收集热振动能为汽车安全系统的有限通信供电
时间：10-02
整理：3721RD
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在汽车行业，严格的安全和可靠性标准的有线网络，但不可能完全取代无线系统。虽然不明显，能量收集有两大领域发挥的潜在作用。首先是供电的小型无线传感器网络，饲料基础数据主要有线骨干网络。二是在分布式储能系统在电动和混合动力汽车的新兴电池充电，这在很大程度上依赖汽车的有线网络提供重要数据。
带宽需求
以太网是一种新兴的下一代汽车的首选网络标准，最终取代林，可以，最和FlexRay总线。它最初被部署在一些车型车载诊断早在2008年初，主要是为了满足不断增长的数据带宽的要求。宝马是宣布将广泛测试以太网骨干网在一年内的车辆，一个完全的以太网电缆车2020。
同时，在汽车电子系统的数量不断增加，不仅标准ECU。在先进的安全新应用、信息娱乐和驾驶辅助在今天的汽车的心脏，增加必要的数据网络的巨大压力，特别是对于布线、带宽和功率要求。这些更复杂的应用，原来的豪华车领域，正在成为家常便饭一般，甚至经济模型。
先进驾驶辅助系统是增长最快的一个部分（ADAS）。相机越来越广泛的应用：看后视镜，驾驶员侧，和路边（见图1）。转移和未压缩的视频数据处理的目标检测的要求，进一步推动高带宽数据网络的需要。
图1：数据在车上从多个摄像机传输需要高带宽。
而其他的协议运行的蒸汽，以太网在结构化、标准化的方向发展。新兴技术和标准，如节能以太网，介绍低功耗空闲和唤醒模式，节约能源，当相机在不使用。汽车以太网提供100 Mbps的带宽现在是可用的：IEEE 802.3u（100BaseTX）标准已被选定为汽车诊断IP，并进行了iso13400。开放标准以太网也被认为是信息网络技术的专有的最可行的替代方案。
趋势是单一的，灵活的，基于网络的替换多个封闭的网络系统可扩展的以太网，从而大大降低连接成本和布线重量。然而，在屏蔽或非屏蔽双绞线的选择仍存在争议的新的物理层技术脱颖而出。关键是要满足汽车行业严格的EMC要求。
它是从数据通过无线网络影响的关键安全系统，对车辆的无线网络的广泛应用，电磁干扰的危害。然而，有些地方根本不安装电线和电缆的可行性，但功率和数据都需要传输。低功率的无线网络，在有干扰最小的危险，现在越来越多的车辆。
无电池
应用实例包括电动窗开门锁，镜子和灯光调节系统、胎压监测、信息娱乐系统。这种类型的系统已被采用的潜在能量清除，通常从热或振动的车辆来源。在某些情况下，收获的能量可以被存储在超级电容器，或用一个小电池充电。
轮胎压力监测系统（TPMS）是一个经典案例。传统的设备是电池供电，在电池需要更换每3至5年。然而，最近推出的是免电池。基于MEMS的压电能量收集装置可以产生足够的电力（40μW）使TPMS成功运作的压力传感器和无线通信电路。振动通过车轮在汽车运动足以让MEMS装置将能量转化为电能，当电容两端的电压来驱动汽车的收获。
被动钥匙车门开启和锁定和固定的电源通过调制磁场，通过车辆的基站产生的低频交变电流，通常在125 kHz。数据之间的FOB和通过该磁场汽车转移。超低功耗电子电路（单片机，存储器，使用加密等）确保足够的能量可以被用来操作设备安全可靠。
图2：被动的钥匙链，或远程无钥匙进入系统，可以通过调制磁场从车辆内部产生动力。
在应用如电动车窗控制，后视镜折叠镜轴控制，半导体厂商纷纷推出智能集成电路取代机械继电器。电源管理功能包括超低静态电流的待机模式。其它功能包括集成的IP网络和射频通信支持。如果这种功能是为无线网络实现的，他们可以很容易地通过能量收集装置供电，可在备用电池连接。
压电的解决方案
振动能量收集是一种汽车系统最明显的解决方案。典型的设备目前提供包括中é技术volture范围。该设备使用的压电材料转换成可用的电能机械应变。在原始的形式，提供简单包装的预排安装孔和连接器的v22bl是最小的设备范围内，运行在26到110赫兹之间的感知，并在扩展温度范围- 40°C 90°C.
压电换能器通常是使用一个功率调节电路连接，将交流输出稳压直流输出。从线性充电管理IC技术的ltc3588系列是专为支持从压电和机电源能源收获。部分可与950钠或1.5μ一输入静态电流，并支持电源电压从2.7至20 Vltc3588-1提供1.8，2.5可选的输出电压，3.3和3.6 V。
高电压（最小14 V至20 V输入操作范围）的版本，ltc3588-23.45，提供四的输出电压，4.1 V和5 V、100 mA的连续输出电流。这些器件特别适合使用锂电池和超级电容器。输入保护并联设置在20 V提供过压保护。
中é已经开发出了自己的能量采集调理电路的ehe004，基于ltc3588-1。它包括一个集成的充电管理和全波整流的直流-直流转换。它直接连接到任何的volture压电能量收集装置。董事会包括200个存储电容Fμ，虽然还可以，如果需要的话。
的ehe004允许用户连接在volture装置两晶片，串联或并联，取决于小振幅的要求或更高的平均输出功率水平更高的振动振幅水平相关。
热转换
电动和混合动力汽车有望在未来几年广泛利用清除或收获的能源效益。热振动被视为可行的来源，以及太阳能玻璃和柔性太阳能电池板。技术，如再生制动，减速能量是收获而不是失去的热量，已经被部署。减震器是另一个能量收集目标。其目的是充电电池供电的车辆，从而扩大了它的范围。在未来的设计，部分功能将由辅助电池，使能源收获至少可以收取那些运行必不可少的电子系统，它将通过单个或多个有线数据网络的互联。
热是能量，可以轻松地收获的车辆的另一个主要来源，特别是传统的内燃机。科学家和汽车制造商继续探讨热电发电机（TEG）和相关材料的潜力，可以用来捕捉车辆余热转化电能。剧烈的温差可能在车辆，TEG已发现产生高达1200瓦，这可能导致柴油或汽油发动机汽车节约燃料。
TEG技术是不断发展的，最后。传统的手工设备，含有有毒成分（铅）让更小的发电机，可以产生有效地使用3D打印技术的成本和更环保的聚合物，导电。
较小的TEG，发电600瓦左右，可以产生足够的电力来运行的电子控制单元或汽车电子系统或设备的其他电池充电，如手机充电器。供电的无线传感器网络，可用于小型TEG。这些通常是由N、P对掺杂半导体颗粒串联封装导热陶瓷板之间。输出电压范围为10至50 mV / K的温度差，而是取决于对序列的数量，而源电阻的电压降的影响。
管理和转换所产生的能量是另一个挑战tegs。线性技术，再次，想出了一个巧妙的解决办法，其ltc3109自动极性、超低电压升压转换器和电源管理。从极性操作的能力与TEG尤为重要。它的输入电压低至- 30 mV，甚至低至2°C的温度差，可以保证有足够的能量和数据传输的无线传感器。
图3：线性的ltc3109升压转换器和电源管理器为单极性输入操作示意图。
该设备采用升压变压器和内部MOSFET形成谐振振荡器。2.2 V输出LDO的设计是在调节第一，功率低功耗微处理器尽早。然后主输出电容的功率传感器，模拟电路充电，RF收发器或充电超级电容器或电池。
储能
取决于应用程序的性质，有时捡来的能量需要存储供以后使用。例如，如果车辆静止时，振动会很小。如果汽油或柴油发动机没有运行，或刚刚开始从冷、热差将减少。对于某些应用程序，如供电的无线传感器网络，只需要很少量的能量。随着技术如再生制动，大量的能源，同时产生并需要存储。在电动和混合动力汽车的工作正在进行中，研究分布式能源存储各子系统。
通常，收获的能量可以储存在充电电池或超级电容器，或两者。产品范围广阔，从系统能够启动一辆卡车从寒冷的扁平电池，微型设备在μV级操作。
如果应用程序需要偶尔短而高功率脉冲，如广播无线电信号在长距离，然后快速充放电电容器可能是最好的解决方案。如果低水平的电力需要缓慢释放，在很长一段时间，然后充电电池是一个更好的赌注。一些应用程序成功地使用技术，通过先进的电源管理电路控制。当然，研究人员正在开发，最终将提供高功率、高能量的新型超级电容器技术。这些有望取代锂电池，但很多年没还。
对于系统需要少量的电容，但直接的脉冲功率，公司提供一系列的小型超级电容器。2.7 Veshsr-0010c0超级电容的模型提供了一个令人印象深刻的10额定电容。径向包装器件工作在扩展- 40°C至65 C的温度范围内°，报价在25°C.公司87600小时一辈子拥有广泛的超级电容器，包括更高的功率大的电池模块用于汽车应用的主流。
锂电池的一个创新性的替代是EnerChip CC系列薄膜储能设备Cymbet公司。一个集成的解决方案，提供后备能量存储和电源管理的CBC3150的目标是在保持低功耗微控制器提供一个本地化的电源和相关的待机电路报警；理想的无线传感器网络。它还专门被耦合到能量采集传感器。
充电本身具有控制电压从2.5到5.5伏，有20分钟的充电时间（80%）。它可以充电数千次。智能电池的特点和典型容量3.3 V输出电压为50μ啊。包含在一个表面贴装封装只有9平方毫米，这些固态电池的十倍以上，比标准的2032纽扣电池和去年三倍。工作温度范围为- 20°C 70°C.
图4：Cymbet的CBC-EVAL-09能量收集评估套件。
Cymbet EnerChip能量收集有一个通用的评估套件，CBC-EVAL-09。为了接受来自太阳能，电输入，热电或电磁EH传感器，该工具包允许工程师尝试EnerChip固态电池以及公司的cbc915能量处理器芯片。
概要
有线网络是当今汽车必不可少的，整合的电子系统，覆盖范围越来越广的功能扩散，从传统的ECU通过安全系统，先进的驾驶辅助系统，信息和娱乐。无线传感器网络越来越多地被部署在必须与有线骨干网通信的具体领域。正是在这里，能量收集技术，在其相关的电源管理和能量存储技术相结合，发现潜在的。
带宽需求
以太网是一种新兴的下一代汽车的首选网络标准，最终取代林，可以，最和FlexRay总线。它最初被部署在一些车型车载诊断早在2008年初，主要是为了满足不断增长的数据带宽的要求。宝马是宣布将广泛测试以太网骨干网在一年内的车辆，一个完全的以太网电缆车2020。
同时，在汽车电子系统的数量不断增加，不仅标准ECU。在先进的安全新应用、信息娱乐和驾驶辅助在今天的汽车的心脏，增加必要的数据网络的巨大压力，特别是对于布线、带宽和功率要求。这些更复杂的应用，原来的豪华车领域，正在成为家常便饭一般，甚至经济模型。
先进驾驶辅助系统是增长最快的一个部分（ADAS）。相机越来越广泛的应用：看后视镜，驾驶员侧，和路边（见图1）。转移和未压缩的视频数据处理的目标检测的要求，进一步推动高带宽数据网络的需要。
图1：数据在车上从多个摄像机传输需要高带宽。
而其他的协议运行的蒸汽，以太网在结构化、标准化的方向发展。新兴技术和标准，如节能以太网，介绍低功耗空闲和唤醒模式，节约能源，当相机在不使用。汽车以太网提供100 Mbps的带宽现在是可用的：IEEE 802.3u（100BaseTX）标准已被选定为汽车诊断IP，并进行了iso13400。开放标准以太网也被认为是信息网络技术的专有的最可行的替代方案。
趋势是单一的，灵活的，基于网络的替换多个封闭的网络系统可扩展的以太网，从而大大降低连接成本和布线重量。然而，在屏蔽或非屏蔽双绞线的选择仍存在争议的新的物理层技术脱颖而出。关键是要满足汽车行业严格的EMC要求。
它是从数据通过无线网络影响的关键安全系统，对车辆的无线网络的广泛应用，电磁干扰的危害。然而，有些地方根本不安装电线和电缆的可行性，但功率和数据都需要传输。低功率的无线网络，在有干扰最小的危险，现在越来越多的车辆。
无电池
应用实例包括电动窗开门锁，镜子和灯光调节系统、胎压监测、信息娱乐系统。这种类型的系统已被采用的潜在能量清除，通常从热或振动的车辆来源。在某些情况下，收获的能量可以被存储在超级电容器，或用一个小电池充电。
轮胎压力监测系统（TPMS）是一个经典案例。传统的设备是电池供电，在电池需要更换每3至5年。然而，最近推出的是免电池。基于MEMS的压电能量收集装置可以产生足够的电力（40μW）使TPMS成功运作的压力传感器和无线通信电路。振动通过车轮在汽车运动足以让MEMS装置将能量转化为电能，当电容两端的电压来驱动汽车的收获。
被动钥匙车门开启和锁定和固定的电源通过调制磁场，通过车辆的基站产生的低频交变电流，通常在125 kHz。数据之间的FOB和通过该磁场汽车转移。超低功耗电子电路（单片机，存储器，使用加密等）确保足够的能量可以被用来操作设备安全可靠。
图2：被动的钥匙链，或远程无钥匙进入系统，可以通过调制磁场从车辆内部产生动力。
在应用如电动车窗控制，后视镜折叠镜轴控制，半导体厂商纷纷推出智能集成电路取代机械继电器。电源管理功能包括超低静态电流的待机模式。其它功能包括集成的IP网络和射频通信支持。如果这种功能是为无线网络实现的，他们可以很容易地通过能量收集装置供电，可在备用电池连接。
压电的解决方案
振动能量收集是一种汽车系统最明显的解决方案。典型的设备目前提供包括中é技术volture范围。该设备使用的压电材料转换成可用的电能机械应变。在原始的形式，提供简单包装的预排安装孔和连接器的v22bl是最小的设备范围内，运行在26到110赫兹之间的感知，并在扩展温度范围- 40°C 90°C.
压电换能器通常是使用一个功率调节电路连接，将交流输出稳压直流输出。从线性充电管理IC技术的ltc3588系列是专为支持从压电和机电源能源收获。部分可与950钠或1.5μ一输入静态电流，并支持电源电压从2.7至20 Vltc3588-1提供1.8，2.5可选的输出电压，3.3和3.6 V。
高电压（最小14 V至20 V输入操作范围）的版本，ltc3588-23.45，提供四的输出电压，4.1 V和5 V、100 mA的连续输出电流。这些器件特别适合使用锂电池和超级电容器。输入保护并联设置在20 V提供过压保护。
中é已经开发出了自己的能量采集调理电路的ehe004，基于ltc3588-1。它包括一个集成的充电管理和全波整流的直流-直流转换。它直接连接到任何的volture压电能量收集装置。董事会包括200个存储电容Fμ，虽然还可以，如果需要的话。
的ehe004允许用户连接在volture装置两晶片，串联或并联，取决于小振幅的要求或更高的平均输出功率水平更高的振动振幅水平相关。
热转换
电动和混合动力汽车有望在未来几年广泛利用清除或收获的能源效益。热振动被视为可行的来源，以及太阳能玻璃和柔性太阳能电池板。技术，如再生制动，减速能量是收获而不是失去的热量，已经被部署。减震器是另一个能量收集目标。其目的是充电电池供电的车辆，从而扩大了它的范围。在未来的设计，部分功能将由辅助电池，使能源收获至少可以收取那些运行必不可少的电子系统，它将通过单个或多个有线数据网络的互联。
热是能量，可以轻松地收获的车辆的另一个主要来源，特别是传统的内燃机。科学家和汽车制造商继续探讨热电发电机（TEG）和相关材料的潜力，可以用来捕捉车辆余热转化电能。剧烈的温差可能在车辆，TEG已发现产生高达1200瓦，这可能导致柴油或汽油发动机汽车节约燃料。
TEG技术是不断发展的，最后。传统的手工设备，含有有毒成分（铅）让更小的发电机，可以产生有效地使用3D打印技术的成本和更环保的聚合物，导电。
较小的TEG，发电600瓦左右，可以产生足够的电力来运行的电子控制单元或汽车电子系统或设备的其他电池充电，如手机充电器。供电的无线传感器网络，可用于小型TEG。这些通常是由N、P对掺杂半导体颗粒串联封装导热陶瓷板之间。输出电压范围为10至50 mV / K的温度差，而是取决于对序列的数量，而源电阻的电压降的影响。
管理和转换所产生的能量是另一个挑战tegs。线性技术，再次，想出了一个巧妙的解决办法，其ltc3109自动极性、超低电压升压转换器和电源管理。从极性操作的能力与TEG尤为重要。它的输入电压低至- 30 mV，甚至低至2°C的温度差，可以保证有足够的能量和数据传输的无线传感器。
图3：线性的ltc3109升压转换器和电源管理器为单极性输入操作示意图。
该设备采用升压变压器和内部MOSFET形成谐振振荡器。2.2 V输出LDO的设计是在调节第一，功率低功耗微处理器尽早。然后主输出电容的功率传感器，模拟电路充电，RF收发器或充电超级电容器或电池。
储能
取决于应用程序的性质，有时捡来的能量需要存储供以后使用。例如，如果车辆静止时，振动会很小。如果汽油或柴油发动机没有运行，或刚刚开始从冷、热差将减少。对于某些应用程序，如供电的无线传感器网络，只需要很少量的能量。随着技术如再生制动，大量的能源，同时产生并需要存储。在电动和混合动力汽车的工作正在进行中，研究分布式能源存储各子系统。
通常，收获的能量可以储存在充电电池或超级电容器，或两者。产品范围广阔，从系统能够启动一辆卡车从寒冷的扁平电池，微型设备在μV级操作。
如果应用程序需要偶尔短而高功率脉冲，如广播无线电信号在长距离，然后快速充放电电容器可能是最好的解决方案。如果低水平的电力需要缓慢释放，在很长一段时间，然后充电电池是一个更好的赌注。一些应用程序成功地使用技术，通过先进的电源管理电路控制。当然，研究人员正在开发，最终将提供高功率、高能量的新型超级电容器技术。这些有望取代锂电池，但很多年没还。
对于系统需要少量的电容，但直接的脉冲功率，公司提供一系列的小型超级电容器。2.7 Veshsr-0010c0超级电容的模型提供了一个令人印象深刻的10额定电容。径向包装器件工作在扩展- 40°C至65 C的温度范围内°，报价在25°C.公司87600小时一辈子拥有广泛的超级电容器，包括更高的功率大的电池模块用于汽车应用的主流。
锂电池的一个创新性的替代是EnerChip CC系列薄膜储能设备Cymbet公司。一个集成的解决方案，提供后备能量存储和电源管理的CBC3150的目标是在保持低功耗微控制器提供一个本地化的电源和相关的待机电路报警；理想的无线传感器网络。它还专门被耦合到能量采集传感器。
充电本身具有控制电压从2.5到5.5伏，有20分钟的充电时间（80%）。它可以充电数千次。智能电池的特点和典型容量3.3 V输出电压为50μ啊。包含在一个表面贴装封装只有9平方毫米，这些固态电池的十倍以上，比标准的2032纽扣电池和去年三倍。工作温度范围为- 20°C 70°C.
图4：Cymbet的CBC-EVAL-09能量收集评估套件。
Cymbet EnerChip能量收集有一个通用的评估套件，CBC-EVAL-09。为了接受来自太阳能，电输入，热电或电磁EH传感器，该工具包允许工程师尝试EnerChip固态电池以及公司的cbc915能量处理器芯片。
概要
有线网络是当今汽车必不可少的，整合的电子系统，覆盖范围越来越广的功能扩散，从传统的ECU通过安全系统，先进的驾驶辅助系统，信息和娱乐。无线传感器网络越来越多地被部署在必须与有线骨干网通信的具体领域。正是在这里，能量收集技术，在其相关的电源管理和能量存储技术相结合，发现潜在的。