинь

Электротехника / Пекинский университет Цзяотун, No.3 Шан Юань Цунь, район Хай Диан Пекин, Китай

* Автор, ответственный за переписку, электронная почта: [email protected]

Аннотация

В последние годы экологические и энергетические проблемы стали одной из самых горячих точек мира

проблемы. Сегодня дорожные автомобили не только потребляют много ресурсов нефти, но и вызывают серьезное загрязнение среды выживания человека

. Следовательно, для энергосбережения и защиты окружающей среды для устойчивого развития общества потребуется экологически безопасный электромобиль

вместо топливного автомобиля.Электрический автомобиль

не загрязняет окружающую среду, имеет низкий уровень шума, высокую эффективность, разнообразие, простую конструкцию и удобное обслуживание

; Разработка экологически чистых электромобилей – это тенденция и неизбежный выбор. Систему питания электромобиля

можно разделить на три части: систему зарядки аккумулятора, систему привода двигателя

и систему питания нагрузки постоянного тока. В данной статье в основном исследуется система источника питания постоянного тока

.Основная функция – преобразование высокого напряжения аккумулятора в электромобиле в выход низкого напряжения

, обеспечение источника питания для низковольтной нагрузки постоянного тока, включая систему безопасности автомобиля, систему стеклоочистителя

, аудиосистему. На основе анализа параметров в данной статье разработан преобразователь

, создан принципиальный прототип, проанализированы экспериментальные результаты и, наконец, сделан вывод.

Блок питания автомобиля экологичный, экологически чистый, высокоэффективный, цифровой и интеллектуальный.

Ключевые слова: электромобиль, управление фазовым сдвигом, TMS320F28035, обратный ход

Copyright © 2013 Universitas Ahmad Dahlan. Все права защищены.

1. Введение

Всю систему электропитания электромобиля можно разделить на три части: 1)

система зарядки аккумулятора, она преобразует переменный ток (AC) в зарядной батарее в постоянный

ток (DC) , и заряжает аккумулятор электромобиля. 2) Система привода двигателя, которая преобразует

выходное напряжение шины постоянного тока батареи в переменный ток (AC) и приводит в действие двигатель переменного тока.3) Система питания нагрузки Dc

, основная функция заключается в преобразовании выходного высокого напряжения электрического аккумулятора автомобиля

в выход низкого напряжения для нагрузки постоянного тока, такой как автомобильная система безопасности, система стеклоочистителя

и аудиосистема .

Полная схема системы электропитания показана на Рисунке 1.

Рисунок 1. Блок-схема энергосистемы электромобилей

Этот документ основан на системе электропитания постоянного / постоянного тока, а именно на батарее и нагрузке

постоянного тока.Основные технические характеристики преобразователя приведены в Таблице 1.

Учитывая высокое входное напряжение, низкое выходное напряжение и высокую мощность,

в данной статье выбирается полный мостовой преобразователь в качестве топологии главной схемы. Чтобы улучшить общую производительность преобразователя

, полный мост на первичной стороне использует режим управления фазовым сдвигом

, а вторичный использует режим синхронного выпрямителя. Блок управления основан на цифровом контроллере

DSP28035.Вспомогательный источник питания использует обратноходовой преобразователь на основе квазирезонансного режима управления UCC28600

. Общая блок-схема преобразователя показана на рисунке 2.

Управление энергоснабжением электромобиля с использованием нечеткой логики

Технология силовых электронных систем распространилась на промышленные, коммерческие и жилые районы. Разработка стратегии повышения эффективности использования электрической энергии электромобиля (EV) требует анализа модели, которая его описывает.Электромобиль – это сложная мехатронная система, описываемая нелинейными моделями, поэтому ее исследование – непростая задача. Он может улучшить производительность батарейного блока за счет создания новых батарей, позволяющих увеличить объем памяти, или за счет разработки системы управления энергопотреблением. В этой статье показана разработка системы управления электропитанием на основе нечеткой логики для электромобиля с целью минимизировать общее потребление энергии и оптимизировать аккумуляторную батарею. Экспериментальный результат показан с использованием нечеткого контроллера в стандартных рабочих условиях.Показано увеличение производительности аккумулятора и общие показатели энергопотребления. Полученные сигналы скорости показывают улучшения в некоторых динамических характеристиках, таких как перерегулирование, время установления и параметры установившейся ошибки. Показано, что этот нечеткий контроллер увеличивает общую энергоэффективность транспортного средства.

1. Введение

Некоторые из причин, по которым автомобили, использующие альтернативные источники энергии, стали необходимостью, – это нормы выбросов, достижения в технологии электродвигателей и создание высокоэффективных батарей [1].Несколько компаний по всему миру начали более серьезно относиться к коммерциализации электромобилей (EV). Технология электромобилей достигла производительности, сопоставимой с двигателями внутреннего сгорания. Гибридные автомобили сочетают в себе свойства, улучшающие характеристики электромобиля, электрические тяговые двигатели обеспечивают быстрое ускорение, а двигатель внутреннего сгорания хорошо работает на постоянных скоростях. ([2, 3]).

В настоящее время большинство электромобилей получают питание от внешней электростанции, которая питает аккумуляторную батарею.Способы накопления энергии включают химическую энергию, сохраняемую в автомобиле батареями. Низкая удельная мощность и сокращенный срок службы являются одними из недостатков электрохимической батареи. Большим достижением является создание новых систем хранения энергии, состоящих из солнечных элементов, высокопроизводительных батарей или электронных систем питания. Использование технологии силовой электроники, использующей контроль энергопотребления аккумуляторной батареи, сокращает цикл разряда батареи и увеличивает расстояние перемещения электромобиля [4].

На рисунке 1 показан EV UPChis01, созданный профессорами и студентами мехатронной инженерии Политехнического университета штата Чьяпас. В этой статье предлагается подход к приложениям управления питанием в электромобилях, основанный на уменьшении текущей мощности, подаваемой аккумуляторным блоком. Основное преимущество этого предложения – увеличить срок службы аккумуляторной батареи и повысить производительность с помощью нечеткой системы. Оставшаяся часть теста организована следующим образом. Сначала показаны характеристики электромобиля и модели, использованной в этом исследовании.Он описывает входные и выходные переменные, функции принадлежности и правила нечеткой системы. Он показал экспериментальные результаты предлагаемого решения, сравнивая характеристики электромобиля в нормальных условиях. Наконец, обсуждение результатов будет проведено в последнем разделе.

2. Сопутствующие работы

В Мексике несколько университетов разработали электромобили, соответствующие различным международным стандартам качества; Инженерный факультет УНАМ недавно построил автомобиль «Калани», который представляет собой трехколесное транспортное средство со стальной рамой и стекловолокном.Он весит 50 кг, имеет ширину 120 сантиметров, длину 220 сантиметров и высоту 80 сантиметров, а также оснащен литиевыми батареями мощностью 1000 Вт и эффективностью 14 км без подзарядки. Кроме того, Школа машиностроения и электротехники Национального политехнического института Мексики модифицировала седан Volkswagen, чтобы построить электромобиль; он работает в диапазоне напряжений 36-92 вольт. Аккумуляторная батарея состоит из шести свинцово-кислотных аккумуляторов глубокого цикла по 8 В каждая. Центр исследований автомобильной мехатроники Монтеррейского технологического института и Технологического института высшего образования, кампус Толука, в настоящее время разрабатывает коммерческий электромобиль.Компании для распространения своей продукции в городах будут использовать этот электромобиль; этот проект координируется с Энергетическим агентством Мексики.

Необходимо оптимизировать полное использование доступной энергии аккумуляторной батареи электромобиля при различных скоростях. В большинстве схем для управления мощностью батареи используется ПИД-регулятор. Обычный ПИД-регулятор требует некоторой настройки для быстрого и динамически приемлемого отклика. Выполните ПИД-регулирование; требуется точная настройка, чтобы получить быстрый отклик, который динамически адаптируется к модели; схемы операционных усилителей используются для измерения параметров линейной модели.Основным недостатком схем является их износ из-за времени и высоких температур.

В нескольких статьях ([5–9]) представлены контроллеры на основе систем нечеткой логики для контроля энергопотребления, выходной мощности или широтно-импульсной модуляции (ШИМ), используемых в электромобилях.

Самовозбуждающийся индукционный генератор, используемый в этих двигателях, имеет присущую проблему колебания величины и частоты изменения напряжения в скорости. Решение этой проблемы состоит в том, чтобы выпрямить напряжение переменной частоты на клеммах генератора и использовать инвертор PWM для приема и передачи электроэнергии.Цель состоит в том, чтобы отслеживать и извлекать максимальную мощность из энергосистемы и передавать эту мощность на локальную изолированную нагрузку.

3. Материалы и методы

3.1. Компоненты электромобиля

Описываются общие характеристики и компоненты электромобиля. Это седан Volkswagen с 4-цилиндровым двигателем внутреннего сгорания модели 2000 года массой 550 кг. Используемые электродвигатели китайского производства, подробные спецификации отсутствуют. Есть простое описание состояния двигателя.

Базовое описание компонентов ЭВ UPChis01 приведено в таблице 1.

89 2 Двигатель PMM 10 кВт непрерывный, 24 кВт пик (при 72 В), 6000 об / мин Количество Описание 1 Контроллер двигателя ALLTRAX мод. Серия SR-72400, 12-72 В, 400 А 12 Аккумуляторы 6 VCD 1 5-ступенчатая механическая коробка передач.и 1 задний ход 4 Роторные колеса 16

Существуют различные типы архитектуры электромобилей [6]. Некоторые возможности включают от 1 до 4 электрических машин, электрические машины переменного или постоянного тока, с коробкой передач или без нее, батареи высокого или низкого напряжения и одну или три фазы зарядки. Выбранная архитектура показана на рисунке 2.

В первоначальной конструкции были некоторые проблемы, которые повлияли на производительность двигателя и аккумуляторов.Батареи состоят из жидкого электролита из серной кислоты и свинцовых пластин, образующих анод и катод. Этот тип аккумулятора был наиболее распространен для тяги электромобилей, учитывая его надежность, хорошее предложение на рынке и низкую цену. Однако они требуют периодической проверки и замены уровня электролита, который испаряется при подзарядке. Кроме того, они оказывают значительное воздействие на окружающую среду, если не перерабатываются и имеют короткий жизненный цикл.

На эффективность аккумуляторов напрямую влияет ускорение автомобиля.Во многих случаях заряд аккумуляторной батареи был несбалансированным. Было подсчитано, что батарею следует менять каждые 2 года, а ее стоимость составляет около 3000 долларов США. В Мексике эта стоимость очень высока. Таким образом, необходимо было выполнить энергоменеджер для электромобиля.

Производители заявляют, что электродвигатель развивает скорость выше 100 км / ч; Для пользователя было небезопасно достигать этой скорости из-за типа используемых батарей. Электродвигатель может износиться втулками, поэтому его следует периодически проверять.Адекватный способ выполнить эту проверку – проанализировать уровни шума и тепла, создаваемые двигателем. Если двигатель начинает повышать температуру или повышать уровень шума по сравнению с его нормальным состоянием, это означает, что втулка изнашивается. Паспорт двигателя не содержит информации об этих параметрах. Эксплуатационные ограничения должны были быть установлены исходя из опыта использования транспортного средства. В среднем, когда внутренняя часть двигателя проверяется своевременно и изношенные детали заменяются, можно избежать перерасхода средств на техническое обслуживание и получить лучшую производительность автомобиля, а также более длительный срок службы транспортное средство.

Понятно, что этих аккумуляторов недостаточно для развития электромобилей. У них низкая удельная энергия и низкий КПД обычно 70-75%. Однако этот тип батарей использовался, потому что они популярны в Мексике.

Было решено внести изменения в электромобиль для повышения безопасности пользователя. В таблице 2 показаны компоненты модифицированной версии электромобиля.

Кол-во Описание 1 72V 12229 Двигатель мод.Серия SR-72400, 12-72 В, 400 А 1 CompactRIO 9074 National Instruments 1 Модуль CompactRIO NI 9207 аналоговый вход National Instruments 1 CompactRIO модуль CompactRIO National Instruments 1 Модуль CompactRIO NI 9583 Контроллерная сеть, интерфейсы шины 12 Батареи 6 VCD 1 5-ступенчатая механическая коробка передач.и 1 реверс 4 Промывочные колеса 16

Программное обеспечение LabVIEW используется для реализации этой интегрированной системы в CompactRIO от National Instruments Company. CompactRIO – это встроенный промышленный контроллер реального времени, предназначенный для промышленных систем управления. CompactRIO представляет собой комбинацию контроллера реального времени, реконфигурируемых модулей ввода / вывода, модуля FPGA и шасси расширения Ethernet.Технологии LabVIEW и National Instruments используются во многих инженерных приложениях [10].

3.2. Математический анализ

Анализируемые силы, действующие на электромобиль, обусловлены гравитацией, ветром, сопротивлением качению и инерционным эффектом. Такие силы можно наблюдать на рисунке 3. В [9, 11] есть подробный анализ этих сил.

Усилие в шинах транспортного средства можно описать следующими уравнениями:

Описание каждой из переменных в модели показано в таблице 3.

9022 9022 D 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 30 ° С 1,650 90 229 9022 Скорость ветра 9022 ПАРАМЕТР ОПИСАНИЕ ЕДИНИЦЫ 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 N Сила трения N Вес EV N Нормальная сила N Сопротивление сила ветра Поверхность угла радиан Масса EV кг Скорость EV Площадь лобовой части Сопротивление качению шины Коэффициент аэродинамического сопротивления

3.3. Электрические батареи

Это общие диапазоны напряжения батареи 6-элементная свинцово-кислотная: (1) Нагрузка разомкнутой цепи (неактивная): 12,6 В 12,8 В ~ (2,10 ~ 2,13 В на элемент) (2) Разомкнутая цепь при полном разряде : 11,8 В ~ 12,0 В (3) Полная загрузка с нагрузкой 10,5 В (4) Постоянное сохранение заряда (плавающий) 13,4 В для гелевого электролита; 13,5 В для AGM (абсорбированный стеклянный мат) и 13,8 В для обычного жидкого электролита ячеек (5) Все напряжения указаны при 20 и должны соответствовать -0,022 В / ° C при изменении температуры (6) Рекомендации по плавающему напряжению меняются в зависимости от рекомендации производителя (7) Напряжение холостого хода точное (± 0.05 V) имеет решающее значение для долголетия; очень низкое (сульфатирование) почти так же плохо, как и высокое (коррозия и потеря электролита) (8) Типовая нагрузка (ежедневная): от 14,2 В до 14,5 В (в зависимости от рекомендаций производителя) (9) Уравнительный заряд (электролитная жидкость аккумулятора): 15 В не более 2 часов. Температуру батареи необходимо контролировать (10) После полной нагрузки напряжение на клеммах быстро падает до 13,2 В, а затем медленно до 12,6 В

3.4. Нечеткие наборы

Основная цель этой работы заключалась в применении контроллера нечеткой логики для проверки того, улучшает ли контроллер энергопотребление электромобиля.Следуя этим идеям, разработанная система нечеткого вывода основана на правилах «если… то…».

В этом разделе будет описано развитие нечеткой системы. В [8] был создан экспериментальный тест для электричества, потребляемого в электромобиле.

Существует несколько эвристических подходов, применяемых к электрическим или гибридным транспортным средствам. Используя результаты статей 2 и 3, была построена нечеткая система для работы в качестве менеджера мощности электромобиля.

В этом случае нечеткая система является менеджером силового подразделения и контролирует все системы, встроенные в автомобиль.Через сеть CAN-контроллера (Controller Area Network), то есть протокол связи, основанный на топологии шины для передачи сообщений в распределенной среде, сеть используется для связи всех устройств друг с другом.

Некоторые из причин, по которым используются треугольные и трапециевидные функции, объяснены в [12]. Ву сравнивает различные функции принадлежности, определяя лучшие ситуации для каждого использования. Ниже выделены три причины: (1) Конструкция: это относится к методам получения функций принадлежности.Как правило, существует два метода создания функции принадлежности: математическая модель необходима для описания объекта и использование методов оптимизации для настройки параметров. Моделировать переменные легче, если выполняется линеаризация, например, для управления током батареи, требуемым контроллером мощности. (2) Монотонность: она описывает систему и сохраняет исходную структуру во время процесса. Монотонная функция выражается математическим выражением, которое не меняет заданный порядок.Трапецеидальная функция работает лучше, чем функция Гаусса. (3) Вычислительные затраты: это управляющие воздействия в реальном времени в зависимости от используемого алгоритма. Необходим алгоритм, минимизирующий количество и порядок операций. Требуется контроллер, который выполняет более быстрый процесс. Для системы типов Мамдани с 50 или менее правилами функция Гаусса работает лучше. Однако в случае этого исследования используется более 100 правил, и вывод с использованием функций трапеций и треугольников выполняется быстрее.

В таблице 4 указаны лингвистические переменные, их функции принадлежности и тип функции, используемой в каждом случае. На рисунках 4–7 показаны переменные наклона, скорости, глубины разгрузки и скорректированной скорости соответственно. Система представляет собой контроллер типа MISO (несколько входов и один выход), который имеет входы, уклон дороги, глубину разгрузки и скорость движения, а также выход, скорректированную скорость.

9022 9022 9022 SL 9022 Треугольник88230 228 9022 9022 9022 Нормальный Треугольник 9022 9022 9022 9022 Нормальный 9022 Лингвистическая переменная Грамматика Функция принадлежности Плоский нисходящий Треугольник Плоский Треугольник Плоский восходящий Треугольник Средний восходящий Средний возрастающий Треугольник ГЛУБИНА ВЫГРУЗКИ Полный Трапециевидный Высокий Треугольник Нормальный Трапецеидальный Эко-режим Eco Mode СКОРОСТЬ Медленная Трапециевидная Низкая Треугольник Нормальный низкий Треугольник Высокий Трапециевидный ПРАВИЛЬНАЯ СКОРОСТЬ Медленный Трапециевидный Низкий Треугольник Нормальный 9022 9022 Треугольник Нормальный Высокий Треугольник Высокий Трапециевидный

3 907.5. Нечеткие правила

Водитель ставит перед собой задачу замедлить электромобиль, чтобы снизить потребление энергии транспортным средством. Во-первых, уклон входных данных выводится из уклона дороги, глубина разряда рассчитывается на основе моделирования электромобиля и используется скорость. Нечеткий контроллер действует в ситуациях, когда глубина разряда превышает 70%, и применяется непосредственно к характеристикам транспортного средства, а система замедляется, чтобы защитить заряд батареи за счет снижения энергопотребления, поскольку оно прямо пропорционально растягивающей силе электромобиля.Этот драйвер работает в разных условиях (пологий уклон дороги, сценарии подъема и спуска).

Есть 140 правил. На рисунке 8 показана нечеткая система, разработанная в Fuzzy System Designer в LabVIEW. Например, одно из этих правил выглядит следующим образом:

«Если НАКЛОН = ПЛОСКИЙ, ГЛУБИНА РАЗРЯДА = ЭКО РЕЖИМ, а СКОРОСТЬ = ВЫСОКАЯ, а затем СКОРОСТЬ КОРРЕКТИРОВАННАЯ = НОРМАЛЬНАЯ».

В этом случае нечеткий контроллер действует следующим образом: скорость уменьшается (выходная переменная CORRECTED SPEED), так как был обнаружен разряд батарей более 70% (установлен ЭКО РЕЖИМ), так что скорость, запрошенная пользователем изменяется на значение скорости, адаптированное к условиям аккумулятора и дорожным условиям (набор FLAT).

4. Результаты и обсуждение

В 2015 году проектирование и строительство EV UPChis01 осуществлялись при финансовой поддержке Министерства образования Мексики. В 2016 году был присужден грант на улучшение конструкции электромобиля. Это исследование началось в 2017 году. Было представлено предложение по повышению производительности аккумулятора и повышению эффективности с помощью интеллектуального управления.

Цикл движения состоит из микропутешествия и длится от 5 до 40 минут. Эта продолжительность должна включать достаточное количество микропоездок, отражающих поведение вождения в реальном мире.Ниже приведены некоторые основные параметры цикла, выполняемого участком новой автомагистрали Тустла-Гутьеррес, Сучьяпа, Виллафлорес (Продолжительность: 499 с; расстояние: 5,4 км; средняя скорость: 60,2 км / ч; максимальная скорость: 85,5 км / ч). На рисунке 9 показан minitrip, использованный в экспериментальных результатах.

В любом случае важно получить ключевые переменные, такие как скорость, ускорение, расстояние и уклон маршрута. Говоря о разработке цикла управления, важны три этапа: выбор маршрута, сбор данных и цикл строительства.Выбор маршрута включает выбор курса для описания цикла. Он предназначен для определения того, является ли маршрут шоссе с постоянной скоростью, магистральными дорогами или, например, городским движением. Сбор данных – это способность собирать параметры данных с помощью соответствующих датчиков для описания цикла движения. Наконец, выполняется несколько микрополосканий, и после того, как все данные собраны, строится функция скорости транспортного средства во временной области.

Цикл движения скорости и контролируемая скорость показаны на рисунке 10.На диаграмме белая линия представляет скорость цикла движения без использования нечеткого контроллера. Красная линия представляет скорость цикла отключения с использованием нечеткого контроллера. Если нечеткая система отключена, наблюдается более высокая средняя скорость.

В таблицах 5, 6 и 7 показаны средние значения потребления энергии, потерь мощности и тока цикла движения. Средние значения, полученные в экспериментальных результатах, показывают общее улучшение на 25,7% с применением нечеткой системы.Эти результаты свидетельствуют об улучшении производительности аккумуляторной батареи.

Параметр Результат EV Улучшение потребление с нечетким управлением 3,95 Вт / ч 29,62%

2 9022 9022 9030 Параметр 9022 9022 Потери мощности без контроллера 1479 Вт Потери мощности с нечетким управлением 1135 Вт 23.25%

Параметр EV банк контроллер 34,95 A Ток батареи с нечетким управлением 26,44 A 24,34%

9000 глубина разряда показана на рисунке 11, глубина разряда показана на рисунке 11Повышенная автономность транспортного средства видна, когда цикл с контроллером имеет более длительный интервал времени, чтобы батарея разряжалась все время.

Данные сохраняются и анализируются, когда достигается значение разряда разряженной батареи. Это значение близко к 95%. Энергия, ток и потери мощности были проанализированы при нормальных условиях использования и будут приобретены вместе с результатами, полученными с помощью нечеткого контроллера. Разница в уровне разряда аккумуляторов наблюдается в рабочем цикле продолжительностью 10 000 секунд при нормальных дорожных условиях.Можно выбрать более длинный маршрут, когда нечеткая система воздействует на EV (белая линия).

5. Выводы

Экспериментальные испытания показывают, что со встроенным контроллером в электромобиль желаемые результаты были получены. В целом, были сгенерированы более низкие значения для всех проанализированных параметров, демонстрирующие эффективность внедрения системы. Потребление электроэнергии было снижено во всех тестах, что обеспечило целостность и безопасность аккумуляторной батареи.

Результаты различных испытаний, в которых компоненты электромобиля были максимально востребованы, позволили определить его функциональность.Это позволило нам выполнить программирование диффузной системы, чтобы максимально использовать ее эффективность. Результаты испытаний показывают, что электродвигатель ни разу не перегревается. Температура постепенно повышается до уровня ниже 92 ° C.

Более длительное отключение – это успех системы, поскольку оно предотвращает разряд аккумулятора. Это дает водителю возможность найти ближайшую зарядную станцию. Будет необходимо определить, имеет ли поведение на шоссе такое же поведение, как у системы в городской среде.Вполне вероятно, что скорость естественным образом снижается из-за условий движения и ограничений скорости в городе.

Предположительно, в большинстве сценариев скорость на шоссе выше, чем у электромобиля, может быть жизнеспособным решением для связи между небольшими городами рядом с городом. Поэтому для улучшения системного анализа и проведения исследований в проекте приняты разные темы.

Предложения для будущих исследований касаются улучшения модели электродвигателя с использованием модели Li-Ion аккумулятора или применения новых типов контроллеров, таких как Fuzzy PID или нечеткие нейронные сети.

В нем есть список механических и электрических элементов, а также ограничения, необходимые для преобразования автомобиля внутреннего сгорания в электромобиль.

Доступность данных

Программное обеспечение, используемое для подтверждения результатов этого исследования, не было предоставлено, поскольку оно было разработано для CompactRIO 9074 со специализированными модулями; не работает на компьютере; однако можно предоставить общий доступ к используемому файлу .fs. Требуется LabVIEW Fuzzy System Designer.Информацию об электромобиле можно просмотреть по следующим ссылкам: https://www.youtube.com/watch?v=3zBBKnpkKT4 http://www.transporte.mx/politecnico-de-chiapas-desarrolla-auto-electrico/ https://www.reforma.com/aplicacioneslibre/articulo/default.aspx?id=469585&md5=ca4ea412a924d795f6234dcc7a3a5611&ta=0dfdbac11765226904c16cb9ad1b2economi / eeconomi / mobile-d-2economi / b2economi / eeconomi / eeconomi / eeconomi / eeconomi / b2 / ua / mobile-d-cd-8 -en-chiapas /

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку, полученную в рамках исследовательского гранта ПРОМЭП.

Основы автомобильной электрической системы

Сегодняшние автомобили состоят из ряда систем, работающих вместе в гармонии. Было бы невозможно удалить одну из этих систем (например, топливную) и оставить машину, которая едет. Таким образом, хотя вы не обязательно можете сказать, что электрическая система автомобиля является «самой важной», она все же довольно близка, особенно когда технология движется в сторону гибридного и электрического будущего.

Вот краткий обзор компонентов электрической системы и взгляд на то, как обычные автомобили с газовым двигателем используют электричество.

Это Электрический

«Электричество» относится к потоку электронов через цепь, в которой один конец является положительным, а другой – отрицательным. На самом деле каждый объект имеет электрический заряд, но большинство из них настолько малы, что их невозможно обнаружить. Чтобы привести в действие нечто вроде двигателя, мы разработали искусственные химические элементы с высоким электрическим потенциалом: батареи.Аккумуляторы, в свою очередь, обеспечивают питание систем запуска, зарядки и безопасности, фонарей, АБС, компьютеров, датчиков, климат-контроля и бортовых аксессуаров. Вероятно, это первое, о чем вы думаете, когда слышите об электричестве в автомобильных приложениях, но батареи – далеко не единственные в работе системы.

AC / DC

Существует два типа электричества: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Когда батареи разряжаются, они излучают постоянный ток постоянного тока в одном направлении, подавая электричество через положительный вывод на отрицательный.Большинство автомобильных компонентов требуют, чтобы этот заряд постоянного тока работал должным образом, но он ограничен, потому что аккумуляторы в конечном итоге полностью разряжаются, не давая оставшейся мощности.

Для решения этой проблемы в автомобилях также есть генераторы переменного тока. Генераторы на самом деле представляют собой небольшие генераторы, способные преобразовывать механическую энергию в электрическую. Приводимые ремнем двигателя, генераторы переменного тока используют небольшой сигнал от батареи для возбуждения тока возбуждения, который вращает ротор внутри набора статоров. Поскольку эта энергия управляется полярностью магнитных полей, возникающий в результате ток меняет направление при вращении ротора, производя ток в противоположных или переменных направлениях (отсюда и переменный ток).Генераторы вырабатывают значительно более высокие токи, чем изначально подаются от батареи, поэтому они используются для подзарядки самой батареи и питания других электрических компонентов.

Регламент

Однако для работы большинства компонентов требуется постоянный ток. Решением является набор диодов, которые служат своего рода электрическим обратным клапаном для тока, выходящего из генератора. Диоды позволяют току течь только в одном направлении, поэтому, когда переменный ток идет с одной стороны, только постоянный ток выходит с другой.

Другой серьезной проблемой в электрической системе автомобиля является то, что не все компоненты выдерживают одинаковую силу тока или силу тока. Следовательно, система должна включать регуляторы напряжения и предохранители для уменьшения расхода и защиты компонентов, которые не могут выдерживать силу тока, подаваемую генератором переменного тока. Предохранители защищают электрические цепи при размещении перед нагрузкой (компонентом). Если скачок напряжения вызывает слишком большую силу тока в фарах, предохранитель, рассчитанный на «перегорание» 15 ампер, сделает это, не позволяя току продолжать нагревать саму фару.

Электрическая система – сложная, но важная часть того, что заставляет ваш автомобиль заводиться, работать, заряжаться и выполнять небольшие, но важные вещи, такие как запирание дверей. И хотя напряжение в автомобильных системах намного ниже, чем, скажем, в домашних условиях, все же важно заручиться руководством профессионала при диагностике или начале ремонта, потому что многие компоненты чрезвычайно чувствительны и могут быть легко повреждены без надлежащей подготовки и знаний.

Ознакомьтесь со всеми продуктами для электрических систем , доступными в NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта.