Wie werden Reifendrucksensoren mit Strom versorgt? TPMS-Batterie und -Ernte erklärt

Die meisten Fahrer denken nie an die Batterie, die einen Reifendrucksensor am Leben hält. Das Modul, das „niedrigen Reifendruck“ meldet, sitzt im Rad, dreht sich mit Autobahngeschwindigkeit und hat immer noch genug Energie, um alle paar Sekunden zu messen und zu senden. Die Antwort auf die Frage, wie Reifendrucksensoren mit Strom versorgt werden, ist in der Regel einfacher als erwartet: Eine kleine Lithium-Knopfzelle, die in der Sensorbaugruppe versiegelt ist, versorgt das gesamte Paket fünf bis zehn Jahre lang mit Strom. Wenn Sie ein TPMS-Modul entwerfen, bestimmt diese eine Batterie das aktuelle Budget für den Sensor, das Radio und den Mikrocontroller.

Wie werden Reifendrucksensoren in einem direkten TPMS-System mit Strom versorgt?

Jeder direkte TPMS-Sensor in einem Pkw wird von einer nicht wiederaufladbaren Lithium-Knopfzelle mit Strom versorgt.

Die Batterie ist Teil des Sensormoduls, das auf den Ventilschaft geklemmt wird. Es ist nicht brauchbar. Sobald die Zelle das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, muss der gesamte Sensor vom Rad abgeschnitten und ersetzt werden. Aus diesem Grund wird die Lebensdauer von TPMS-Sensoren fast immer durch die Batterielebensdauer und nicht durch das Sensorelement selbst bestimmt.

Die Branche hat sich auf einige Formate standardisiert. Ein CR1632 fasst ungefähr 130 mAh, ein CR2032 fasst ungefähr 220 mAh und ein CR2450 nähert sich 520 mAh. Je größer die Zelle, desto länger kann der Sensor im Reifen bleiben, nimmt aber auch mehr Platz am Ventilschaft ein. Eine 3-V-Knopfzelle muss außerdem Vibrationen, Hitze beim Bremsen und Temperaturen bis zu -40 °C überstehen, daher ist die Elektrolytchemie genauso wichtig wie die Kapazität.

Wie viel Strom verbraucht ein TPMS-Sensor täglich?

Ein TPMS-Sensor schläft die meiste Zeit seiner Lebensdauer, und genau das macht eine winzige Batterie jahrelang haltbar.

Der Controller weckt den Sensor, um Druck und Temperatur zu messen, und sendet dann einen kurzen HF-Burst. Im Ruhemodus verbraucht das Gerät etwa 1 uA. Während einer Messung springt er für einige Millisekunden auf etwa 2-3 mA. Während der Übertragung kann es weniger als zehn Millisekunden lang 5-10mA ziehen. Der durchschnittliche tägliche Energieverbrauch ist daher sehr gering.

• Wachen Sie aus dem Schlafmodus auf
• Druck und Temperatur messen
• Wandeln Sie das Ergebnis in einen digitalen Rahmen um
• Übertragen Sie das RF-Paket
• Schlafen Sie wieder ein

Dieses Muster läuft tausende Male am Tag ab, ohne dass der Akku jemals aufgeladen wird.

Eine 220-mAh-Zelle kann diesen Arbeitszyklus jahrelang unterstützen, weshalb eine 3-V-Lithiumbatterie immer noch die Standardwahl ist.

Wie gewinnen Reifendrucksensoren Energie aus der Energiegewinnung?

Energy-Harvesting-TPMS-Sensoren sind echte Produkte, aber sie haben die Batterien in Pkw für den Massenmarkt nicht ersetzt.

Piezoelektrische Elemente erfassen Vibrationen des Reifens, elektromagnetische Spulen gewinnen Rotationsenergie und einige Prototypen nutzen vom Fahrzeug abgestrahlte HF-Energie. Diese Ansätze eliminieren die Batterie und versprechen wartungsfreie Sensoren. Sie erhöhen jedoch die Kosten, die Größe und die Komplexität. Für ein Auto, das in zehn Jahren verschrottet wird, ist eine 1-Dollar-Knopfzelle immer noch sinnvoller als ein 20-Dollar-Harvester.

• Piezoelektrische Vibrationsernte
• Elektromagnetische Rotationsenergiegewinnung
• Hochfrequenz-Energiestrahlung

Wie werden Reifendrucksensoren in kabelgebundenen Flottensystemen mit Strom versorgt?

Nutzfahrzeuge und Industrieanlagen verwenden kabelgebundene TPMS-Module, die den Strom direkt von der Fahrgestellbatterie beziehen.

Lkw-, Bus- und Anhängersysteme führen 12-V- oder 24-V-Versorgungsleitungen zu jedem Sensor. Dadurch entfällt der Batteriewechsel und eine kontinuierliche Überwachung ist möglich. Der Nachteil besteht in mehr Verkabelung, mehr Anschlüssen und einem größeren Risiko einer Kabelbeschädigung. Viele Flottenmanager nehmen dies in Kauf, da die Sensoren einmal installiert und nie wieder berührt werden. Diese Systeme sind auch eine nützliche Erinnerung daran wie Drucksensoren moderne Fahrzeuge antreiben in einer breiteren elektrischen Architektur.

Festverdrahtete Module verwenden oft eine andere Sensortopologie, da es keine Leistungsbeschränkung durch eine Knopfzelle gibt. Der Sensor kann kontinuierlich laufen und der Empfänger kann ihn mehrmals pro Sekunde abfragen.

Wie die Batterielebensdauer das MEMS-Drucksensordesign beeinflusst

Die Batteriebeschränkung bestimmt das Strombudget für das gesamte TPMS-Modul, einschließlich des MEMS-Drucksensorchips.

Wenn ein Produktdesigner einen MEMS-Drucksensor für ein batteriebetriebenes TPMS auswählt, stellen sich die Fragen direkt: Wie hoch ist die Versorgungsspannung, wie viel Strom verbraucht die Brücke und unterstützt der Sensor einen Schlafmodus? MemsTech – Wuxi Mems Tech Co., Ltd., der Hersteller von MEMS-Drucksensoren, geht dieses Problem an, indem er Sensoren in Automobilqualität für einen stromsparenden Betrieb und eine stabile Ausgabe über die in Reifen vorkommenden Temperaturbereiche entwickelt.

Versorgungsspannung und -strom sind die wichtigsten Spezifikationen

Die meisten TPMS-Module verwenden eine 3-V-Schiene von der Knopfzelle, sodass der Sensor bei etwa 2,1 V bis 3,6 V arbeiten muss. Das Sensorelement sollte im aktiven Modus nur einige hundert Mikroampere und im Standby-Modus einen Bruchteil eines Mikroampere verbrauchen. Ein Sensor, der 1 mA mehr verbraucht als erwartet, verkürzt die Batterielebensdauer um Jahre.

Absolutdrucksensoren MCPJ10, MCPJ11 und MCPJ12 für die Automobilindustrie Diese kalibrierten Absolutdrucksensoren bieten einen analogen oder digitalen Ausgang, arbeiten mit 2,1 V bis 3,6 V und sind für TPMS-Batteriebeschränkungen geeignet. Ihr geringer Stromverbrauch trägt dazu bei, die Lebensdauer der Knopfzellen zu verlängern. Produkt anzeigen →

Bei den Serien MCPJ10, MCPJ11 und MCPJ12 handelt es sich um Absolutdrucksensoren, die für Automobilumgebungen entwickelt wurden und über eine Versorgungsspannung verfügen, die dem 3-V-Batteriestapel entspricht, der in den meisten TPMS-Modulen verwendet wird.

Wuxi Mems Tech Co., Ltd. betreibt außerdem 2.000 Quadratmeter standardisierte Produktionsfläche und meldet eine jährliche Produktion von 60 Millionen Einheiten, wobei jeder Sensor vor dem Versand eine Null-/Vollkalibrierung, Temperaturdrifttests und Langzeitstabilitätsprüfungen durchläuft.

Auswahl eines MEMS-Sensors für ein TPMS-Modul

Bei der Auswahl eines Sensors für ein Reifendruckmodul kommt es auf drei Spezifikationen an: Druckbereich, Versorgungsspannung und Gehäusegröße.

Reifendrucksensoren messen typischerweise einen absoluten Druck zwischen 100 kPa und 450 kPa. Das Sensorelement ist auf ein Vakuum in seiner versiegelten Verpackung bezogen, weshalb Absolutdrucksensoren die Standardwahl für TPMS sind. Der digitale Ausgang ist üblich, da er die Belastung des Mikrocontrollers reduziert und zusätzliches ADC-Rauschen vermeidet. Die Packungsgröße ist wichtig, da der Sensor in einem sehr kleinen Raum am Ventilschaft untergebracht ist. Die MemsTech MCPJ20-Serie ist darauf ausgelegt, diese Anforderungen zu erfüllen.

Die beste Wahl hängt davon ab, ob das Modul eine digitale Schnittstelle benötigt und wie viel Kalibrierungsaufwand der Kunde übernehmen möchte. MCPJ10, MCPJ11 und MCPJ12 bieten eine digitale Ausgangsoption, während die MCPJ20-Familie für einfachere Signalketten analog bleibt. Weitere Hintergrundinformationen finden Sie im umfassender Leitfaden zur MEMS-Drucksensortechnologie .

Analoge Drucksensoren der Serie MCPJ20 für den Einsatz in Kfz-Verteilern Die MCPJ20-Familie bietet einen kalibrierten Analogausgang für die Ansaugkrümmerdruckmessung mit anpassbarem Bereich und geringem Stromverbrauch. Es passt für Automobilmodule, die einfache Signalketten benötigen. Produkt anzeigen →

FAQ

Wie lange hält die Batterie eines Reifendrucksensors?

Ein typischer direkter TPMS-Sensor verwendet eine 3-V-Lithium-Knopfzelle und hält bei normalem Gebrauch zwischen 5 und 7 Jahren. Kaltes Klima und häufige Kurztrips können diese Lebensdauer verkürzen, da der Sensor häufiger aufwacht.

Kann man die Batterie in einem TPMS-Sensor austauschen?

Nein. Verbraucher-TPMS-Sensoren sind versiegelte Einheiten. Die Batterie ist in das Modul eingegossen, sodass der gesamte Sensor ausgetauscht wird, wenn die Zelle leer ist.

Benötigen Reifendrucksensoren eine Batterie, wenn das Fahrzeug fest verkabelt ist?

Bei kabelgebundenen Flottensystemen kommen keine Batterien zum Einsatz. Sie beziehen ihren Strom aus dem Bordnetz des Fahrzeugs, was eine kontinuierliche Überwachung ohne Batteriewechsel ermöglicht.

Warum wird ein MEMS-Drucksensor in TPMS verwendet?

Ein MEMS-Drucksensor ist klein, genau und verbraucht sehr wenig Strom, was ihn zur einzig praktikablen Wahl für ein batteriebetriebenes Modul macht, das in ein Reifenventil passen muss.

Wenn Sie ein TPMS-Modul entwerfen und einen Sensor benötigen, der zuverlässig mit einer kleinen Knopfzelle arbeitet, decken die Varianten MCPJ20A, MCPJ20B und MCPJ20C unterschiedliche Ausgangsbereiche für dieselbe 3-V-Versorgungsschiene ab.

MCPJ20A-, J20B- und J20C-Drucksensoren für 3-V-Anwendungen Diese Varianten decken unterschiedliche Druckbereiche (10–1000 kPa oder 10–400 kPa) bei einer 3-V-Versorgung ab und bieten Flexibilität für TPMS-Module. Ihre Präzision und ihr kompaktes Gehäuse unterstützen einen zuverlässigen Knopfzellenbetrieb. Produkt anzeigen →