Como os sensores de pressão dos pneus obtêm energia? Bateria e colheita TPMS explicadas

A maioria dos motoristas nunca pensa na bateria que mantém ativo o sensor de pressão dos pneus. O módulo que informa “baixa pressão dos pneus” fica dentro do volante, girando em velocidade de rodovia, e ainda tem energia suficiente para medir e transmitir a cada poucos segundos. A resposta sobre como os sensores de pressão dos pneus obtêm energia é geralmente mais simples do que as pessoas esperam: uma pequena célula tipo moeda de lítio, selada dentro do conjunto do sensor, alimenta todo o pacote por cinco a dez anos. Se você estiver projetando um módulo TPMS, essa bateria determinará o orçamento atual para o sensor, o rádio e o microcontrolador.

Como os sensores de pressão dos pneus obtêm energia em um sistema TPMS direto?

Cada sensor TPMS direto em um carro de passageiros obtém energia de uma célula tipo moeda de lítio não recarregável.

A bateria faz parte do módulo do sensor que se prende à haste da válvula. Não é utilizável. Quando a célula atinge o fim da vida útil, todo o sensor deve ser cortado da roda e substituído. É por isso que a vida útil do sensor TPMS é quase sempre definida pela vida útil da bateria, e não pelo próprio elemento sensor.

A indústria padronizou alguns formatos. Um CR1632 comporta cerca de 130mAh, um CR2032 comporta cerca de 220mAh e um CR2450 chega mais perto de 520mAh. Quanto maior a célula, mais tempo o sensor pode permanecer no pneu, mas mais espaço ocupa na haste da válvula. Uma célula tipo moeda de 3 V também precisa sobreviver à vibração, ao calor da frenagem e a temperaturas de até -40 C, portanto, a química do eletrólito é tão importante quanto a capacidade.

Quanta energia um sensor TPMS usa por dia?

Um sensor TPMS dorme a maior parte de sua vida, e é exatamente isso que faz uma pequena bateria durar anos.

O controlador ativa o sensor para medir a pressão e a temperatura e, em seguida, envia uma breve explosão de RF. No modo de suspensão, o dispositivo consome cerca de 1 uA. Durante uma medição, ele salta para cerca de 2-3 mA por alguns milissegundos. Durante a transmissão, ele pode extrair 5 a 10 mA por menos de dez milissegundos. O consumo médio diário de energia é, portanto, muito pequeno.

• Acorde do modo de suspensão
• Medir pressão e temperatura
• Converta o resultado em um porta-retratos digital
• Transmitir o pacote RF
• Voltar a dormir

Esse padrão funciona milhares de vezes por dia sem que a bateria seja carregada.

Uma célula de 220 mAh pode suportar esse ciclo de trabalho por anos, e é por isso que uma bateria de lítio de 3V ainda é a escolha padrão.

Como os sensores de pressão dos pneus obtêm energia da coleta de energia?

Os sensores TPMS de captação de energia são produtos reais, mas não substituíram as baterias nos automóveis de passageiros do mercado de massa.

Os elementos piezoelétricos capturam a vibração do pneu, as bobinas eletromagnéticas coletam energia rotacional e alguns protótipos usam energia de RF emitida pelo veículo. Essas abordagens eliminam a bateria da equação e prometem sensores livres de manutenção. Mas eles acrescentam custo, tamanho e complexidade. Para um carro que será sucateado em dez anos, uma célula tipo moeda de US$ 1 ainda faz mais sentido do que uma colheitadeira de US$ 20.

• Colheita de vibração piezoelétrica
• Coleta de energia rotacional eletromagnética
• Transmissão de energia por radiofrequência

Como os sensores de pressão dos pneus obtêm energia em sistemas de frota com fio?

Veículos comerciais e equipamentos industriais utilizam módulos TPMS com fio que consomem energia diretamente da bateria do chassi.

Os sistemas de caminhões, ônibus e reboques direcionam linhas de alimentação de 12 V ou 24 V para cada sensor. Isso elimina a substituição da bateria e permite monitoramento contínuo. A desvantagem é mais fiação, mais conectores e um risco maior de danos aos cabos. Muitos gestores de frota aceitam isto porque os sensores são instalados uma vez e nunca mais são tocados. Estes sistemas são também um útil lembrete de como os sensores de pressão alimentam os veículos modernos em uma arquitetura elétrica mais ampla.

Módulos conectados geralmente usam uma topologia de detecção diferente, porque não há restrição de energia de uma célula tipo moeda. O sensor pode funcionar continuamente e o receptor pode pesquisá-lo várias vezes por segundo.

Como a vida útil da bateria molda o design do sensor de pressão MEMS

A restrição da bateria determina o orçamento elétrico para todo o módulo TPMS, incluindo o chip do sensor de pressão MEMS.

Quando um projetista de produto seleciona um sensor de pressão MEMS para um TPMS alimentado por bateria, as perguntas são diretas: qual é a tensão de alimentação, quanta corrente a ponte consome e o sensor suporta o modo de hibernação? MemsTech - Wuxi Mems Tech Co., Ltd., fabricante de sensores de pressão MEMS, aborda isso projetando sensores de nível automotivo para operação de baixa potência e saída estável em todas as faixas de temperatura encontradas nos pneus.

Tensão e corrente de alimentação são as principais especificações

A maioria dos módulos TPMS usa um trilho de 3 V da célula tipo moeda, portanto, o sensor deve funcionar de cerca de 2,1 V a 3,6 V. O elemento sensor deve consumir apenas algumas centenas de microamperes no modo ativo e uma fração de microamperes em modo de espera. Um sensor que consome 1 mA a mais do que o esperado reduzirá a vida útil da bateria em anos.

Sensores de pressão absoluta MCPJ10, MCPJ11 e MCPJ12 para o setor automotivo Esses sensores de pressão absoluta calibrados oferecem saída analógica ou digital, operam de 2,1 V a 3,6 V e atendem às restrições da bateria TPMS. Seu baixo consumo de energia ajuda a prolongar a vida útil da célula tipo moeda. Ver Produto →

As séries MCPJ10, MCPJ11 e MCPJ12 são sensores de pressão absoluta construídos para ambientes automotivos, com tensões de alimentação nominais que correspondem à pilha de baterias de 3 V usada na maioria dos módulos TPMS.

também opera 2.000 metros quadrados de espaço de produção padronizado e relata uma produção anual de 60 milhões de unidades, com cada sensor passando pela calibração zero/em escala completa, testes de variação de temperatura e verificações de estabilidade de longo prazo antes do envio.

Escolhendo um sensor MEMS para um módulo TPMS

A seleção de um sensor para um módulo de pressão de pneu se resume a três especificações: faixa de pressão, tensão de alimentação e tamanho do pacote.

Os sensores de pressão dos pneus normalmente medem a pressão absoluta entre 100 kPa e 450 kPa. O elemento sensor é referenciado a um vácuo dentro de sua embalagem selada, e é por isso que os sensores de pressão absoluta são a escolha padrão para TPMS. A saída digital é comum porque reduz a carga no microcontrolador e evita ruído ADC adicional. O tamanho da embalagem é importante porque o sensor fica em um espaço muito pequeno na haste da válvula. A série MemsTech MCPJ20 foi projetada para atender a esses requisitos.

A melhor escolha depende se o módulo precisa de uma interface digital e de quanto esforço de calibração o cliente deseja realizar. MCPJ10, MCPJ11 e MCPJ12 oferecem uma opção de saída digital, enquanto a família MCPJ20 permanece analógica para cadeias de sinal mais simples. Para obter mais informações, leia o guia completo para tecnologia de sensor de pressão MEMS .

Sensores de pressão analógicos da série MCPJ20 para uso em coletores automotivos A família MCPJ20 fornece saída analógica calibrada para medição de pressão no coletor de admissão, com faixa personalizável e baixa potência. Ele se adapta a módulos automotivos que necessitam de cadeias de sinal simples. Ver Produto →

Perguntas frequentes

Quanto tempo dura a bateria do sensor de pressão dos pneus?

Um sensor TPMS direto típico usa uma célula tipo moeda de lítio de 3 V e dura entre 5 e 7 anos em uso normal. Climas frios e viagens curtas frequentes podem encurtar essa vida útil porque o sensor é ativado com mais frequência.

Você pode substituir a bateria em um sensor TPMS?

Não. Os sensores TPMS de consumo são unidades seladas. A bateria é moldada dentro do módulo, então todo o sensor é substituído quando a célula morre.

Os sensores de pressão dos pneus precisam de bateria se o veículo estiver conectado?

Os sistemas de frota com fio não usam baterias. Eles consomem energia do sistema elétrico do veículo, o que permite monitoramento contínuo sem substituição da bateria.

Por que um sensor de pressão MEMS é usado no TPMS?

Um sensor de pressão MEMS é pequeno, preciso e consome muito pouca corrente, tornando-o a única opção prática para um módulo alimentado por bateria que precisa caber dentro de uma válvula de pneu.

Se você estiver projetando um módulo TPMS e precisar de um sensor que opere de forma confiável a partir de uma pequena célula tipo moeda, as variantes MCPJ20A, MCPJ20B e MCPJ20C cobrem diferentes faixas de saída para o mesmo barramento de alimentação de 3V.

Sensores de pressão MCPJ20A, J20B e J20C para aplicações de 3V Essas variantes cobrem diferentes faixas de pressão (10-1000kPa ou 10-400kPa) em alimentação de 3V, oferecendo flexibilidade para módulos TPMS. Seu pacote compacto e preciso suporta operação confiável de célula tipo moeda. Ver Produto →