Што е стекнување податоци?

Методи за прибирање податоци

Метод за откривање на напон на една ќелија

Модулот за стекнување напон на ќелиите на батеријата е клучна компонента на системот за управување со напојната батерија. Нејзините перформанси и точност ја одредуваат точноста на проценката на системот за информациите за статусот на батеријата и дополнително влијаат на ефективното спроведување на следните контролни стратегии. Најчесто користените методи за откривање на напон на ќелиите вклучуваат метод на релејна низа, метод на постојан извор на струја, метод на стекнување на изолиран оперативен засилувач, метод за стекнување на коло за конверзија на напон/фреквенција и метод на стекнување на коло со линеарни оптоспојувачи.

1. Метод на релејна низа

Слика 8-6 го прикажува блок дијаграмот на колото за стекнување напон на батеријата врз основа на методот на релејна низа. Се состои од сензор за терминален напон, релејна низа, чип за конвертор од A-D (аналоген-во-дигитален), оптоспојувач и мултиплексер. За да се измери терминалниот напон на n батерии поврзани во серија, n+1 жици треба да се поврзат на секој јазол во батерискиот пакет. При мерење на напонот на приклучокот на m--тата батерија, микроконтролерот испраќа соодветен контролен сигнал, кој го избира соодветното реле преку колото на мултиплексерот, оптоспојката и релето, поврзувајќи ги m-та и m{10}}-тата жица со A{14}D чипот на конверторот. Вообичаено, отпорот на прекинувачките уреди е релативно мал, а грешката предизвикана од отпорот на прекинувачките уреди е речиси занемарлива по комбинирањето со колото на делител на напон. Понатаму, целата структура на колото е едноставна; само отпорниците на делител на напон, чипот на AD конверторот и референтната точност на напонот влијаат на точноста на конечниот резултат. Грешките на отпорниците и чипот обично може да се направат многу мали. Затоа, методот на релејна низа е најсоодветен за апликации кои бараат високи индивидуални мерења на напонот на батеријата и висока точност.

2. Метод на извор на постојана струја

Основниот принцип на паралелно стекнување на напон на батеријата со користење на коло на извор на постојана струја е да се конвертира напонот на терминалот на батеријата во линеарно менувачки тековен сигнал без користење на отпорник за конверзија. Ова ја подобрува способноста на системот против-пречки. Во едно-степен батериски пакет, бидејќи напонот на терминалот на батеријата е релативно низок, генерално помеѓу 2V и 5V, напонот е релативно стабилен за време на празнењето, со што се подобрува способноста на системот против-пречки. Затоа, во процесот на дизајнирање често се избира еден-канален оперативен засилувач за да се постигне ова. Поради разликите во дизајнот и примената на колото, кола со извор на постојана струја може да има многу различни форми.

Колото прикажано на слика 8-7 е еден таков пример; тоа е коло со постојан извор на струја составено од сериски-одбран операциски засилувач и изолиран-транзистор со ефект на поле на портата.

Како што може да се види од структурата на операцискиот засилувач, ова коло е повеќестепено директно-споено коло со засилувач со голема добивка на отворена-јамка и длабока негативна повратна информација. Неговата влезна фаза користи коло со диференцијален засилувач и е интегрирана на истиот силиконски чип, што резултира со одлично усогласување на перформансите помеѓу двете, а средната фаза има висока способност за засилување. Врз основа на принципот на диференцијални кола, ова коло има силна способност за отфрлање сигнал за заеднички-режим. Затоа, кога се користи оперативен засилувач за мерење на напонот на поединечни ќелии во батериски пакет, високата способност за отфрлање и засилување на вообичаениот режим-ќе ја подобри точноста на мерењето. Ефектниот транзистор со изолирано-поле на портата- (IGFET) е полупроводнички уред кој го користи ефектот на електричното поле на влезното коло за да ја контролира струјата на излезното коло. Кога работи во регионот со променлив отпор, излезната одводна струја I е линеарно поврзана со влезниот одвод-изворниот напон Us. Понатаму, импедансата на изворот на портата-на транзисторот е многу висока, што резултира со многу мала струја на истекување, додека отпорот на-одводниот извор е многу мал, што резултира со многу низок-состојба на пад на напонот. Слика 8-7 користи P{21}}подобрување на каналот-поле за режим-ефектниот транзистор (FET) и Zener диодата е поврзана за одржување на постојана порта-изворниот напон Ucs. Оперативниот засилувач работи во линеарниот регион. Ако се избере ниско{27}}отпор FET, падот на напонот во состојба е занемарлив. Затоа,

остварливи

Во горенаведените равенки, разликата помеѓу u1 и u2 е напонот на приклучокот на батеријата, а U1 е излезен напон на колото за инвертирачки операциски засилувач. Лесно е да се види дека Зенер диодата поврзана на излезот на операциониот засилувач обезбедува повратна информација, одржувајќи го колото во избалансирана состојба. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. Каде што V0 е излезен напон на операциониот засилувач; VR е напонот на отпорникот R1; а VI е влезниот диференцијален напон на операциониот засилувач, т.е. VI=U1 - U2. Кога колото е во рамнотежа, VI=0. Колото со извор на постојана струја има едноставна структура, силна вообичаена-можност за отфрлање на режимот, висока прецизност на стекнување и добра практичност.

3. Операциски засилувач за изолација

Операциски засилувач за изолација е електронска компонента способна електрично да изолира аналогни сигнали. Широко се користи како изолатори во контролата на индустриските процеси и како изолациски медиум во различни уреди за напојување. Генерално се состои од два дела: влезен и излезен дел. Тие се напојуваат одделно и се споени со магнетна спојка. Сигналот е модулиран од влезниот дел, поминува низ изолациониот слој и потоа се демодулира и обновува од излезниот дел. Оперативните засилувачи за изолација се идеални за кола за стекнување на напон на ќелиите на батеријата. Тие го изолираат напонскиот сигнал на влезната батерија од колото, со што се избегнуваат надворешни пречки и се подобрува прецизноста и сигурноста на стекнувањето на системот. Типичен пример за апликација е даден подолу.

Слика 8.8 ја прикажува примената на изолациски оперативен засилувач во систем за управување со батерии од 600V. Пакетот батерии содржи 50 хоризонтални оловни-киселински батерии со номинален напон од 12V, а нивните приклучни напони се добиваат еден по еден од колото на изолациониот оперативен засилувач. ISO 122 е изолациски засилувач дизајниран со технологија за модулација и демодулација спакувана од Black & Decker (BBB) ​​во Соединетите Држави, која користи прецизна технологија за спојување на кондензаторот и конвенционален распоред со двојни-во-линиски (DIP) пинови. Влезните и излезните делови на ISO 122 се наоѓаат во колото за земање примероци, разделени со два соодветни 1pF кондензатори кои формираат изолационен слој. Номиналниот изолационен напон е поголем од 1500V (AC 60Hz континуирано), со висока изолациона импеданса и висока точност и линеарност на засилување, со што се задоволуваат практичните барања за примена. Како што е прикажано на слика 8.8, влезната моќност на ISO 122 е извлечена од автоматскиот батериски пакет, а излезниот сигнал, кој има линеарна врска со него, се мултиплексира, а потоа автоматски се дели со два прецизни отпорници контролирани од микроконтролерот пред да се испрати до влезот. Излезната моќност се испорачува од модулот за напојување на плочката, а напонот на терминалот на батеријата е изолиран. Треба да се забележи дека во колото за стекнување на напон на приклучокот на 50-тата батерија, по изолираното коло на оперативниот засилувач се додава инвертер за да се промени излезниот сигнал од негативен во позитивен. Исто така, треба да се истакне дека иако колото за стекнување на изолиран оперативен засилувач има одлични перформанси, неговата висока цена ја ограничи неговата широка примена.

4. Метод на стекнување на коло за конверзија на напон/фреквенција

Кога користите коло за конверзија на напон/фреквенција (V/F) за стекнување на напон на батеријата, V/F конверторот е од клучно значење. Тоа е компонентата што ги конвертира напонските сигнали во фреквентни сигнали, нудејќи одлична точност, линеарност и интегрален влез.

Слика 8-9 ја прикажува шемата на колото на LM331 V/F конверторот што се користи за висока-прецизна V/F конверзија. LM331 е интегриран V/F чип со високи-перформанси, произведен од FS Microcontroller. Користи ново референтно коло за фреквенција компензирано со температура, обезбедувајќи исклучително висока прецизност низ целиот работен температурен опсег и при напони од 4,0 V.

Во овој метод на аквизиција, напонскиот сигнал директно се претвора во фреквентен сигнал, кој потоа може да се обработи од бројачот на микроконтролерот без потреба од A{0}}D конверзија. Понатаму, за да се надополни V/F колото за конверзија во системот за стекнување на напон на ќелиите на батеријата, треба да се дизајнираат и соодветни кола за избор и кола за операциски засилувачи за да се постигне повеќе{2}}функционалност за стекнување на повеќе канали. Овој метод вклучува помалку компоненти, но-напонскиот контролиран осцилатор содржи кондензатори, а релативната грешка на кондензаторите е генерално голема, при што поголемите кондензатори покажуваат уште поголеми релативни грешки.

5. Метод на стекнување на колото на линеарен оптоспојувач

Колото за стекнување на напон на ќелиите на батеријата базирано на линеарен оптоспојувач постигнува изолација помеѓу крајот на добивање сигнал и завршетокот на обработката, а со тоа ја подобрува стабилноста на колото и способноста против-пречки. Слика 8-10 го прикажува линеарниот оптоспојувач TIL300, кој се состои од изолирана фотодиода со повратни информации, бифурцирана со инфрацрвено LED осветлување и излезна фотодиода. Специјалната процесна технологија се користи за да се компензира нелинеарноста на LED-временските и температурните карактеристики, правејќи го излезниот сигнал линеарно пропорционален на серво прозрачниот флукс што го емитува ЛЕР. TIL300 има врвна изолација од 3500 V, пропусен опсег поголем од 200 kHz, погоден е за изолирано засилување на DC и AC сигнали и има стабилност на излезна добивка од ±0,05%/степен. Како што може да се види од дијаграмот, вредноста на напонот на една ќелија на батеријата (разликата помеѓу U1 и U2) се претвора во тековен сигнал Ip од оперативниот засилувач А и тече низ линеарниот оптоспојувач TIL300. По опто{18}}изолацијата, излегува струја Ip2 што е линеарно поврзана со Ip1. Оваа струја потоа се претвора назад во вредност на напон од оперативниот засилувач A2 за A{23}}D конверзија и стекнување податоци. Вреди да се напомене дека двата краја на линеарниот оптоспојувач бараат различни независни напојувања, означени како I+12V и ±12V на дијаграмот. Ова покажува дека колото на засилувачот на линеарниот оптоспојувач не само што има силна изолација и{25}}способности за спречување на пречки, туку и одржува добра линеарност на аналогниот сигнал за време на преносот. Затоа, може да се користи заедно со релејни низи или кола за влез во повеќеканални системи за аквизиција. Сепак, неговото коло е релативно сложено и многу фактори можат да влијаат на неговата точност.

Методи за стекнување на температура

Температурата на батеријата не само што влијае на перформансите на батеријата, туку директно се однесува и на безбедноста на електричните возила. Затоа, прецизното добивање температурни параметри е од клучно значење. Стекнувањето температура не е тешко; клучот е изборот на соодветен сензор за температура. Во моментов, достапни се многу температурни сензори, како што се термистори, термопарови, термистори транзистори и интегрирани сензори за температура.

1. Метод на стекнување на термистор

Принципот на методот на стекнување на термистор се заснова на карактеристиката дека отпорноста на термисторот се менува со температурата. Фиксен отпорник е поврзан во серија со термисторот за да формира делител на напон, со што нивото на температурата се претвора во напонски сигнал. Овој сигнал потоа се претвора во дигитални информации за температурата преку аналогна-во{3}}дигитална конверзија. Термисторите се евтини, но имаат слаба линеарност и генерално имаат релативно големи грешки во производството.

2. Метод на стекнување на термоспој

Принципот на работа на термоспој е дека биметалличкото тело генерира различни термоелектрични потенцијали на различни температури. Со стекнување на оваа термоелектрична потенцијална вредност, вредноста на температурата може да се добие со барање табела. Бидејќи вредноста на термоелектричниот потенцијал зависи само од материјалот, точноста на термопаровите е многу висока. Меѓутоа, бидејќи термоелектричните потенцијали се сигнали на миливолт-ниво, потребно е засилување, со што надворешното коло е сложено. Општо земено, металите имаат високи точки на топење, така што термопаровите обично се користат за мерење на висока-температура.

3. Интегриран метод за стекнување на сензор за температура

Како што мерењето на температурата станува сè почесто во секојдневниот живот и производството, производителите на полупроводници воведоа многу интегрирани сензори за температура. Додека многу од овие сензори се базираат на термистори, тие се калибрираат за време на производството, што резултира со прецизност споредлива со термопарови. Понатаму, тие можат директно да емитуваат дигитални вредности, што ги прави-погодни за употреба во дигитални системи.

Тековни методи на стекнување

Вообичаените методи за откривање струја вклучуваат шантови, трансформатори, сензори за струја со ефект на Хол и сензори за оптички влакна.

Карактеристиките на секој метод се прикажани во Табела 8-1.

Меѓу овие фактори, високата цена на сензорите со оптички влакна ја ограничува нивната примена во контролното поле; шантовите се ниски-цени и имаат добар фреквентен одзив, но се незгодни за користење бидејќи мора да се поврзат на тековната јамка; струјните трансформатори може да се користат само за мерења на наизменична струја; и струјните сензори на елементот Hall нудат добри перформанси и се лесни за употреба. Во моментов, шантовите и струјните сензори на елементите на Хол најчесто се користат при тековното стекнување и следење на системите за управување со батерии за напојување на електрични возила.

Методи за откривање чад

За време на работата на возилото, поради сложени услови на патот и инхерентни проблеми со производството на батерии, може да се појават екстремни итни случаи како чад или пожар поради прегревање, компресија или судири. Доколку овие инциденти не се откријат и ефективно не се решат навремено, тие неизбежно ќе ескалираат, заканувајќи ги околните батерии, возилото и персоналот во товарниот простор, што сериозно ќе влијае на оперативната безбедност на возилото. За да се спречат вакви инциденти, следењето на чад е воведено во системите за управување со батерии во последниве години и добива се поголемо внимание.

Сензорите за чад се различни и можат да се категоризираат во три главни типа врз основа на нивните принципи за откривање: ① Сензори за чад кои користат физичко-хемиски својства, како што се полупроводнички сензори за чад и контактни сензори за чад од согорување; ② Сензори за чад кои користат физички својства, како што се сензори за чад за топлинска спроводливост, сензори за чад со оптички пречки и инфрацрвени сензори; ③ Сензори за чад кои користат електрохемиски својства, како што се струјни-сензори за чад и електромоторна сила-тип сензори за гас. Бидејќи сензорите за чад се разновидни, полупроводничките сензори за чад не можат да ги детектираат сите гасови. Затоа, се избира специфичен тип за откривање на еден или два специфични типа на чад. На пример, сензорите за чад од оксид полупроводници главно се користат за откривање на јаглеводороден чад, вклучувајќи O2, H2S, CO, H2, O3H2O, Cl2, OH, CO2 итн. Поради ограничувањата на електродата, овие сензори првенствено се користат за откривање неоргански чад, како што се O22 SO2, итн.

Кога сензорите за чад се користат во батериите за напојување, изборот на сензор бара разбирање на составот на чадот произведен од согорувањето на батериите. Општо земено, согорувањето на батериите произведува големи количини на CO и CO2, затоа треба да се изберат сензори чувствителни на овие два гаса. Структурата на сензорот треба да се прилагоди на условите за вибрации при долготрајна-употреба на возилото за да се спречи лажно активирање поради прашина и вибрации на патот.

Уредот за аларм за чад во системот за управување со напојната батерија треба да се инсталира на конзолата на возачот. По приемот на алармен сигнал, тој треба брзо да издаде звучен и визуелен аларм и локација на дефектот, осигурувајќи дека возачот може веднаш да го открие и прими алармниот сигнал.

На пример, системот за аларм за чад што се користи во електричниот автобус на Олимпијадата, првенствено развиен од Технолошкиот институт во Пекинг, користи батериски систем напојуван од 9V алкална или јаглеродна-цинкова батерија, обезбедувајќи 24-часовна нормална работа. Сигналот за аларм се напојува од 24V напојување од батеријата на возилото, кое се испорачува посебно за да се обезбеди независност на алармниот систем. Дистрибуираните аларми ја откриваат концентрацијата на чад преку внатрешните сензори за чад. Кога концентрацијата на чад е под границата, внатрешниот контролер на алармот го поставува излезот на релето на отворено коло; кога концентрацијата на чад ја надминува границата, внатрешниот контролер го поставува излезот на релето на краток спој, брзо влечејќи го +24V напојувањето до панелот на екранот за да формира кола за аларм со напојување -24V на панелот на екранот, емитувајќи звучен и визуелен алармен сигнал. Структурата на системот е прикажана на слика 8-11.