¿Cómo obtienen energía los sensores de presión de neumáticos? Batería TPMS y recolección explicadas

La mayoría de los conductores nunca piensan en la batería que mantiene activo el sensor de presión de los neumáticos. El módulo que informa "baja presión de los neumáticos" se encuentra dentro de la rueda, gira a velocidad de carretera y todavía tiene suficiente energía para medir y transmitir cada pocos segundos. La respuesta a cómo obtienen energía los sensores de presión de neumáticos suele ser más simple de lo que la gente espera: una pequeña celda de botón de litio, sellada dentro del conjunto del sensor, alimenta todo el paquete durante cinco a diez años. Si está diseñando un módulo TPMS, esa batería determina el presupuesto actual para el sensor, la radio y el microcontrolador.

¿Cómo obtienen energía los sensores de presión de neumáticos en un sistema TPMS directo?

Cada sensor TPMS directo de un turismo obtiene su energía de una pila de botón de litio no recargable.

La batería es parte del módulo del sensor que se engancha al vástago de la válvula. No es útil. Una vez que la celda llega al final de su vida útil, se debe cortar todo el sensor de la rueda y reemplazarlo. Esta es la razón por la que la vida útil del sensor TPMS casi siempre se define por la duración de la batería, no por el elemento sensor en sí.

La industria se ha estandarizado en algunos formatos. Un CR1632 tiene aproximadamente 130mAh, un CR2032 tiene alrededor de 220mah y un CR2450 se acerca a los 520mAh. Cuanto más grande es la celda, más tiempo puede permanecer el sensor en el neumático, pero más espacio ocupa en el vástago de la válvula. Una pila de botón de 3 V también tiene que sobrevivir a la vibración, al calor del frenado y a temperaturas de hasta -40 C, por lo que la química del electrolito es tan importante como la capacidad.

¿Cuánta energía utiliza un sensor TPMS cada día?

Un sensor TPMS duerme la mayor parte de su vida, y eso es exactamente lo que hace que una pequeña batería dure años.

El controlador activa el sensor para medir la presión y la temperatura y luego envía una breve ráfaga de RF. En modo de suspensión, el dispositivo consume aproximadamente 1 uA. Durante una medición, salta a unos 2-3 mA durante unos milisegundos. Durante la transmisión, puede consumir de 5 a 10 mA durante menos de diez milisegundos. Por tanto, el consumo medio diario de energía es muy reducido.

• Despertar del modo de suspensión
• Medir presión y temperatura.
• Convierte el resultado en un marco digital.
• Transmitir el paquete RF
• volver a dormir

Este patrón se ejecuta miles de veces al día sin que se cargue la batería.

Una celda de 220 mAh puede soportar este ciclo de trabajo durante años, razón por la cual una batería de litio de 3 V sigue siendo la opción predeterminada.

¿Cómo obtienen energía los sensores de presión de los neumáticos a partir de la recolección de energía?

Los sensores TPMS de recolección de energía son productos reales, pero no han reemplazado a las baterías en los turismos del mercado masivo.

Los elementos piezoeléctricos capturan la vibración del neumático, las bobinas electromagnéticas recolectan energía rotacional y algunos prototipos utilizan energía de RF transmitida desde el vehículo. Estos enfoques eliminan la batería de la ecuación y prometen sensores libres de mantenimiento. Pero añaden costo, tamaño y complejidad. Para un automóvil que será desguazado en diez años, una celda de botón de 1 dólar todavía tiene más sentido que una cosechadora de 20 dólares.

• Cosecha de vibraciones piezoeléctricas
• Recolección de energía rotacional electromagnética
• Transmisión de energía por radiofrecuencia

¿Cómo obtienen energía los sensores de presión de neumáticos en los sistemas de flotas cableados?

Los vehículos comerciales y los equipos industriales utilizan módulos TPMS cableados que obtienen energía directamente de la batería del chasis.

Los sistemas de camiones, autobuses y remolques encaminan líneas de suministro de 12 V o 24 V a cada sensor. Esto elimina el reemplazo de la batería y permite un monitoreo continuo. La contrapartida es más cableado, más conectores y un mayor riesgo de daños en los cables. Muchos administradores de flotas lo aceptan porque los sensores se instalan una vez y nunca más se tocan. Estos sistemas también son un útil recordatorio de Cómo los sensores de presión alimentan los vehículos modernos en una arquitectura eléctrica más amplia.

Los módulos cableados a menudo utilizan una topología de detección diferente, porque no hay restricción de energía por parte de una celda de botón. El sensor puede funcionar continuamente y el receptor puede sondearlo varias veces por segundo.

Cómo la duración de la batería influye en el diseño del sensor de presión MEMS

La restricción de la batería determina el presupuesto eléctrico para todo el módulo TPMS, incluido el chip sensor de presión MEMS.

Cuando un diseñador de producto selecciona un sensor de presión MEMS para un TPMS alimentado por batería, las preguntas son directas: ¿cuál es el voltaje de suministro, cuánta corriente consume el puente y el sensor admite un modo de suspensión? MemsTech: Wuxi Mems Tech Co., Ltd., el fabricante de sensores de presión MEMS, aborda este problema diseñando sensores de grado automotriz para un funcionamiento de baja potencia y una salida estable en todos los rangos de temperatura que se encuentran en los neumáticos.

El voltaje y la corriente de suministro son las especificaciones clave

La mayoría de los módulos TPMS utilizan un riel de 3 V desde la celda de moneda, por lo que el sensor debe funcionar entre aproximadamente 2,1 V y 3,6 V. El elemento sensor debería consumir sólo unos pocos cientos de microamperios en modo activo y una fracción de microamperio en modo de espera. Un sensor que consume 1 mA más de lo esperado reducirá la duración de la batería en años.

Sensores de presión absoluta MCPJ10, MCPJ11 y MCPJ12 para automoción Estos sensores de presión absoluta calibrados ofrecen salida analógica o digital, funcionan de 2,1 V a 3,6 V y se adaptan a las limitaciones de la batería del TPMS. Su bajo consumo de energía ayuda a prolongar la vida útil de las pilas tipo botón. Ver producto →

Las series MCPJ10, MCPJ11 y MCPJ12 son sensores de presión absoluta diseñados para entornos automotrices, con clasificaciones de voltaje de suministro que coinciden con la batería de 3 V utilizada en la mayoría de los módulos TPMS.

Wuxi Mems Tech Co., Ltd. también cuenta con 2000 metros cuadrados de espacio de producción estandarizado y reporta una producción anual de 60 millones de unidades, con cada sensor pasando calibración cero/escala completa, pruebas de deriva de temperatura y verificaciones de estabilidad a largo plazo antes del envío.

Elegir un sensor MEMS para un módulo TPMS

La selección de un sensor para un módulo de presión de neumáticos se reduce a tres especificaciones: rango de presión, voltaje de suministro y tamaño del paquete.

Los sensores de presión de neumáticos suelen medir la presión absoluta entre 100 kPa y 450 kPa. El elemento sensor está referenciado a un vacío dentro de su paquete sellado, razón por la cual los sensores de presión absoluta son la opción estándar para TPMS. La salida digital es común porque reduce la carga en el microcontrolador y evita ruido adicional del ADC. El tamaño del paquete importa porque el sensor se encuentra en un espacio muy pequeño en el vástago de la válvula. La serie MemsTech MCPJ20 está diseñada para cumplir con estos requisitos.

La mejor elección depende de si el módulo necesita una interfaz digital y de cuánto esfuerzo de calibración desea realizar el cliente. MCPJ10, MCPJ11 y MCPJ12 ofrecen una opción de salida digital, mientras que la familia MCPJ20 permanece analógica para cadenas de señal más simples. Para obtener más información, lea el guía completa sobre la tecnología de sensores de presión MEMS .

Sensores de presión analógicos serie MCPJ20 para uso en colectores automotrices La familia MCPJ20 proporciona salida analógica calibrada para medir la presión del colector de admisión, con rango personalizable y baja potencia. Se adapta a módulos automotrices que necesitan cadenas de señal simples. Ver producto →

Preguntas frecuentes

¿Cuánto dura la batería de un sensor de presión de neumáticos?

Un sensor TPMS directo típico utiliza una celda de botón de litio de 3 V y dura entre 5 y 7 años en uso normal. Los climas fríos y los viajes cortos frecuentes pueden acortar esa vida porque el sensor se activa con más frecuencia.

¿Se puede reemplazar la batería de un sensor TPMS?

No. Los sensores TPMS de consumo son unidades selladas. La batería está moldeada dentro del módulo, por lo que todo el sensor se reemplaza cuando la celda se agota.

¿Los sensores de presión de neumáticos necesitan una batería si el vehículo está cableado?

Los sistemas de flota cableados no utilizan baterías. Obtienen energía del sistema eléctrico del vehículo, lo que permite un monitoreo continuo sin necesidad de reemplazar la batería.

¿Por qué se utiliza un sensor de presión MEMS en TPMS?

Un sensor de presión MEMS es pequeño, preciso y consume muy poca corriente, lo que lo convierte en la única opción práctica para un módulo alimentado por batería que debe caber dentro de la válvula de un neumático.

Si está diseñando un módulo TPMS y necesita un sensor que funcione de manera confiable desde una celda de botón pequeña, las variantes MCPJ20A, MCPJ20B y MCPJ20C cubren diferentes rangos de salida para el mismo riel de suministro de 3V.

Sensores de presión MCPJ20A, J20B y J20C para aplicaciones de 3V Estas variantes cubren diferentes rangos de presión (10-1000 kPa o 10-400 kPa) con un suministro de 3 V, lo que ofrece flexibilidad para los módulos TPMS. Su paquete compacto y de precisión admite un funcionamiento fiable de tipo botón. Ver producto →