Energía solar + HPC1520 + ER14250: soluciones perfectas de suministro de energía dual para la OBU del sistema ETC

Resumen: Con el rápido desarrollo de la construcción de carreteras y el aumento de la propiedad de automóviles en China, el sistema tradicional de cobro de peajes se ha vuelto difícil de satisfacer las necesidades de desarrollo. Por lo tanto, el sistema inteligente de cobro de peajes electrónicos (ETC) para el transporte es una solución eficaz, y el equipo a bordo (OBU) es un componente importante del sistema ETC. Este artículo describe brevemente las características de funcionamiento del OBU y el modo de consumo de energía durante la transacción, y desarrolla una solución de doble fuente de alimentación de paneles fotovoltaicos ER14250 (1400 mAh) + HPC1520+ con alta confiabilidad, larga vida útil y alta potencia de salida, basada en las características de aplicación práctica del OBU y las ventajas y desventajas de la demanda de energía. Tras pruebas de mercado, la solución satisface satisfactoriamente la demanda de trabajo del OBU, superando a otras opciones.

Palabras clave: Sistema ETC; Unidad de a bordo (OBU); ER14250 + HPC1520 + Fuente de alimentación capacitiva para batería fotovoltaica compuesta; Fuente de alimentación dual; Fiabilidad a largo plazo

I. Descripción general de ETC

El sistema de cobro de peajes electrónicos es el sistema más avanzado del mundo para carreteras y puentes. Mediante la comunicación especial de corto alcance por microondas entre la etiqueta electrónica OBU instalada en el parabrisas del vehículo y la antena de microondas en el carril ETC de la estación de peaje, utiliza tecnología de redes informáticas y un proceso de liquidación bancaria en segundo plano para que el vehículo pueda pasar por la estación de peaje sin necesidad de aparcar y pueda cumplir con el propósito de las tarifas de carreteras y puentes. Los módulos del sistema OBU de alta sensibilidad se pueden dividir en tres estados de funcionamiento: inactivo, pre-negociación y en negociación. El cambio en el estado de comunicación refleja el estado de la transacción OBU a medida que pasa por el sistema ETC. El mayor consumo de energía en todo el proceso de negociación se produce durante la lectura de la tarjeta en estado de negociación, y la corriente instantánea puede alcanzar más de 150 mA.

II. Análisis del consumo de energía y la vida útil del OBU en un entorno de aplicación práctica.

Según las características de la fuente de alimentación OBU en ETC, debe cumplir no solo con los requisitos de descarga de condiciones climáticas exteriores extremas, como el invierno (-40 ℃) en el noreste de China, el verano (+85 ℃) en el suroeste de China y la alta humedad (85%RH) en las zonas costeras del sureste, sino también con los requisitos de larga vida útil, alta confiabilidad, seguridad y protección ambiental al mismo tiempo. Además, también requiere un gran pulso de corriente instantáneo para la fuente de alimentación. En promedio, la gran mayoría de OBU en el mercado chino actual se comercializan menos de 10 veces o incluso menos de 1 vez al día. Calculado a partir de los datos de consumo de energía medidos en el laboratorio, siempre que la fuente de alimentación tenga una capacidad de más de 1000 mAh, teóricamente puede lograr un total de 20 mil transacciones y una vida útil de más de 5 años.

III. Comparación de soluciones de alimentación OBU

3.1 Baterías recargables + baterías fotovoltaicas

Tienen características de bajo costo de material, alta corriente de descarga, alta tasa de autodescarga, rango estrecho de temperatura aplicable, baja retención de capacidad, circuitos complejos de administración de energía, baterías solares + chip de conversión de voltaje, alta eficiencia de conversión, buen rendimiento de estabilización de voltaje, alto precio del chip de conversión de voltaje, interferencia con las líneas eléctricas OBU.

3.2 ER14250+HPC1520+baterías fotovoltaicas (como se muestra en la figura):

Se caracterizan por su alta confiabilidad, amplio rango de temperatura de operación, baja tasa de autodescarga y capacidad de salida limitada para pulsos de corriente grandes. Para resolver los problemas de seguridad y confiabilidad de la fuente de alimentación OBU y la adaptabilidad ambiental del sistema ETC de transporte inteligente, Shenzhen Langsheng New Energy Technology Co., Ltd. ha diseñado y desarrollado una fuente de alimentación compuesta que combina las baterías de cloruro de litio-tionilo ER14250 (capacidad de 1400 mAh) de alta densidad energética como fuente de alimentación de respaldo y el condensador de batería HPC1520 con características de alta potencia, de acuerdo con la solución de fuente de alimentación dual con colector de temperatura exterior, que se ha aplicado durante cinco años. La fuente de alimentación compuesta se caracteriza por su larga vida útil, alta potencia de salida, seguridad y confiabilidad, funcionamiento en un amplio rango de temperaturas, etc., siendo especialmente adecuada para entornos exteriores de baja y alta temperatura. Además, cuenta con la alta potencia de salida de pulso del condensador de batería HPC y la alta confiabilidad y larga vida útil de la batería de cloruro de litio-tionilo ER. En general, el HPC1520 se carga mediante una batería fotovoltaica. Cuando se requiere una salida de pulsos de corriente alta, la energía se suministra directamente desde el condensador de la batería HPC. Mientras tanto, cuando el sistema fotovoltaico no funciona, la batería de cloruro de litio-tionilo carga el HPC con una pequeña corriente, de modo que la capacidad de la batería de cloruro de litio-tionilo se libera completamente con una pequeña corriente y se obtiene el máximo aprovechamiento de la batería. Este principio de funcionamiento también cumple con los requisitos de funcionamiento intermitente de la OBU.

IV. Seguimiento de la evaluación de la fiabilidad a largo plazo

4.1 Prueba de confiabilidad del desempeño

Si la fuente de alimentación compuesta puede proporcionar una capacidad de salida estable durante todo el ciclo de vida útil del OBU es un problema que debe prestarse atención en aplicaciones prácticas. El HPC1520, que se ha utilizado en la unidad OBU de a bordo del sistema ETC en el mercado durante cinco años, se recopiló para realizar una prueba de rendimiento de descarga con una batería nueva: -10 ℃ 800 mA, 10 ms/1 min, comparar con los cambios de rendimiento del HPC1520 como se muestra a continuación: A través de pruebas y comparaciones, se encuentra que el HPC1520 ha estado funcionando durante cinco años a baja temperatura de -10 ℃, y el voltaje de carga de la descarga de pulso de 800 mA es ligeramente menor que el nuevo voltaje de carga de 0,1 V, pero aún tiene la capacidad de proporcionar descarga de pulso de gran corriente en aplicaciones prácticas.

4.2 Prueba de confiabilidad a largo plazo

La unidad OBU de a bordo, instalada en el parabrisas del vehículo, permanece en un entorno exterior cerrado durante un período prolongado. Para evaluar mejor la fiabilidad del rendimiento de la fuente de alimentación compuesta en estas condiciones de uso, es necesario colocar la batería en una cámara acristalada para realizar un experimento de insolación que simule las condiciones reales de funcionamiento y monitoree los cambios en el rendimiento de la batería en estas condiciones de almacenamiento. Gracias al seguimiento a largo plazo del experimento de insolación, tanto la tensión de circuito abierto como la tensión de carga de la fuente de alimentación compuesta se mantienen estables. Además, no se produce ninguna falla en la batería, lo que permite mantener una alta fiabilidad según los datos de almacenamiento reales de 450 días. La fórmula de Arrhenius muestra que la constante de velocidad de reacción está relacionada exponencialmente con la temperatura, lo que significa que la velocidad de la reacción química aumenta de 2 a 4 veces por cada 10 grados de aumento de temperatura, y 200 días de almacenamiento a 60 °C equivalen a 10 años de almacenamiento a temperatura ambiente. Gracias al seguimiento a largo plazo del experimento de almacenamiento a 60 °C, tanto la tensión de circuito abierto como la tensión de carga de la fuente de alimentación compuesta se mantienen estables. Además, según los datos actuales de 300 días (equivalentes a 15 años de almacenamiento a temperatura ambiente), la batería no presenta fallos, lo que permite una salida de corriente muy estable.

Ⅴ. Resumen de la solicitud

La solución de alimentación compuesta de doble fuente de alimentación ER14250+HPC1520+baterías fotovoltaicas se caracteriza por su sellado completo, amplio rango de temperatura, baja tasa de autodescarga, larga vida útil, alta confiabilidad, peso ligero y diseño seguro. Se ha aplicado con éxito en diversos productos de sistemas de transporte inteligentes. Tras largas pruebas de mercado, su estabilidad ha sido ampliamente reconocida y se ha posicionado como la opción preferida en comparación con otros productos.