Comment les capteurs de pression des pneus sont-ils alimentés ? Batterie TPMS et récolte expliquées

La plupart des conducteurs ne pensent jamais à la batterie qui maintient en vie un capteur de pression des pneus. Le module qui signale une « faible pression des pneus » se trouve à l’intérieur de la roue, tourne à vitesse d’autoroute et dispose encore de suffisamment d’énergie pour mesurer et diffuser toutes les quelques secondes. La réponse à la question de savoir comment les capteurs de pression des pneus sont alimentés est généralement plus simple que ce à quoi les gens s'attendent : une petite pile bouton au lithium, scellée à l'intérieur de l'ensemble du capteur, alimente l'ensemble pendant cinq à dix ans. Si vous concevez un module TPMS, cette batterie détermine le budget actuel du capteur, de la radio et du microcontrôleur.

Comment les capteurs de pression des pneus sont-ils alimentés dans un système TPMS direct ?

Chaque capteur TPMS direct d’une voiture particulière est alimenté par une pile bouton au lithium non rechargeable.

La batterie fait partie du module capteur qui se clipse sur la tige de valve. Ce n’est pas réparable. Une fois la cellule arrivée en fin de vie, l’ensemble du capteur doit être retiré de la roue et remplacé. C'est pourquoi la durée de vie du capteur TPMS est presque toujours définie par la durée de vie de la batterie, et non par l'élément de détection lui-même.

L'industrie s'est standardisée sur quelques formats. Un CR1632 contient environ 130 mAh, un CR2032 environ 220 mAh et un CR2450 se rapproche de 520 mAh. Plus la cellule est grande, plus le capteur peut rester longtemps dans le pneu, mais plus il prend de place au niveau de la tige de valve. Une pile bouton de 3 V doit également survivre aux vibrations, à la chaleur du freinage et à des températures allant jusqu'à -40 °C. La chimie de l'électrolyte est donc aussi importante que la capacité.

Quelle quantité d’énergie un capteur TPMS utilise-t-il chaque jour ?

Un capteur TPMS dort la majeure partie de sa vie, et c'est exactement ce qui fait qu'une petite batterie dure des années.

Le contrôleur réveille le capteur pour mesurer la pression et la température, puis envoie une courte rafale RF. En mode veille, l'appareil consomme environ 1 uA. Lors d'une mesure, elle passe à environ 2-3 mA pendant quelques millisecondes. Pendant la transmission, il peut tirer 5 à 10 mA pendant moins de dix millisecondes. La consommation énergétique quotidienne moyenne est donc très faible.

• Se réveiller du mode veille
• Mesurer la pression et la température
• Convertir le résultat en cadre numérique
• Transmettre le paquet RF
• Retourner dormir

Ce modèle s'exécute des milliers de fois par jour sans que la batterie ne soit jamais chargée.

Une cellule de 220 mAh peut supporter ce cycle de service pendant des années, c'est pourquoi une batterie au lithium de 3 V reste le choix par défaut.

Comment les capteurs de pression des pneus obtiennent-ils de l’énergie grâce à la récupération d’énergie ?

Les capteurs TPMS à récupération d'énergie sont de vrais produits, mais ils n'ont pas remplacé les batteries des voitures particulières grand public.

Les éléments piézoélectriques captent les vibrations du pneu, les bobines électromagnétiques récoltent l'énergie de rotation et certains prototypes utilisent la puissance RF émise par le véhicule. Ces approches suppriment la batterie de l’équation et promettent des capteurs sans entretien. Mais ils ajoutent du coût, de la taille et de la complexité. Pour une voiture qui sera mise à la ferraille dans dix ans, une pile bouton à 1 $ a toujours plus de sens qu’une moissonneuse-batteuse à 20 $.

• Récolte des vibrations piézoélectriques
• Récupération d'énergie de rotation électromagnétique
• Transmission de puissance radiofréquence

Comment les capteurs de pression des pneus sont-ils alimentés dans les systèmes de flotte filaires ?

Les véhicules utilitaires et les équipements industriels utilisent des modules TPMS filaires qui tirent leur énergie directement de la batterie du châssis.

Les systèmes pour camions, bus et remorques acheminent des lignes d'alimentation 12 V ou 24 V vers chaque capteur. Cela élimine le remplacement de la batterie et permet une surveillance continue. Le compromis est plus de câblage, plus de connecteurs et un plus grand risque d'endommagement des câbles. De nombreux gestionnaires de flotte l'acceptent car les capteurs sont installés une seule fois et ne sont plus jamais touchés. Ces systèmes constituent également un rappel utile de comment les capteurs de pression alimentent les véhicules modernes dans une architecture électrique plus large.

Les modules câblés utilisent souvent une topologie de détection différente, car il n'y a aucune contrainte de puissance provenant d'une pile bouton. Le capteur peut fonctionner en continu et le récepteur peut l'interroger plusieurs fois par seconde.

Comment la durée de vie de la batterie façonne la conception des capteurs de pression MEMS

La contrainte batterie détermine le budget électrique de l'ensemble du module TPMS, y compris la puce du capteur de pression MEMS.

Lorsqu'un concepteur de produit sélectionne un capteur de pression MEMS pour un TPMS alimenté par batterie, les questions sont directes : quelle est la tension d'alimentation, quelle est la quantité de courant consommée par le pont et le capteur prend-il en charge un mode veille ? MemsTech - Wuxi Mems Tech Co., Ltd., le fabricant de capteurs de pression MEMS, résout ce problème en concevant des capteurs de qualité automobile pour un fonctionnement à faible consommation et une sortie stable sur les plages de température trouvées dans les pneus.

La tension et le courant d'alimentation sont les spécifications clés

La plupart des modules TPMS utilisent un rail 3 V à partir de la pile bouton, le capteur doit donc fonctionner d'environ 2,1 V à 3,6 V. L'élément de détection ne doit consommer que quelques centaines de microampères en mode actif et une fraction de microampère en veille. Un capteur qui consomme 1 mA de plus que prévu réduira la durée de vie de la batterie de plusieurs années.

Capteurs de pression absolue MCPJ10, MCPJ11 et MCPJ12 pour l'automobile Ces capteurs de pression absolue calibrés offrent une sortie analogique ou numérique, fonctionnent de 2,1 V à 3,6 V et conviennent aux contraintes de la batterie TPMS. Leur faible consommation d’énergie contribue à prolonger la durée de vie des piles bouton. Voir le produit →

Les séries MCPJ10, MCPJ11 et MCPJ12 sont des capteurs de pression absolue conçus pour les environnements automobiles, avec des tensions d'alimentation nominales qui correspondent à la pile de batterie 3 V utilisée dans la plupart des modules TPMS.

Wuxi Mems Tech Co., Ltd. exploite également 2 000 mètres carrés d'espace de production standardisé et déclare une production annuelle de 60 millions d'unités, chaque capteur réussissant l'étalonnage zéro/pleine échelle, les tests de dérive de température et les contrôles de stabilité à long terme avant expédition.

Choisir un capteur MEMS pour un module TPMS

La sélection d'un capteur pour un module de pression des pneus se résume à trois spécifications : plage de pression, tension d'alimentation et taille du boîtier.

Les capteurs de pression des pneus mesurent généralement la pression absolue entre 100 kPa et 450 kPa. L'élément de détection est référencé au vide à l'intérieur de son emballage scellé, c'est pourquoi les capteurs de pression absolue sont le choix standard pour le TPMS. La sortie numérique est courante car elle réduit la charge sur le microcontrôleur et évite le bruit ADC supplémentaire. La taille du boîtier est importante car le capteur se trouve dans un très petit espace au niveau de la tige de valve. La série MemsTech MCPJ20 est conçue pour répondre à ces exigences.

Le meilleur choix dépend de la nécessité pour le module d'une interface numérique et de l'effort d'étalonnage que le client souhaite entreprendre. Les MCPJ10, MCPJ11 et MCPJ12 offrent une option de sortie numérique, tandis que la famille MCPJ20 reste analogique pour les chaînes de signaux plus simples. Pour plus d'informations, lisez le guide complet sur la technologie des capteurs de pression MEMS .

Capteurs de pression analogiques série MCPJ20 pour utilisation sur collecteur automobile La famille MCPJ20 fournit une sortie analogique calibrée pour la mesure de la pression du collecteur d'admission, avec une plage personnalisable et une faible consommation. Il s'adapte aux modules automobiles nécessitant des chaînes de signaux simples. Voir le produit →

FAQ

Combien de temps dure une pile de capteur de pression des pneus ?

Un capteur TPMS direct typique utilise une pile bouton au lithium 3V et dure entre 5 et 7 ans en utilisation normale. Les climats froids et les courts trajets fréquents peuvent raccourcir cette durée de vie car le capteur se réveille plus souvent.

Peut-on remplacer la batterie d'un capteur TPMS ?

Non. Les capteurs TPMS grand public sont des unités scellées. La batterie est moulée à l'intérieur du module, de sorte que l'ensemble du capteur est remplacé lorsque la cellule meurt.

Les capteurs de pression des pneus ont-ils besoin d'une batterie si le véhicule est câblé ?

Les systèmes de flotte filaires n’utilisent pas de piles. Ils sont alimentés par le système électrique du véhicule, ce qui permet une surveillance continue sans remplacement de la batterie.

Pourquoi un capteur de pression MEMS est-il utilisé dans le TPMS ?

Un capteur de pression MEMS est petit, précis et consomme très peu de courant, ce qui en fait le seul choix pratique pour un module alimenté par batterie qui doit s'insérer dans une valve de pneu.

Si vous concevez un module TPMS et avez besoin d'un capteur qui fonctionne de manière fiable à partir d'une petite pile bouton, les variantes MCPJ20A, MCPJ20B et MCPJ20C couvrent différentes plages de sortie pour le même rail d'alimentation 3 V.

Capteurs de pression MCPJ20A, J20B et J20C pour applications 3 V Ces variantes couvrent différentes plages de pression (10-1 000 kPa ou 10-400 kPa) sur une alimentation 3 V, offrant une flexibilité pour les modules TPMS. Leur boîtier précis et compact permet un fonctionnement fiable par pile bouton. Voir le produit →