Аннотация: В связи с быстрым развитием строительства автомагистралей и увеличением количества автомобилей в Китае, традиционная система сбора платы за проезд становится неспособной удовлетворить потребности развития. Таким образом, интеллектуальная электронная система сбора платы за проезд (ETC) является одним из эффективных средств решения этой проблемы, а бортовое оборудование OBU является важной частью системы ETC. В данной статье дается краткое описание рабочих характеристик OBU и режима энергопотребления в процессе транзакции, а также разрабатывается решение с двойным источником питания из фотоэлектрических панелей ER14250 (1400 мАч) + HPC1520 + с высокой надежностью и длительным сроком службы, а также высокой выходной мощностью на основе практических характеристик применения OBU и преимуществ и недостатков спроса на электроэнергию. Благодаря рыночному тестированию, решение может хорошо удовлетворить рабочий спрос OBU, что лучше других вариантов.
Ключевые слова: Система ETC; Бортовой блок OBU; ER14250 + HPC1520 + ёмкостный источник питания для фотоэлектрической композитной батареи; Двойной источник питания; Долговременная надёжность
I. Обзор ETC
Электронная система взимания платы за проезд является самой передовой системой в мире по сбору платы за проезд по дорогам и мостам. Благодаря микроволновой связи малого радиуса действия между электронной меткой OBU, установленной на лобовом стекле транспортного средства, и микроволновой антенной на полосе взимания платы ETC, она использует технологию компьютерных сетей и процесс банковских расчетов в фоновом режиме, чтобы транспортное средство могло проехать через пункт взимания платы по дороге и мосту без парковки и могло достичь цели взимания платы за проезд по дороге и мосту. Высокочувствительные модули системы OBU можно разделить на три рабочих состояния: неактивное, предторговое и торговое. Изменение состояния связи отражает статус транзакции OBU при прохождении через систему ETC. Наибольшее энергопотребление во всем торговом процессе приходится на процесс считывания карты в торговом состоянии, а мгновенный ток может достигать более 150 мА.
II. Анализ энергопотребления и срока службы бортового устройства в условиях практического применения
Согласно характеристикам источника питания OBU в ETC, он должен соответствовать не только требованиям разряда в экстремальных погодных условиях на открытом воздухе, таких как зима (-40 ℃) на северо-востоке Китая, лето (+85 ℃) на юго-западе Китая и высокая влажность (85%RH) в прибрежных районах юго-востока, но и требованиям длительного срока службы, высокой надежности, безопасности и защиты окружающей среды одновременно. Кроме того, для питания также требуется мгновенный большой импульс тока. В среднем подавляющее большинство OBU на текущем китайском рынке продается менее 10 раз или даже менее 1 раза в день. Рассчитанный на основе данных по энергопотреблению, измеренных в лабораторных условиях, пока источник питания имеет емкость более 1000 мАч, он теоретически может достичь в общей сложности 20 тысяч транзакций и срока службы более 5 лет.
III. Сравнение решений питания бортовых устройств
3.1 Аккумуляторные батареи + фотоэлектрические батареи
Они обладают такими особенностями, как низкая стоимость материала, высокий ток разряда, высокая скорость саморазряда, узкий диапазон применимых температур, низкое сохранение емкости, сложные схемы управления питанием, солнечные батареи + микросхема преобразования напряжения, высокая эффективность преобразования, хорошие характеристики стабилизации напряжения, высокая цена микросхемы преобразования напряжения, помехи в электрических линиях OBU.
3.2 ER14250+HPC1520+фотоэлектрические батареи (как показано на рисунке):
Они обладают такими характеристиками, как высокая надежность, широкий диапазон рабочих температур, низкая скорость саморазряда, ограниченная выходная мощность большого импульса тока. Чтобы решить проблему безопасности и надежности электропитания OBU и экологической адаптации интеллектуальной транспортной системы ETC, компания Shenzhen Langsheng New Energy Technology Co., Ltd. разработала и создала композитный источник питания, который объединяет литий-тионилхлоридные батареи ER14250 (емкостью 1400 мАч) с высокой плотностью энергии в качестве резервного источника питания и аккумуляторный конденсатор HPC1520 с высокими мощностными характеристиками в соответствии с решением двойного электропитания уличного температурного коллектора, которое применяется в течение пяти лет. Композитный источник питания обладает характеристиками длительного срока службы, высокой выходной мощности, безопасности и надежности, работы в широком температурном диапазоне и т. Д., Особенно подходит для работы на открытом воздухе в условиях низких и высоких температур, а также обладает характеристиками высокой импульсной выходной мощности конденсатора батареи HPC и высокой надежностью и длительным сроком службы литий-тионилхлоридной батареи ER. Как правило, HPC1520 заряжается от фотоэлектрической батареи. При необходимости импульсного тока большой силы питание подается непосредственно от конденсатора аккумулятора HPC; в то время как при отключении фотоэлектрических систем литий-тионилхлоридный аккумулятор заряжает HPC малым током, что позволяет полностью высвободить емкость литий-тионилхлоридного аккумулятора при малом токе и добиться максимального использования его емкости. Этот принцип работы также соответствует требованиям к прерывистому режиму работы бортового блока.
4. Оценка долгосрочной надежности.
4.1 Проверка надежности работы
Вопрос о том, может ли композитный источник питания обеспечить стабильную выходную мощность в течение всего срока службы OBU, является вопросом, на который необходимо обращать внимание в практических приложениях. HPC1520, который использовался в бортовом блоке OBU системы ETC на рынке в течение пяти лет, был собран для проведения испытания производительности разряда с новой батареей: -10 ℃ 800 мА, 10 мс/1 мин, сравните с изменениями производительности HPC1520 следующим образом: В результате тестирования и сравнения было обнаружено, что HPC1520 работал в течение пяти лет при низкой температуре -10 ℃, а напряжение нагрузки импульсного разряда 800 мА немного ниже нового напряжения нагрузки 0,1 В, но он все еще способен обеспечивать импульсный разряд большого тока в практическом применении.
4.2 Тест на долгосрочную надежность
Бортовой блок OBU, установленный в лобовом стекле транспортного средства, находится в закрытом помещении на открытом воздухе в течение длительного времени. Для лучшей оценки надежности работы композитного источника питания в таких условиях использования необходимо поместить аккумуляторную батарею в стеклянную солнечную комнату для проведения эксперимента по инсоляции, чтобы имитировать реальные рабочие условия и отслеживать изменения в работе аккумуляторной батареи в этих условиях хранения. Благодаря длительному наблюдению в эксперименте по инсоляции, как напряжение холостого хода, так и напряжение нагрузки композитного источника питания остаются стабильными. Кроме того, нет ни одной вышедшей из строя батареи, что может поддерживать высокую надежность в соответствии с текущими фактическими данными хранения в 450 дней. Формула Аррениуса показывает, что константа скорости реакции экспоненциально зависит от температуры, что означает, что скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза на каждые 10 градусов повышения температуры, а 200 дней хранения при 60 ℃ эквивалентны 10 годам хранения при комнатной температуре. В ходе длительного эксперимента по хранению при температуре 60 °C напряжение холостого хода и напряжение нагрузки композитного источника питания оставались стабильными. Согласно текущим данным за 300 дней (что эквивалентно 15 годам хранения при комнатной температуре), отказов аккумулятора не наблюдалось, что обеспечивает очень стабильную выходную мощность.
Ⅴ. Краткое изложение заявки
Композитный источник питания ER14250 + HPC1520 + фотоэлектрические батареи – это решение с двойным источником питания, которое отличается полной герметизацией, широким температурным диапазоном, низким уровнем саморазряда, длительным сроком службы, высокой надежностью, малым весом, безопасной конструкцией и т.д., что успешно применяется в различных продуктах интеллектуальных транспортных систем. Долгосрочные испытания на рынке показали его высокую надежность и высокую эффективность, что позволило ему получить признание среди конкурентов.
