Шта је прикупљање података?

Методе аквизиције података

Метода детекције напона једне ћелије

Модул за прикупљање напона батерије је кључна компонента система за управљање батеријом. Његове перформансе и тачност одређују тачност системске процене информација о статусу батерије и даље утичу на ефективну примену накнадних стратегија контроле. Најчешће коришћене методе за детекцију напона ћелије укључују метод низа релеја, метод извора константне струје, метод аквизиције изолованог оперативног појачала, метод аквизиције кола за конверзију напона/фреквенције и метод аквизиције кола линеарног оптокаплера.

1. Метод релејног низа

Слика 8-6 приказује блок дијаграм кола за прикупљање напона батерије заснованог на методи низа релеја. Састоји се од сензора напона терминала, низа релеја, А-Д (аналогног-у-дигиталног) чипа претварача, оптокаплера и мултиплексора. Да би се измерио напон терминала н батерија повезаних у серију, н+1 жица треба да буде повезано са сваким чвором у пакету батерија. Приликом мерења напона на терминалу м{9}} батерије, микроконтролер шаље одговарајући контролни сигнал, који бира одговарајући релеј преко мултиплексера, оптоспојника и погонског кола релеја, повезујући м- и м+1- жицу са А- Д конверторским чипом. Типично, отпор склопних уређаја је релативно мали, а грешка узрокована отпором склопних уређаја је скоро занемарљива након комбиновања са колом за разделник напона. Штавише, цела структура кола је једноставна; само отпорници за дјелитељ напона, АД конверторски чип и тачност референтног напона утичу на тачност коначног резултата. Грешке отпорника и чипа обично могу бити веома мале. Због тога је метода низа релеја најпогоднија за апликације које захтевају висока индивидуална мерења напона батерије и високу прецизност.

2. Метод извора константне струје

Основни принцип паралелног прикупљања напона акумулатора коришћењем кола извора константне струје је претварање напона терминала батерије у линеарно променљиви струјни сигнал без употребе отпорника за конверзију. Ово побољшава способност система против-ометања. У једностепеном батеријском пакету, пошто је напон терминала батерије релативно низак, углавном између 2В и 5В, напон је релативно стабилан током пражњења, чиме се побољшава способност система против -ометања. Због тога се у процесу пројектовања често бира једноканални-операциони појачавач да би се то постигло. Због разлика у дизајну кола и примени, кола извора константне струје могу имати много различитих облика.

Коло приказано на слици 8-7 је један такав пример; то је коло извора константне струје састављено од серијског-селектованог оперативног појачала и изолованог-транзистора са ефектом поља гејта.

Као што се може видети из структуре операционог појачавача, ово коло је више-степено директно-спрегнуто коло појачала са великим појачањем отворене-петље и дубоком негативном повратном спрегом. Његов улазни степен користи диференцијално појачало и интегрисан је на истом силиконском чипу, што резултира одличним усклађивањем перформанси између ова два, а међустепени има високу способност појачања. Заснован на принципу диференцијалних кола, ово коло има снажну способност одбијања сигнала у заједничком{5}}моду. Због тога, када користите операциони појачавач за мерење напона појединачних ћелија у батеријском пакету, висока могућност одбијања заједничког-мода и појачања ће побољшати тачност мерења. Транзистор са ефектом поља -гејта{10}} (ИГФЕТ) је полупроводнички уређај који користи ефекат електричног поља улазног кола за контролу струје излазног кола. Када ради у региону са променљивим отпором, излазна струја одвода И је линеарно повезана са напоном извора Ус. Штавише, импеданса извора{14}}гејта транзистора је веома висока, што резултира веома малом струјом цурења, док је отпор{15}извора на{16}}одводу веома мали, што доводи до веома малог{17}}пада напона у стању. Слика 8-7 користи транзистор са ефектом поља П-побољшања канала-режима-(ФЕТ), а Зенер диода је повезана да одржава константан напон извора{26}извора Уцс. Оперативни појачавач ради у линеарном подручју. Ако је изабран ФЕТ са ниским{27}}отпором, пад напона у укљученом стању је занемарљив. дакле,

остварив

У горњим једначинама, разлика између у₁ и у₂ је напон терминала батерије, а У₁ је излазни напон инвертујућег кола оперативног појачала. Лако је видети да Зенер диода повезана на излаз операционог појачала даје повратну информацију, одржавајући коло у уравнотеженом стању. В₀ ↑→ |Уз| ↓→ ИЛ ↓→ |ВР| ↓→ ВИ ↑→ |В₀| ↓. Где је В₀ излазни напон операционог појачавача; ВР је напон на отпорнику Р₁; и ВИ је улазни диференцијални напон операционог појачавача, тј. ВИ=У₁ - У₂. Када је коло у равнотежи, ВИ=0. Коло извора константне струје има једноставну структуру, снажну способност одбијања заједничког-мода, високу тачност аквизиције и добру практичност.

3. Изолациони оперативни појачавач

Изолационо операционо појачало је електронска компонента способна да електрично изолује аналогне сигнале. Широко се користи као изолатори у контроли индустријских процеса и као изолациони медијум у различитим уређајима за напајање. Генерално се састоји од два дела: улазног и излазног дела. Они се напајају одвојено и спајају магнетном спојницом. Сигнал је модулисан улазном секцијом, пролази кроз изолациони слој, а затим се демодулира и враћа у излазну секцију. Изолациони операциони појачавачи су идеални за кола за прикупљање напона на батеријским ћелијама. Они изолују сигнал напона улазног терминала батерије од кола, чиме се избегавају спољне сметње и побољшавају тачност и поузданост система. Типичан пример примене је дат у наставку.

Слика 8.8 приказује примену изолационог оперативног појачала у систему управљања батеријама од 600 В. Комплет батерија садржи 50 хоризонталних оловних{4}}киселинских батерија са називним напоном од 12В, а напони на њиховим терминалима се добијају један по један помоћу изолационог кола оперативног појачала. ИСО 122 је изолационо појачало дизајнирано са модулационом и демодулационом технологијом коју је упаковала компанија Блацк & Децкер (БББ) у Сједињеним Државама, која користи технологију прецизне кондензаторске спреге и конвенционални дуал{8}}у-линијски (ДИП) распоред пинова. Улазни и излазни делови ИСО 122 налазе се у кругу за узорковање, одвојени са два усклађена кондензатора од 1пФ који формирају изолациони слој. Називни изолациони напон је већи од 1500В (АЦ 60Хз континуирано), са високом импедансом изолације и високом прецизношћу и линеарношћу појачања, чиме се испуњавају практичне захтеве примене. Као што је приказано на слици 8.8, улазна снага ИСО 122 се црпи из аутоматског пакета батерија, а излазни сигнал, који има линеарну везу са њим, се мултиплексира, затим аутоматски дели са два прецизна отпорника која контролише микроконтролер пре него што се пошаље на улаз. Излазну снагу напаја модул за напајање на плочи, а напон терминала батерије је изолован. Треба напоменути да се у коло за аквизицију напона терминала 50. батерије додаје инвертер након изолованог кола операционог појачавача да би се променио излазни сигнал из негативног у позитиван. Такође треба истаћи да иако изоловано коло за аквизицију оперативног појачала има одличне перформансе, његова висока цена је ограничила његову широку примену.

4. Метода аквизиције кола за конверзију напона/фреквенције

Када се користи коло за конверзију напон/фреквенција (В/Ф) за добијање напона ћелије батерије, В/Ф претварач је кључан. То је компонента која претвара напонске сигнале у сигнале фреквенције, нудећи одличну тачност, линеарност и интегрални улаз.

Слика 8-9 приказује шему кола ЛМ331 В/Ф претварача који се користи за високо{5}}прецизну В/Ф конверзију. ЛМ331 је интегрисани В/Ф чип високих{7}}перформанси који производи ФС Мицроцонтроллер. Користи ново температурно компензовано референтно коло појасног размака, пружајући изузетно високу прецизност у читавом опсегу радне температуре и на напонима напајања од чак 4,0 В.

У овом методу аквизиције, напонски сигнал се директно претвара у сигнал фреквенције, који се затим може обрадити преко порта за бројање микроконтролера без потребе за А-Д конверзијом. Штавише, да би се допунило В/Ф коло за конверзију у систему за аквизицију напона батеријске ћелије, одговарајућа кола за избор и кола операционих појачавача такође треба да буду дизајнирана да би се постигла више-канална функција аквизиције. Овај метод укључује мање компоненти, али напон{4}}контролисани осцилатор садржи кондензаторе, а релативна грешка кондензатора је генерално велика, при чему већи кондензатори показују још веће релативне грешке.

5. Метода аквизиције кола линеарног оптокаплерског појачала

Коло за аквизицију напона батерије батерије засновано на линеарном оптокаплеру постиже изолацију између краја за аквизицију сигнала и краја за обраду, чиме се побољшава стабилност кола и способност против-сметања. Слика 8-10 приказује линеарни оптокаплер ТИЛ300, који се састоји од изоловане фотодиоде са повратном спрегом раздвојене инфрацрвеним ЛЕД осветљењем и излазне фотодиоде. Специјална процесна технологија се користи за компензацију нелинеарности ЛЕД временских и температурних карактеристика, чинећи излазни сигнал линеарно пропорционалним серво светлосном флуксу који емитује ЛЕД. ТИЛ300 има вршну изолацију од 3500В, пропусни опсег већи од 200кХз, погодан је за изоловано појачање ДЦ и АЦ сигнала и има стабилност излазног појачања од ±0,05%/степен. Као што се може видети из дијаграма, вредност напона једне ћелије батерије (разлика између У1 и У2) се преко операционог појачавача А претвара у струјни сигнал Ип и протиче кроз линеарни оптокаплер ТИЛ300. Након опто{18}изолације, он даје тренутни Ип2 који је линеарно повезан са Ип1. Оперативни појачавач А2 затим претвара ову струју назад у вредност напона за А-Д конверзију и прикупљање података. Вреди напоменути да два краја линеарног оптокаплера захтевају различита независна напајања, означена са И+12В и ±12В на дијаграму. Ово показује да коло појачавача линеарног оптокаплера не само да има јаку изолацију и способност против-сметања, већ такође одржава добру линеарност аналогног сигнала током преноса. Због тога се може користити у комбинацији са релејним низовима или гејтинг колима у вишеканалним системима за аквизицију. Међутим, његово коло је релативно сложено и многи фактори могу утицати на његову тачност.

Методе стицања температуре

Радна температура батерије не утиче само на перформансе батерије, већ се директно односи и на безбедност електричних возила. Због тога је тачно одређивање температурних параметара кључно. Стицање температуре није тешко; кључ је одабир одговарајућег температурног сензора. Тренутно су доступни многи температурни сензори, као што су термистори, термопарови, термисторски транзистори и интегрисани температурни сензори.

1. Метода аквизиције термистора

Принцип методе аквизиције термистора заснива се на карактеристици да се отпор термистора мења са температуром. Фиксни отпорник је повезан серијски са термистором да формира делилац напона, чиме се ниво температуре претвара у напонски сигнал. Овај сигнал се затим конвертује у дигиталне информације о температури путем аналогне-у-дигиталне конверзије. Термистори су јефтини, али имају лошу линеарност и генерално имају релативно велике грешке у производњи.

2. Метода аквизиције термоелемента

Принцип рада термоелемента је да биметално тело генерише различите термоелектричне потенцијале на различитим температурама. Стицањем ове вредности термоелектричног потенцијала, вредност температуре се може добити тражењем табеле. Пошто вредност термоелектричног потенцијала зависи само од материјала, тачност термопарова је веома висока. Међутим, пошто су термоелектрични потенцијали сигнали миливолтног-нивоа, потребно је појачање, што чини спољашње коло сложеним. Генерално, метали имају високе тачке топљења, тако да се термопарови обично користе за мерења високих{5}температура.

3. Метода аквизиције интегрисаног температурног сензора

Како мерење температуре постаје све уобичајеније у свакодневном животу и производњи, произвођачи полупроводника су увели многе интегрисане сензоре температуре. Иако су многи од ових сензора засновани на термисторима, они се калибришу током производње, што резултира прецизношћу која је упоредива са термопаровима. Штавише, могу директно да емитују дигиталне вредности, што их чини -погодним за употребу у дигиталним системима.

Цуррент Ацкуиситион Метходс

Уобичајене методе детекције струје укључују шантове, трансформаторе, сензоре струје са Холовим ефектом и оптичке сензоре.

Карактеристике сваке методе су приказане у табели 8-1.

Међу овим факторима, висока цена оптичких сензора ограничава њихову примену у области управљања; шантови су ниски-и имају добар фреквентни одзив, али су гломазни за употребу јер морају бити повезани на струјну петљу; струјни трансформатори се могу користити само за мерења наизменичне струје; и сензори струје Холовог елемента нуде добре перформансе и једноставни су за употребу. Тренутно се шантови и сензори струје Холових елемената најчешће користе у аквизицији струје и праћењу система за управљање батеријама електричних возила.

Методе детекције дима

Током рада возила, због сложених услова на путу и ​​инхерентних проблема са производњом батерија, може доћи до екстремних хитних ситуација као што су дим или пожар због прегревања, компресије или судара. Ако се ови инциденти не открију и ефикасно не реше на време, они ће неизбежно ескалирати, претећи околним батеријама, возилу и особљу у товарном простору, што ће озбиљно утицати на безбедност возила. Да би се спречили такви инциденти, праћење дима је уведено у системе управљања батеријама последњих година и њему се посвећује све већа пажња.

Сензори дима су разноврсни и могу се категорисати у три главна типа на основу њихових принципа детекције: ① Сензори дима који користе физичко-хемијска својства, као што су полупроводнички сензори дима и контактни сензори дима сагоревања; ② Сензори дима који користе физичка својства, као што су сензори дима топлотне проводљивости, сензори дима оптичких сметњи и инфрацрвени сензори; ③ Сензори дима који користе електрохемијска својства, као што су струјни сензори дима -типа и гасни сензори типа електромоторне силе-. Пошто су сензори дима различити, полупроводнички сензори дима не могу детектовати све гасове. Због тога се бира одређени тип за откривање једне или две специфичне врсте дима. На пример, оксидни полупроводнички сензори дима се углавном користе за детекцију дима угљоводоника, укључујући О₂, Х₂С, ЦО, Х₂, О₃Х₂О, Цл₂, ОХ, ЦО₂, итд. Због ограничења електрода, ови сензори се првенствено користе за детекцију неорганског дима, као што је Х₂, као што је Х₂ Цл₂, СО₂, итд.

Када се сензори дима користе у енергетским батеријама, избор сензора захтева разумевање састава дима који настаје сагоревањем батерије. Уопштено говорећи, сагоревање батерије производи велике количине ЦО и ЦО2, стога треба изабрати сензоре осетљиве на ова два гаса. Структура сензора треба да буде прилагођена условима вибрације током-дуготрајне употребе возила да би се спречило лажно окидање услед прашине и вибрација на путу.

Аларм за дим у систему управљања батеријом треба да буде инсталиран на возачкој конзоли. По пријему алармног сигнала, требало би брзо да изда звучни и визуелни аларм и локацију квара, обезбеђујући да возач може одмах да открије и прими сигнал аларма.

На пример, систем за узбуњивање дима који се користи у олимпијском електричном аутобусу, који је првенствено развио Пекиншки институт за технологију, користи систем батерија који се напаја 9В алкалном или угљенично{1}}цинком батеријом, обезбеђујући 24-часовни нормалан рад. Алармни сигнал се напаја путем акумулаторског напајања возила од 24 В, који се напаја одвојено како би се осигурала независност алармног система. Дистрибуирани аларми детектују концентрацију дима преко интерних сензора дима. Када је концентрација дима испод границе, унутрашњи контролер аларма поставља релејни излаз на отворени круг; када концентрација дима пређе границу, унутрашњи контролер поставља излаз релеја на кратак спој, брзо повлачећи +24В напајање на дисплеју да би се формирало алармно коло са напајањем од -24В на дисплеју, емитујући звучни и визуелни алармни сигнал. Структура система је приказана на слици 8-11.