Come si alimentano i sensori di pressione dei pneumatici? Spiegazione della batteria TPMS e della raccolta

La maggior parte dei guidatori non pensa mai alla batteria che mantiene in vita il sensore di pressione dei pneumatici. Il modulo che segnala la "bassa pressione dei pneumatici" si trova all'interno della ruota, gira alla velocità dell'autostrada e ha ancora abbastanza energia per misurare e trasmettere ogni pochi secondi. La risposta alla domanda su come si alimentano i sensori di pressione dei pneumatici è solitamente più semplice di quanto ci si aspetti: una piccola cella a bottone al litio, sigillata all’interno del gruppo sensore, alimenta l’intero pacchetto per cinque-dieci anni. Se stai progettando un modulo TPMS, quella batteria determina il budget attuale per il sensore, la radio e il microcontrollore.

In che modo i sensori di pressione dei pneumatici ottengono energia in un sistema TPMS diretto?

Ogni sensore TPMS diretto in un'autovettura viene alimentato da una cella a bottone al litio non ricaricabile.

La batteria fa parte del modulo sensore che si aggancia allo stelo della valvola. Non è utile. Una volta che la cella raggiunge la fine della vita utile, l'intero sensore deve essere tagliato dalla ruota e sostituito. Questo è il motivo per cui la durata utile del sensore TPMS è quasi sempre definita dalla durata della batteria, non dall'elemento sensibile stesso.

L'industria si è standardizzata su alcuni formati. Un CR1632 contiene circa 130 mAh, un CR2032 contiene circa 220 mAh e un CR2450 si avvicina a 520 mAh. Più grande è la cella, più a lungo il sensore può rimanere nel pneumatico, ma maggiore è lo spazio che occupa sullo stelo della valvola. Una batteria a bottone da 3 V deve resistere anche alle vibrazioni, al calore derivante dalla frenata e a temperature fino a -40 C, quindi la chimica dell'elettrolita è importante tanto quanto la capacità.

Quanta energia consuma ogni giorno un sensore TPMS?

Un sensore TPMS dorme per gran parte della sua vita, e questo è esattamente ciò che fa sì che una piccola batteria duri anni.

Il controller attiva il sensore per misurare la pressione e la temperatura, quindi invia un breve burst RF. In modalità sospensione, il dispositivo assorbe circa 1 uA. Durante una misurazione salta per pochi millisecondi a circa 2-3 mA. Durante la trasmissione, può assorbire 5-10 mA per meno di dieci millisecondi. Il consumo energetico medio giornaliero è quindi molto ridotto.

• Svegliati dalla modalità sonno
• Misurare pressione e temperatura
• Converti il risultato in una cornice digitale
• Trasmette il pacchetto RF
• Ritorna a dormire

Questo modello viene eseguito migliaia di volte al giorno senza che la batteria venga mai caricata.

Una cella da 220 mAh può supportare questo ciclo di lavoro per anni, motivo per cui una batteria al litio da 3 V è ancora la scelta predefinita.

In che modo i sensori di pressione dei pneumatici ottengono energia dalla raccolta di energia?

I sensori TPMS per la raccolta di energia sono prodotti reali, ma non hanno sostituito le batterie nelle autovetture del mercato di massa.

Gli elementi piezoelettrici catturano le vibrazioni del pneumatico, le bobine elettromagnetiche raccolgono l'energia rotazionale e alcuni prototipi utilizzano la potenza RF irradiata dal veicolo. Questi approcci rimuovono la batteria dall’equazione e promettono sensori esenti da manutenzione. Ma aggiungono costi, dimensioni e complessità. Per un’auto che verrà rottamata tra dieci anni, una batteria a bottone da 1 dollaro ha ancora più senso di una mietitrice da 20 dollari.

• Raccolta delle vibrazioni piezoelettriche
• Raccolta di energia rotazionale elettromagnetica
• Trasmissione di potenza a radiofrequenza

In che modo i sensori di pressione dei pneumatici vengono alimentati nei sistemi di flotte cablati?

I veicoli commerciali e le apparecchiature industriali utilizzano moduli TPMS cablati che traggono energia direttamente dalla batteria del telaio.

I sistemi per camion, autobus e rimorchi instradano linee di alimentazione da 12 V o 24 V a ciascun sensore. Ciò elimina la sostituzione della batteria e consente il monitoraggio continuo. Il compromesso è un numero maggiore di cavi, più connettori e un maggiore rischio di danni ai cavi. Molti gestori di flotte lo accettano perché i sensori vengono installati una volta e non vengono mai più toccati. Questi sistemi sono anche un utile promemoria come i sensori di pressione alimentano i veicoli moderni in un'architettura elettrica più ampia.

I moduli cablati spesso utilizzano una topologia di rilevamento diversa, poiché non vi sono vincoli di alimentazione da parte di una cella a bottone. Il sensore può funzionare continuamente e il ricevitore può interrogarlo più volte al secondo.

In che modo la durata della batteria influisce sulla progettazione del sensore di pressione MEMS

Il vincolo della batteria determina il budget elettrico per l'intero modulo TPMS, compreso il chip del sensore di pressione MEMS.

Quando un progettista di prodotto seleziona un sensore di pressione MEMS per un TPMS alimentato a batteria, le domande sono dirette: qual è la tensione di alimentazione, quanta corrente consuma il ponte e il sensore supporta la modalità di sospensione? MemsTech - Wuxi Mems Tech Co., Ltd., il produttore di sensori di pressione MEMS, affronta questo problema progettando sensori di livello automobilistico per un funzionamento a basso consumo e un'uscita stabile negli intervalli di temperatura presenti nei pneumatici.

La tensione e la corrente di alimentazione sono le specifiche chiave

La maggior parte dei moduli TPMS utilizza un binario da 3 V dalla cella a bottone, quindi il sensore deve funzionare da circa 2,1 V a 3,6 V. L'elemento sensibile dovrebbe assorbire solo poche centinaia di microampere in modalità attiva e una frazione di microampere in standby. Un sensore che assorbe 1 mA in più del previsto ridurrà la durata della batteria di anni.

Sensori di pressione assoluta MCPJ10, MCPJ11 e MCPJ12 per il settore automobilistico Questi sensori di pressione assoluta calibrati offrono un'uscita analogica o digitale, funzionano da 2,1 V a 3,6 V e soddisfano i vincoli della batteria TPMS. Il loro basso consumo energetico aiuta a prolungare la durata delle batterie a bottone. Visualizza il prodotto →

Le serie MCPJ10, MCPJ11 e MCPJ12 sono sensori di pressione assoluta realizzati per ambienti automobilistici, con valori di tensione di alimentazione che corrispondono allo stack di batterie da 3 V utilizzato nella maggior parte dei moduli TPMS.

Wuxi Mems Tech Co., Ltd. gestisce inoltre 2.000 metri quadrati di spazio di produzione standardizzato e registra una produzione annua di 60 milioni di unità, con ogni sensore che supera la calibrazione zero/fondo scala, test di deriva termica e controlli di stabilità a lungo termine prima della spedizione.

Scelta di un sensore MEMS per un modulo TPMS

La scelta di un sensore per un modulo di pressione dei pneumatici dipende da tre specifiche: intervallo di pressione, tensione di alimentazione e dimensioni del pacchetto.

I sensori di pressione dei pneumatici misurano tipicamente la pressione assoluta tra 100 kPa e 450 kPa. L'elemento sensibile fa riferimento al vuoto all'interno della sua confezione sigillata, motivo per cui i sensori di pressione assoluta sono la scelta standard per TPMS. L'uscita digitale è comune perché riduce il carico sul microcontrollore ed evita ulteriore rumore ADC. Le dimensioni della confezione sono importanti perché il sensore risiede in uno spazio molto piccolo sullo stelo della valvola. La serie MemsTech MCPJ20 è progettata per soddisfare questi requisiti.

La scelta migliore dipende dal fatto che il modulo necessiti di un'interfaccia digitale e dall'entità dello sforzo di calibrazione che il cliente desidera intraprendere. MCPJ10, MCPJ11 e MCPJ12 offrono un'opzione di uscita digitale, mentre la famiglia MCPJ20 rimane analogica per catene di segnale più semplici. Per ulteriori informazioni, leggere il guida completa alla tecnologia dei sensori di pressione MEMS .

Sensori di pressione analogici serie MCPJ20 per l'uso in collettori automobilistici La famiglia MCPJ20 fornisce un'uscita analogica calibrata per la misurazione della pressione del collettore di aspirazione, con intervallo personalizzabile e bassa potenza. Si adatta ai moduli automobilistici che necessitano di catene di segnali semplici. Visualizza il prodotto →

Domande frequenti

Quanto dura la batteria del sensore di pressione dei pneumatici?

Un tipico sensore TPMS diretto utilizza una cella a bottone al litio da 3 V e dura dai 5 ai 7 anni in condizioni di utilizzo normale. Climi freddi e viaggi brevi e frequenti possono abbreviare la vita perché il sensore si attiva più spesso.

È possibile sostituire la batteria in un sensore TPMS?

No. I sensori TPMS consumer sono unità sigillate. La batteria è modellata all'interno del modulo, quindi l'intero sensore viene sostituito quando la cella muore.

I sensori di pressione dei pneumatici necessitano di una batteria se il veicolo è cablato?

I sistemi di flotta cablati non utilizzano batterie. Prendono energia dall'impianto elettrico del veicolo, che consente il monitoraggio continuo senza sostituzione della batteria.

Perché nel TPMS viene utilizzato un sensore di pressione MEMS?

Un sensore di pressione MEMS è piccolo, preciso e assorbe pochissima corrente, rendendolo l'unica scelta pratica per un modulo alimentato a batteria che deve essere inserito all'interno di una valvola del pneumatico.

Se stai progettando un modulo TPMS e hai bisogno di un sensore che funzioni in modo affidabile da una piccola cella a bottone, le varianti MCPJ20A, MCPJ20B e MCPJ20C coprono diversi intervalli di uscita per la stessa linea di alimentazione da 3 V.

Sensori di pressione MCPJ20A, J20B e J20C per applicazioni a 3 V Queste varianti coprono diversi intervalli di pressione (10-1000 kPa o 10-400 kPa) con un'alimentazione da 3 V, offrendo flessibilità per i moduli TPMS. La loro precisione e il design compatto supportano il funzionamento affidabile delle celle a bottone. Visualizza il prodotto →