W jaki sposób czujniki ciśnienia w oponach uzyskują moc? Wyjaśnienie baterii i zbioru TPMS

Większość kierowców nigdy nie myśli o akumulatorze, który podtrzymuje działanie czujnika ciśnienia w oponach. Moduł zgłaszający „niskie ciśnienie w oponach” znajduje się wewnątrz koła i obraca się z prędkością autostradową, a mimo to ma wystarczająco dużo energii, aby mierzyć i transmitować dane co kilka sekund. Odpowiedź na pytanie, w jaki sposób czujniki ciśnienia w oponach są zasilane, jest zwykle prostsza, niż ludzie się spodziewają: mała litowa bateria pastylkowa, zamknięta w zespole czujnika, zasila cały zestaw przez pięć do dziesięciu lat. Jeśli projektujesz moduł TPMS, ta jedna bateria określa bieżący budżet czujnika, radia i mikrokontrolera.

W jaki sposób czujniki ciśnienia w oponach uzyskują zasilanie w bezpośrednim systemie TPMS?

Każdy bezpośredni czujnik TPMS w samochodzie osobowym czerpie energię z litowego ogniwa pastylkowego, którego nie można ładować.

Bateria jest częścią modułu czujnika, który mocuje się na trzpieniu zaworu. To nie nadaje się do użytku. Gdy żywotność ogniwa dobiegnie końca, należy odciąć cały czujnik z koła i wymienić. Z tego powodu żywotność czujnika TPMS prawie zawsze określa żywotność baterii, a nie sam element czujnikowy.

W branży ujednolicono kilka formatów. CR1632 ma około 130 mAh, CR2032 ma około 220 mAh, a CR2450 zbliża się do 520 mAh. Im większa komórka, tym dłużej czujnik może pozostać w oponie, ale tym więcej zajmuje miejsca na trzonku zaworu. Ogniwo pastylkowe 3 V musi także wytrzymać wibracje, ciepło powstające podczas hamowania i temperatury do -40°C, zatem skład chemiczny elektrolitu ma równie duże znaczenie jak pojemność.

Ile energii zużywa czujnik TPMS każdego dnia?

Czujnik TPMS śpi przez większą część swojego życia i właśnie dzięki temu mała bateria wystarczy na lata.

Sterownik budzi czujnik w celu pomiaru ciśnienia i temperatury, a następnie wysyła krótką serię sygnału RF. W trybie uśpienia urządzenie pobiera około 1 uA. Podczas pomiaru skacze do około 2-3 mA na kilka milisekund. Podczas transmisji może pobierać 5–10 mA przez mniej niż dziesięć milisekund. Średnie dzienne zużycie energii jest zatem bardzo małe.

• Obudź się z trybu uśpienia
• Zmierz ciśnienie i temperaturę
• Przekształć wynik w cyfrową ramkę
• Prześlij pakiet RF
• Wróć do snu

Ten wzór działa tysiące razy dziennie bez ładowania baterii.

Ogniwo 220 mAh może wytrzymać ten cykl pracy przez lata, dlatego nadal domyślnym wyborem jest bateria litowa 3 V.

W jaki sposób czujniki ciśnienia w oponach pozyskują energię z pozyskiwania energii?

Czujniki TPMS pobierające energię to prawdziwe produkty, ale nie zastąpiły one akumulatorów w samochodach osobowych dostępnych na rynku masowym.

Elementy piezoelektryczne wychwytują wibracje opony, cewki elektromagnetyczne zbierają energię obrotową, a niektóre prototypy wykorzystują moc RF emitowaną z pojazdu. Podejścia te eliminują akumulator z równania i zapewniają czujniki bezobsługowe. Zwiększają jednak koszt, rozmiar i złożoność. W przypadku samochodu, który za dziesięć lat zostanie zezłomowany, bateria monetarna o wartości 1 dolara nadal ma większy sens niż kombajn o wartości 20 dolarów.

• Zbieranie wibracji piezoelektrycznych
• Elektromagnetyczne gromadzenie energii rotacyjnej
• Przesyłanie energii o częstotliwości radiowej

W jaki sposób czujniki ciśnienia w oponach uzyskują zasilanie w przewodowych systemach flotowych?

Pojazdy użytkowe i sprzęt przemysłowy wykorzystują przewodowe moduły TPMS, które pobierają energię bezpośrednio z akumulatora podwozia.

Systemy ciężarówek, autobusów i przyczep kierują przewody zasilające 12 V lub 24 V do każdego czujnika. Eliminuje to konieczność wymiany baterii i umożliwia ciągłe monitorowanie. Kompromisem jest więcej okablowania, więcej złączy i większe ryzyko uszkodzenia kabla. Wielu menedżerów flot akceptuje to, ponieważ czujniki instaluje się raz i nigdy więcej ich nie dotyka. Systemy te są również użytecznym przypomnieniem jak czujniki ciśnienia zasilają nowoczesne pojazdy w szerszej architekturze elektrycznej.

Moduły przewodowe często wykorzystują inną topologię wykrywania, ponieważ nie ma ograniczeń mocy ze strony ogniwa pastylkowego. Czujnik może pracować w sposób ciągły, a odbiornik może odpytywać go wiele razy na sekundę.

Jak żywotność baterii kształtuje konstrukcję czujnika ciśnienia MEMS

Ograniczenie baterii określa budżet elektryczny całego modułu TPMS, w tym układu czujnika ciśnienia MEMS.

Kiedy projektant produktu wybiera czujnik ciśnienia MEMS do zasilanego bateryjnie TPMS, pytania są bezpośrednie: jakie jest napięcie zasilania, ile prądu pobiera mostek i czy czujnik obsługuje tryb uśpienia? MemsTech — Wuxi Mems Tech Co., Ltd., producent czujników ciśnienia MEMS, rozwiązuje ten problem, projektując czujniki klasy samochodowej umożliwiające działanie przy niskim poborze mocy i stabilną moc wyjściową w całym zakresie temperatur występujących w oponach.

Kluczowymi specyfikacjami są napięcie i prąd zasilania

Większość modułów TPMS wykorzystuje szynę 3 V z ogniwa monetowego, zatem czujnik musi pracować przy napięciu od około 2,1 V do 3,6 V. Element czujnikowy powinien pobierać tylko kilkaset mikroamperów w trybie aktywnym i ułamek mikroampera w trybie gotowości. Czujnik pobierający o 1 mA więcej niż oczekiwano skraca żywotność baterii o lata.

Czujniki ciśnienia bezwzględnego MCPJ10, MCPJ11 i MCPJ12 dla przemysłu motoryzacyjnego Te skalibrowane czujniki ciśnienia bezwzględnego oferują wyjście analogowe lub cyfrowe, działają w zakresie od 2,1 V do 3,6 V i są dostosowane do ograniczeń baterii TPMS. Ich niski pobór mocy pomaga wydłużyć żywotność ogniw pastylkowych. Zobacz produkt →

Serie MCPJ10, MCPJ11 i MCPJ12 to czujniki ciśnienia bezwzględnego przeznaczone do zastosowań motoryzacyjnych, których napięcie zasilania odpowiada stosowi akumulatorów 3 V stosowanym w większości modułów TPMS.

Wuxi Mems Tech Co., Ltd. posiada również 2000 metrów kwadratowych znormalizowanej przestrzeni produkcyjnej i odnotowuje roczną produkcję na poziomie 60 milionów sztuk, przy czym każdy czujnik przechodzi kalibrację zera/pełnej skali, test dryftu temperatury i długoterminową kontrolę stabilności przed wysyłką.

Wybór czujnika MEMS dla modułu TPMS

Wybór czujnika do modułu ciśnienia w oponach sprowadza się do trzech specyfikacji: zakresu ciśnienia, napięcia zasilania i rozmiaru opakowania.

Czujniki ciśnienia w oponach zazwyczaj mierzą ciśnienie bezwzględne w zakresie od 100 kPa do 450 kPa. Element czujnikowy odnosi się do próżni wewnątrz szczelnie zamkniętego opakowania, dlatego też czujniki ciśnienia bezwzględnego są standardowym wyborem dla TPMS. Wyjście cyfrowe jest powszechne, ponieważ zmniejsza obciążenie mikrokontrolera i pozwala uniknąć dodatkowego szumu ADC. Rozmiar opakowania ma znaczenie, ponieważ czujnik zajmuje bardzo małą przestrzeń na trzpieniu zaworu. Seria MemsTech MCPJ20 została zaprojektowana tak, aby spełniać te wymagania.

Najlepszy wybór zależy od tego, czy moduł potrzebuje interfejsu cyfrowego i ile wysiłku związanego z kalibracją chce podjąć klient. MCPJ10, MCPJ11 i MCPJ12 oferują opcję wyjścia cyfrowego, podczas gdy rodzina MCPJ20 pozostaje analogowa dla prostszych łańcuchów sygnałowych. Więcej informacji znajdziesz w artykule kompleksowy przewodnik po technologii czujników ciśnienia MEMS .

Analogowe czujniki ciśnienia serii MCPJ20 do zastosowań w kolektorach samochodowych Rodzina MCPJ20 zapewnia skalibrowane wyjście analogowe do pomiaru ciśnienia w kolektorze dolotowym, z konfigurowalnym zakresem i niską mocą. Pasuje do modułów samochodowych wymagających prostych torów sygnałowych. Zobacz produkt →

Często zadawane pytania

Jak długo wytrzymuje bateria czujnika ciśnienia w oponach?

Typowy bezpośredni czujnik TPMS wykorzystuje litową baterię pastylkową 3 V i działa od 5 do 7 lat przy normalnym użytkowaniu. Zimny ​​klimat i częste krótkie podróże mogą skrócić tę żywotność, ponieważ czujnik częściej się wybudza.

Czy można wymienić baterię w czujniku TPMS?

Nie. Konsumenckie czujniki TPMS są urządzeniami uszczelnionymi. Bateria jest uformowana wewnątrz modułu, zatem w przypadku wyczerpania się ogniwa następuje wymiana całego czujnika.

Czy czujniki ciśnienia w oponach wymagają baterii, jeśli pojazd jest podłączony na stałe?

Przewodowe systemy flotowe nie korzystają z baterii. Pobierają energię z instalacji elektrycznej pojazdu, co pozwala na ciągłe monitorowanie bez konieczności wymiany akumulatora.

Dlaczego w systemie TPMS stosuje się czujnik ciśnienia MEMS?

Czujnik ciśnienia MEMS jest mały, dokładny i pobiera bardzo mało prądu, co czyni go jedynym praktycznym wyborem w przypadku modułu zasilanego bateryjnie, który musi mieścić się w zaworze opony.

Jeśli projektujesz moduł TPMS i potrzebujesz czujnika, który działa niezawodnie z małej baterii pastylkowej, warianty MCPJ20A, MCPJ20B i MCPJ20C obsługują różne zakresy wyjściowe dla tej samej szyny zasilającej 3V.

Czujniki ciśnienia MCPJ20A, J20B i J20C do zastosowań 3V Warianty te obejmują różne zakresy ciśnień (10–1000 kPa lub 10–400 kPa) przy zasilaniu 3 V, oferując elastyczność modułów TPMS. Ich precyzja i kompaktowa obudowa zapewniają niezawodne działanie baterii pastylkowych. Zobacz produkt →