锂离子电池供电的外后视镜智能除水雾系统*

张荣刚 张玉玺 吴承燕 刘应红 吕娟

（1.福建师范大学福清分校电子与信息工程学院；2.无损检测技术福建省高等学校重点实验室；3.福建冠城瑞闽新能源科技有限公司；4.福建师范大学福清分校海洋与生化工程学院）

多雨天气，空气湿度较大，当温差增大时，汽车的风窗玻璃和外后视镜就容易起雾。除了湿度大的季节外，大雨的时候，风窗玻璃和外后视镜会沾满水珠，变得模糊，驾驶员通过挡风玻璃和外后视镜不能很好地观察车辆周边的情况，增加了驾车的危险系数。国内相关的文献主要是针对汽车挡风玻璃除雾或除霜，研究的内容主要集中在分布式测温智能除雾、除霜系统性能分析、挡风玻璃除霜性能数值模拟、汽车空调除霜除雾、汽车外后视镜和侧窗除雾除水的研究[1-8]，另外也有外后视镜镜眉防雨滴装置、疏水化学涂剂、有骨雨刮器等进行除雾除水[9]，但以上研究方法均不能很好地解决外后视镜起雾沾水的问题，文章重点讨论如何解决该问题。

1 系统设计

为了保证行车安全，机动车在出厂时均配有挡风玻璃除雾系统，驾驶员通过手动除雾或自动除雾，能有效解决挡风玻璃起雾现象，从而避免因视线模糊带来安全隐患的问题。对于一些售价较高的车辆，制造商也考虑到外后视镜起雾沾水可能带来的危害，在车辆销售前，已经增加了外后视镜自动除雾除水功能。但部分车辆外后视镜加热功能也存在一个较大的缺陷，当环境温度高于15 ℃时，外后视镜加热功能不能启动，因此限制了外后视镜自动除雾除水的效果。而对于价格较低的车辆，汽车生产商并未增加此功能，现有车辆有相当一部分是不具备自动外后视镜除雾功能的。

文章设计了一个基于锂离子电池供电的外后视镜智能除水雾系统，系统主要由嵌入式系统、太阳能电池及锂离子电池供电系统、水滴传感器、温度传感器、加热丝、蜂鸣器和微型风扇构成，系统框图，如图1 所示。

图1 智能除水雾系统框图

为了能与没有外后视镜自动除水除雾功能的车辆相匹配，选用柔性太阳能电池板作为系统的电力来源，其可以直接黏贴在外后视镜外壳上。为了能将独立供电的电池放入外后视镜内，采用能量密度较大、体积较小的聚合物锂离子电池，同时嵌入式系统、微型风扇、蜂鸣器等也安装在外后视镜内部，加热丝黏贴在镜片背面，水滴传感器、温度传感器分布在外后视镜的内部和镜片中下部。外后视镜示意图，如图2 所示。

图2 外后视镜示意图

2 工作过程

系统通过水滴传感器检查到外后视镜有水雾时，将进行自动除水雾操作。首先开启微型风扇，通过外后视镜顶部的一排细小的出风口，利用风力尽快将镜面上的水雾吹走，加快除水雾效果；吹风30 s 后，加热丝开始加热，微型风扇停止运行；加热丝加热30 s 后，微型风扇开始吹风，加热丝停止加热，一直循环执行至外后视镜无水雾。系统自动开启除水除雾功能，为了避免加热丝加热使外后视镜温度过高造成意外，当温度超过50 ℃时，加热丝停止加热，只启动微型风扇进行吹风。如果温度降到40 ℃时，再次启动加热丝进行加热，在微型风扇和加热丝工作的时候，仍然会持续检测外后视镜是否有水雾，以决定是否继续除水除雾。当镜面持续一段时间没有水雾时，系统会自动停止加热丝和微型风扇的工作。延时1 min 后，当再次确认外后视镜无水雾后，系统将进入低功耗方式，降低能耗。

在雨季，当驾驶员把汽车停在户外，即使没有开车，也可能由于外后视镜一直被雨淋或者空气湿度很大，水滴传感器反馈回来的信号超过阈值，系统会一直开启智能除水除雾功能，消耗电池存储的电量。同时，在下雨天，太阳能电池板能转换的有效能量比较少，如果电池的电量一直在消耗，很可能在驾驶员还没开车时，锂离子电池存储的电量已经消耗光了。因此文章设置了一个置于外后视镜底部的开关，当一直是雨天时，由驾驶员根据需求开启或者关闭智能除水除雾功能，确保车辆在行驶时有足够的电量进行智能除水除雾。

各地区的气候不同，南北方温度差别很大，实际使用时，需要调整加热和排风的时间，本系统一共设置了4 个按键，分别是排风时间增、减和加热时间增、减。为了方便用户操作，使用蜂鸣器作为按键是否有效的提示。当按键按下并且是有效按下的时候，蜂鸣器会发出滴的一声，表示该次按键输入有效，用户根据当地的实际情况设置好相关数据，系统就按照新的数据进行控制输出，提高系统的实用性。

由于天气原因造成太阳能电池转换的能量较低，锂离子电池存储的能量可能无法支持除水雾操作。在外后视镜底部增设了一个紧急外接电源充电接口，驾驶员可以使用充电宝对系统内部的聚合物锂离子电池进行应急充电，以满足除水雾的需求。

系统主程序流程图和除水雾中断服务子程序，如图3 和图4 所示。

图3 智能除水雾系统主程序流程图

图4 除水雾中断服务子程序

3 系统测试

外后视镜起雾主要是由于汽车从地下车库开出后，由于温差造成，起雾的测试可以参照文献[1]进行，文章针对外后视镜沾水和加热温度安全性能的测试，如表1 和表2 所示。

表1 外后视镜有水测试

表2 加热温度安全性能测试

从测试结果可知，当任何一个水滴传感器检查到有水沾在外后视镜上，系统都将自动开启除水除雾功能；当任意温度探头检测的温度超过50 ℃时，系统都将停止加热丝工作，使外后视镜不会由于温度过高而产生危险。

4 结论

锂离子电池供电的外后视镜智能除水雾系统通过太阳能电池板、聚合物锂离子电池、电源装置和控制系统，充分利用太阳能；内部的微型风扇通过后视镜顶部的排风口吹风，有利于加快除水除雾效果；壳体内设置控制装置、水滴传感器和温度传感器等部件，可以提高智能化除水雾的效果。锂离子电池供电的外后视镜智能除水雾系统采用独立电源供电，无须人为控制，具有良好的智能除水雾功能，性能可靠、实用性强，具有很好的推广意义。