Résumé : Avec le développement rapide de la construction d'autoroutes et l'augmentation du parc automobile en Chine, le système de péage traditionnel peine à répondre aux besoins de développement. Le système de télépéage (ETC) intelligent pour les transports constitue donc une solution efficace, et l'équipement embarqué (OBU) en est un élément essentiel. Cet article décrit brièvement les caractéristiques de fonctionnement de l'OBU et son mode de consommation énergétique lors des transactions. Il développe une solution d'alimentation double composée de panneaux photovoltaïques ER14250 (1400 mAh) + HPC1520+, offrant une fiabilité élevée, une longue durée de vie et une puissance de sortie élevée, en s'appuyant sur les caractéristiques d'application pratique de l'OBU et sur les avantages et inconvénients de la demande énergétique. Après des tests sur le marché, cette solution répond parfaitement aux besoins de l'OBU, se démarquant ainsi des autres options.
Mots-clés : Système ETC ; Unité embarquée OBU ; ER14250 + HPC1520 + Alimentation capacitive pour batterie composite photovoltaïque ; Double alimentation ; Fiabilité à long terme
I. Aperçu de l'ETC
Le système de télépéage est le système de télépéage routier le plus avancé au monde. Grâce à la communication micro-ondes courte portée entre l'étiquette électronique OBU installée sur le pare-brise du véhicule et l'antenne micro-ondes de la voie de péage électronique (ETC) du poste de péage, il utilise la technologie des réseaux informatiques et le processus de règlement bancaire en arrière-plan, permettant ainsi au véhicule de franchir le poste de péage sans stationnement et de payer les frais de péage. Les modules OBU haute sensibilité sont divisés en trois états de fonctionnement : dormant, pré-transaction et transaction. Le changement d'état de communication reflète l'état de la transaction de l'OBU lors de son passage dans le système ETC. La plus grande consommation d'énergie de l'ensemble du processus de transaction est la lecture de la carte en mode transaction, avec un courant instantané pouvant atteindre plus de 150 mA.
II. Analyse de la consommation d'énergie et de la durée de vie des OBU dans un environnement d'application pratique
Selon les caractéristiques de l'alimentation des OBU d'ETC, elle doit non seulement répondre aux exigences de décharge dans des conditions climatiques extrêmes, telles que l'hiver (-40 °C) dans le nord-est de la Chine, l'été (+85 °C) dans le sud-ouest et une humidité élevée (85%RH) sur les côtes du sud-est, mais aussi aux exigences de longévité, de fiabilité, de sécurité et de protection de l'environnement. De plus, elle nécessite une forte impulsion de courant instantanée. En moyenne, la grande majorité des OBU sur le marché chinois actuel sont échangés moins de 10 fois, voire moins d'une fois par jour. D'après les données de consommation électrique mesurées en laboratoire, une alimentation d'une capacité supérieure à 1 000 mAh peut théoriquement atteindre 20 000 transactions et une durée de vie de plus de 5 ans.
III. Comparaison des solutions d'alimentation des OBU
3.1 Batteries rechargeables + batteries photovoltaïques
Ils présentent des caractéristiques de faible coût matériel, de courant de décharge élevé, de taux d'autodécharge élevé, de plage étroite de température applicable, de faible rétention de capacité, de circuits de gestion de l'alimentation complexes, de batteries solaires + puce de conversion de tension, d'efficacité de conversion élevée, de bonnes performances de stabilisation de tension, de prix élevé de la puce de conversion de tension, d'interférence avec les lignes électriques OBU.
3.2 Batteries photovoltaïques ER14250+HPC1520+(comme indiqué sur la figure) :
Elles se caractérisent par une grande fiabilité, une large plage de températures de fonctionnement, un faible taux d'autodécharge et une capacité de sortie limitée pour les fortes impulsions de courant. Afin de résoudre les problèmes de sécurité et de fiabilité de l'alimentation des OBU et d'adaptabilité environnementale des systèmes de transport intelligents ETC, Shenzhen Langsheng New Energy Technology Co., Ltd. a conçu et développé une alimentation composite combinant une batterie lithium-chlorure de thionyle ER14250 (capacité 1400 mAh) à haute densité énergétique comme alimentation de secours et un condensateur de batterie HPC1520 à haute puissance, conformément à la solution d'alimentation double pour capteurs de température extérieure, appliquée depuis cinq ans. Cette alimentation composite se caractérise par une longue durée de vie, une puissance de sortie élevée, une sécurité et une fiabilité optimales, ainsi qu'un fonctionnement sur une large plage de températures, particulièrement adaptée aux environnements extérieurs à basses et hautes températures. Elle offre également la puissance de sortie élevée du condensateur de batterie HPC, ainsi que la fiabilité et la longue durée de vie de la batterie lithium-chlorure de thionyle ER. De manière générale, la HPC1520 est chargée par batterie photovoltaïque. Lorsqu'une impulsion de courant importante est nécessaire, l'alimentation est fournie directement par le condensateur de la batterie du HPC. En revanche, lorsque le système photovoltaïque est hors service, la batterie lithium-chlorure de thionyle charge le HPC avec un faible courant, ce qui permet de libérer pleinement sa capacité sous un faible courant et d'en optimiser l'utilisation. Ce principe de fonctionnement est également conforme aux exigences du fonctionnement intermittent de l'alimentation de l'OBU.
Ⅳ. Suivi de l'évaluation de la fiabilité à long terme
4.1 Test de fiabilité des performances
La capacité d'une alimentation composite à fournir une puissance de sortie stable tout au long de la durée de vie de l'OBU est un enjeu crucial pour les applications pratiques. Le HPC1520, utilisé depuis cinq ans dans l'OBU embarqué d'un système ETC commercialisé, a été testé avec une batterie neuve : -10 °C, 800 mA, 10 ms/1 min. Les performances du HPC1520 ont été comparées à celles du HPC1520. Après cinq ans de fonctionnement à basse température (-10 °C), le HPC1520 présente une tension de charge de 800 mA légèrement inférieure à celle de la nouvelle tension de charge (0,1 V). Il conserve néanmoins sa capacité à fournir une décharge pulsée de courant important en pratique.
4.2 Test de fiabilité à long terme
L'unité embarquée (OBU) installée sur le pare-brise du véhicule est exposée à un environnement extérieur clos pendant une longue période. Afin de mieux évaluer la fiabilité des performances de l'alimentation composite dans de telles conditions d'utilisation, il est nécessaire de placer la batterie dans une véranda vitrée afin de réaliser un essai d'insolation simulant les conditions de fonctionnement réelles et de suivre l'évolution de ses performances dans ces conditions de stockage. Grâce au suivi à long terme de l'essai d'insolation, la tension à vide et la tension de charge de l'alimentation composite restent stables. De plus, aucune batterie ne tombe en panne, ce qui permet de maintenir une fiabilité élevée selon les données de stockage réelles actuelles de 450 jours. La formule d'Arrhenius montre que la constante de vitesse de réaction est exponentiellement liée à la température, ce qui signifie que la vitesse de réaction chimique augmente de 2 à 4 fois pour chaque augmentation de température de 10 degrés, et que 200 jours de stockage à 60 °C équivalent à 10 ans de stockage à température ambiante. Grâce au suivi à long terme de l'expérience de stockage à 60 °C, la tension à vide et la tension de charge de l'alimentation composite restent stables. De plus, les données actuelles sur 300 jours (équivalent à 15 ans de stockage à température ambiante) montrent qu'aucune défaillance de la batterie n'est à déplorer, ce qui permet une capacité de sortie de courant très stable.
Ⅴ. Résumé de la demande
La solution d'alimentation composite à double alimentation ER14250 + HPC1520 + batteries photovoltaïques se distingue par son étanchéité totale, sa large plage de températures, son faible taux d'autodécharge, sa longue durée de vie, sa grande fiabilité, sa légèreté et sa conception sûre. Elle a été utilisée avec succès dans divers produits de systèmes de transport intelligents. Testée sur le marché à long terme, sa stabilité a été largement reconnue et ses performances sont comparées à celles des autres produits.
