Čo je získavanie údajov?

Metódy získavania údajov

Metóda detekcie napätia jedného článku

Modul zberu napätia batériových článkov je kľúčovou súčasťou systému riadenia batérie. Jeho výkon a presnosť určujú presnosť úsudku systému o informáciách o stave batérie a ďalej ovplyvňujú efektívnu implementáciu následných riadiacich stratégií. Bežne používané metódy na detekciu napätia článku zahŕňajú metódu reléového poľa, metódu zdroja konštantného prúdu, metódu získavania izolovaného operačného zosilňovača, metódu získavania obvodu na konverziu napätia a frekvencie a metódu získavania obvodu zosilňovača lineárneho optočlena.

1. Metóda reléového poľa

Obrázok 8-6 zobrazuje blokovú schému obvodu zberu napätia batérie založenej na metóde reléového poľa. Pozostáva z koncového snímača napätia, reléového poľa, čipu A-D (analógového-na-digitálneho) prevodníka, optočlena a multiplexora. Na meranie koncového napätia n batérií zapojených do série je potrebné pripojiť n +1 vodičov ku každému uzlu v súprave batérií. Pri meraní koncového napätia m-tej batérie mikrokontrolér odošle zodpovedajúci riadiaci signál, ktorý vyberie vhodné relé cez multiplexor, optočlen a budiaci obvod relé, pričom m--tý a m{10}}tý vodič pripojí k čipu A{{14}D prevodníka. Typicky je odpor spínacích zariadení relatívne malý a chyba spôsobená odporom spínacích zariadení je po kombinácii s obvodom deliča napätia takmer zanedbateľná. Okrem toho je celá štruktúra obvodu jednoduchá; iba odpory deliča napätia, čip AD prevodníka a presnosť referenčného napätia ovplyvňujú presnosť konečného výsledku. Chyby rezistorov a čipu môžu byť zvyčajne veľmi malé. Preto je metóda reléového poľa najvhodnejšia pre aplikácie vyžadujúce vysoké individuálne merania napätia batérie a vysokú presnosť.

2. Metóda zdroja konštantného prúdu

Základným princípom paralelného získavania napätia batérie pomocou obvodu zdroja konštantného prúdu je premena svorkového napätia batérie na lineárne sa meniaci prúdový signál bez použitia konverzného odporu. Zlepšuje to schopnosť systému brániť-rušeniu. V jednostupňovej batérii, pretože napätie na svorkách batérie je relatívne nízke, zvyčajne medzi 2 V a 5 V, je napätie počas vybíjania relatívne stabilné, čím sa zlepšuje schopnosť systému zabrániť rušeniu.- Na dosiahnutie tohto cieľa sa preto v procese návrhu často vyberá jednokanálový operačný zosilňovač. V dôsledku rozdielov v konštrukcii a aplikácii obvodov môžu mať obvody zdroja konštantného prúdu mnoho rôznych foriem.

Obvod zobrazený na obrázku 8-7 je jedným z takýchto príkladov; je to obvod zdroja konštantného prúdu zložený zo sériového-vybraného operačného zosilňovača a izolovaného-tranzistora s hradlovým efektom poľa.

Ako je zrejmé zo štruktúry operačného zosilňovača, tento obvod je viacstupňový priamy{1}}prepojený zosilňovač s vysokým ziskom v otvorenom-slučku a hlbokou negatívnou spätnou väzbou. Jeho vstupný stupeň využíva obvod diferenciálneho zosilňovača a je integrovaný na rovnakom kremíkovom čipe, čo vedie k vynikajúcemu zladeniu výkonu medzi týmito dvoma a medzistupeň má vysokú schopnosť zosilnenia. Na základe princípu diferenciálnych obvodov má tento obvod silnú schopnosť odmietnutia signálu v bežnom{5}}režime. Preto pri použití operačného zosilňovača na meranie napätia jednotlivých článkov v batériovej súprave vysoká schopnosť odmietnutia a zosilnenia spoločného{7}}režimu zlepší presnosť merania. Izolovaný -tranzistor s efektom hradlového poľa{10}} (IGFET) je polovodičové zariadenie, ktoré využíva efekt elektrického poľa vstupného obvodu na riadenie prúdu výstupného obvodu. Keď pracuje v oblasti s premenlivým odporom, výstupný odberový prúd I je lineárne úmerný vstupnému odbernému{12}}napätiu zdroja Us. Okrem toho je impedancia hradla{14}}zdroja tranzistora veľmi vysoká, čo má za následok veľmi malý zvodový prúd, zatiaľ čo odpor{15}zdroja{16}}odvodu je veľmi malý, čo vedie k veľmi nízkemu{17}}úbytku napätia v zapnutom stave. Obrázok 8-7 používa tranzistor s efektom poľa P-kanálového-režimu{23}}(FET) a Zenerova dióda je pripojená na udržanie konštantného hradlového-napätia zdroja Ucs. Operačný zosilňovač pracuje v lineárnej oblasti. Ak je vybratý FET s nízkym odporom pri zapnutom{27}}, pokles napätia v zapnutom stave je zanedbateľný. preto

dosiahnuteľné

Vo vyššie uvedených rovniciach je rozdiel medzi u1 a u2 napätie na batérii a U1 je výstupné napätie obvodu invertujúceho operačného zosilňovača. Je ľahké vidieť, že Zenerova dióda pripojená k výstupu operačného zosilňovača poskytuje spätnú väzbu, čím udržuje obvod vo vyváženom stave. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. kde V0 je výstupné napätie operačného zosilňovača; VR je napätie na rezistore R1; a VI je vstupné rozdielové napätie operačného zosilňovača, tj VI=U₁ - U₂. Keď je obvod v rovnováhe, VI=0. Obvod zdroja konštantného prúdu má jednoduchú štruktúru, silnú schopnosť odmietnutia spoločného -režimu, vysokú presnosť snímania a dobrú praktickosť.

3. Izolačný operačný zosilňovač

Izolačný operačný zosilňovač je elektronický komponent schopný elektricky izolovať analógové signály. Je široko používaný ako izolátory pri riadení priemyselných procesov a ako izolačné médium v ​​rôznych napájacích zariadeniach. Vo všeobecnosti pozostáva z dvoch častí: vstupnej časti a výstupnej časti. Tieto sú napájané samostatne a spojené magnetickou spojkou. Signál je modulovaný vstupnou sekciou, prechádza cez izolačnú vrstvu a potom je demodulovaný a obnovovaný výstupnou sekciou. Izolačné operačné zosilňovače sú ideálne pre obvody zberu napätia batériových článkov. Izolujú vstupný signál terminálového napätia batérie od obvodu, čím sa zabráni externému rušeniu a zlepší presnosť a spoľahlivosť snímania systému. Typický príklad aplikácie je uvedený nižšie.

Obrázok 8.8 ukazuje použitie izolačného operačného zosilňovača v systéme riadenia 600V batérie. Batéria obsahuje 50 vodorovných olovených-kyselinových batérií s menovitým napätím 12 V a ich svorkové napätia získava jeden po druhom obvod izolačného operačného zosilňovača. ISO 122 je izolačný zosilňovač navrhnutý s modulačnou a demodulačnou technológiou zabalenou spoločnosťou Black & Decker (BBB) ​​v Spojených štátoch amerických, využívajúci technológiu presnej väzby kondenzátora a konvenčné usporiadanie kolíkov s dvojitým{8}}v-líniám (DIP). Vstupné a výstupné sekcie ISO 122 sú umiestnené vo vzorkovacom obvode, oddelené dvomi zodpovedajúcimi 1pF kondenzátormi tvoriacimi izolačnú vrstvu. Menovité izolačné napätie je vyššie ako 1500 V (striedavý prúd 60 Hz nepretržite), s vysokou izolačnou impedanciou a vysokou presnosťou a linearitou zisku, čím spĺňa praktické aplikačné požiadavky. Ako je znázornené na obrázku 8.8, vstupný výkon ISO 122 sa odoberá z automatickej batérie a výstupný signál, ktorý má s ňou lineárny vzťah, sa multiplexuje a potom sa automaticky delí dvoma presnými odpormi riadenými mikrokontrolérom pred odoslaním na vstup. Výstupné napájanie je dodávané napájacím modulom na doske plošných spojov a napätie na svorkách batérie je izolované. Treba poznamenať, že v obvode zberu koncového napätia 50. batérie je za izolovaný obvod operačného zosilňovača pridaný invertor na zmenu výstupného signálu zo záporného na kladný. Malo by sa tiež zdôrazniť, že hoci izolovaný obvod na získanie operačného zosilňovača má vynikajúci výkon, jeho vysoká cena obmedzuje jeho široké použitie.

4. Spôsob získavania obvodu s konverziou napätia/frekvencie

Pri použití obvodu prevodu napätia/frekvencie (V/F) na získanie napätia článku batérie je prevodník V/F rozhodujúci. Je to komponent, ktorý konvertuje napäťové signály na frekvenčné signály a ponúka vynikajúcu presnosť, linearitu a integrovaný vstup.

Obrázok 8-9 zobrazuje schému obvodu konvertora V/F LM331 používaného na vysoko presný -prevod U/F. LM331 je vysokovýkonný -integrovaný V/F čip vyrobený spoločnosťou FS Microcontroller. Využíva nový teplotne kompenzovaný referenčný obvod bandgap, ktorý poskytuje extrémne vysokú presnosť v celom rozsahu prevádzkových teplôt a pri napájacom napätí až 4,0 V.

Pri tejto metóde získavania sa napäťový signál priamo konvertuje na frekvenčný signál, ktorý potom môže spracovať port počítadla mikrokontroléra bez potreby A-D konverzie. Okrem toho, na doplnenie obvodu prevodu V/F v systéme zberu napätia batériových článkov je potrebné navrhnúť aj zodpovedajúce výberové obvody a obvody operačného zosilňovača, aby sa dosiahla viackanálová funkcia získavania. Táto metóda zahŕňa menej komponentov, ale napätím{4}riadený oscilátor obsahuje kondenzátory a relatívna chyba kondenzátorov je vo všeobecnosti veľká, pričom väčšie kondenzátory vykazujú ešte väčšie relatívne chyby.

5. Metóda získavania obvodu zosilňovača s lineárnym optočlenom

Obvod zberu napätia batériového článku založený na lineárnom optočlene dosahuje izoláciu medzi koncom zberu signálu a koncom spracovania, čím sa zlepšuje stabilita obvodu a schopnosť odolávať -rušeniu. Obrázok 8-10 zobrazuje lineárny optočlen TIL300, ktorý pozostáva z izolovanej spätnoväzbovej fotodiódy rozdvojenej infračerveným LED osvetlením a výstupnej fotodiódy. Špeciálna procesná technológia sa používa na kompenzáciu nelinearity časových a teplotných charakteristík LED, vďaka čomu je výstupný signál lineárne úmerný svetelnému toku serva emitovaného LED. TIL300 má špičkovú izoláciu 3500 V, šírku pásma väčšiu ako 200 kHz, je vhodný na izolované zosilnenie jednosmerných a striedavých signálov a má stabilitu výstupného zisku ±0,05 %/stupeň. Ako je zrejmé z diagramu, hodnota napätia jedného batériového článku (rozdiel medzi U1 a U2) je operačným zosilňovačom A prevedená na prúdový signál Ip a preteká cez lineárny optočlen TIL300. Po opto{18}}izolácii vydáva prúd Ip2, ktorý lineárne súvisí s Ip1. Tento prúd je potom konvertovaný späť na hodnotu napätia operačným zosilňovačom A2 na A-D konverziu a získavanie údajov. Stojí za zmienku, že dva konce lineárneho optočlena vyžadujú rôzne nezávislé napájacie zdroje, v diagrame označené I+12V a ±12V. To demonštruje, že obvod zosilňovača lineárneho optočlena má nielen silnú izoláciu a schopnosti proti rušeniu, ale tiež zachováva dobrú linearitu analógového signálu počas prenosu. Preto môže byť použitý v spojení s reléovými poľami alebo hradlovými obvodmi vo viackanálových zberných systémoch. Jeho obvod je však pomerne zložitý a jeho presnosť môže ovplyvniť veľa faktorov.

Metódy získavania teploty

Prevádzková teplota batérie ovplyvňuje nielen výkon batérie, ale priamo súvisí aj s bezpečnosťou elektrických vozidiel. Preto je dôležité presné meranie teplotných parametrov. Získanie teploty nie je ťažké; kľúčom je výber vhodného snímača teploty. V súčasnosti je k dispozícii veľa snímačov teploty, ako sú termistory, termočlánky, termistorové tranzistory a integrované snímače teploty.

1. Metóda získavania termistorov

Princíp metódy snímania termistora je založený na charakteristike, že odpor termistora sa mení s teplotou. Pevný odpor je zapojený do série s termistorom, aby vytvoril napäťový delič, čím premieňa úroveň teploty na napäťový signál. Tento signál sa potom prevedie na digitálnu informáciu o teplote prostredníctvom analógovej-na-digitálnu konverziu. Termistory sú lacné, ale majú zlú linearitu a vo všeobecnosti majú relatívne veľké výrobné chyby.

2. Metóda získavania termočlánkov

Princíp činnosti termočlánku spočíva v tom, že bimetalové teleso generuje rôzne termoelektrické potenciály pri rôznych teplotách. Získaním tejto hodnoty termoelektrického potenciálu možno získať hodnotu teploty vyhľadaním tabuľky. Pretože hodnota termoelektrického potenciálu závisí iba od materiálu, presnosť termočlánkov je veľmi vysoká. Keďže však termoelektrické potenciály sú signály na úrovni milivoltov-, je potrebné ich zosilnenie, čím sa vonkajší obvod stáva zložitým. Vo všeobecnosti majú kovy vysoké teploty topenia, takže termočlánky sa zvyčajne používajú na meranie vysokých-teplôt.

3. Integrovaná metóda snímania snímača teploty

Keďže meranie teploty sa stáva čoraz bežnejším v každodennom živote a výrobe, výrobcovia polovodičov zaviedli mnoho integrovaných snímačov teploty. Zatiaľ čo mnohé z týchto senzorov sú založené na termistoroch, sú kalibrované počas výroby, výsledkom čoho je presnosť porovnateľná s termočlánkami. Okrem toho môžu priamo odosielať digitálne hodnoty, vďaka čomu sú-vhodné na použitie v digitálnych systémoch.

Súčasné metódy akvizície

Bežné metódy detekcie prúdu zahŕňajú bočníky, transformátory, snímače prúdu s Hallovým efektom a snímače z optických vlákien.

Charakteristiky každej metódy sú uvedené v tabuľke 8-1.

Spomedzi týchto faktorov vysoká cena optických snímačov obmedzuje ich použitie v oblasti riadenia; bočníky sú lacné-a majú dobrú frekvenčnú odozvu, ale ich používanie je ťažkopádne, pretože musia byť pripojené k prúdovej slučke; prúdové transformátory možno použiť len na meranie striedavého prúdu; a prúdové snímače Hallovho prvku ponúkajú dobrý výkon a ľahko sa používajú. V súčasnosti sa pri získavaní prúdu a monitorovaní systémov riadenia batérie elektrických vozidiel najčastejšie používajú bočníky a snímače prúdu Hallovho prvku.

Metódy detekcie dymu

Počas prevádzky vozidla môže v dôsledku zložitých podmienok na ceste a problémov s výrobou batérií dôjsť k extrémnym núdzovým situáciám, ako je dym alebo požiar v dôsledku prehriatia, kompresie alebo kolízie. Ak tieto incidenty nie sú včas odhalené a efektívne riešené, budú nevyhnutne eskalovať a ohroziť okolité batérie, vozidlo a personál v nákladnom priestore, čo vážne ovplyvní prevádzkovú bezpečnosť vozidla. Aby sa predišlo takýmto incidentom, v posledných rokoch sa do systémov správy batérií zaviedlo monitorovanie dymu, ktorému sa venuje čoraz väčšia pozornosť.

Senzory dymu sú rôznorodé a možno ich rozdeliť do troch hlavných typov na základe princípov ich detekcie: ① Senzory dymu využívajúce fyzikálno-chemické vlastnosti, ako sú polovodičové senzory dymu a kontaktné senzory dymu zo spaľovania; ② Snímače dymu využívajúce fyzikálne vlastnosti, ako sú snímače tepelnej vodivosti dymu, snímače dymu s optickým rušením a infračervené snímače; ③ Senzory dymu využívajúce elektrochemické vlastnosti, ako sú napríklad senzory prúdu -typu dymu a senzory elektromotora{1}} plynu. Pretože senzory dymu sú rôznorodé, polovodičové senzory dymu nedokážu detekovať všetky plyny. Preto sa vyberá špecifický typ na detekciu jedného alebo dvoch špecifických typov dymu. Napríklad oxidové polovodičové dymové senzory sa používajú hlavne na detekciu uhľovodíkového dymu, vrátane O2, H2S, CO, H2, O3H2O, Cl2, OH, CO2 atď. Kvôli obmedzeniam elektród sa tieto senzory používajú predovšetkým na detekciu anorganického dymu, ako je O2, H22, CO2, atď.

Keď sa v napájacích batériách používajú senzory dymu, výber senzorov vyžaduje pochopenie zloženia dymu, ktorý vzniká spaľovaním batérie. Vo všeobecnosti pri spaľovaní batérie vzniká veľké množstvo CO a CO2, preto by sa mali zvoliť senzory citlivé na tieto dva plyny. Štruktúru snímača je potrebné prispôsobiť vibračným podmienkam dlhodobého-používania vozidla, aby sa predišlo falošnému spusteniu spôsobenému cestným prachom a vibráciami.

Zariadenie na signalizáciu dymu v systéme riadenia batérie by malo byť nainštalované na konzole vodiča. Po prijatí poplachového signálu by mal rýchlo vydať zvukový a vizuálny poplach a lokalizovať poruchu, čím sa zabezpečí, že vodič bude môcť okamžite rozpoznať a prijať poplachový signál.

Napríklad dymový poplašný systém používaný v olympijskom elektrickom autobuse, primárne vyvinutý Pekinským technologickým inštitútom, využíva batériový systém napájaný 9V alkalickou alebo uhlíkovou-zinkovou batériou, ktorá zaisťuje 24-hodinovú normálnu prevádzku. Signál alarmu je napájaný 24V batériovým napájaním vozidla, ktoré je dodávané samostatne, aby bola zabezpečená nezávislosť zabezpečovacieho systému. Distribuované alarmy zisťujú koncentráciu dymu prostredníctvom interných dymových senzorov. Keď je koncentrácia dymu pod limitom, interný ovládač alarmu nastaví výstup relé na otvorený okruh; keď koncentrácia dymu prekročí limit, interný ovládač nastaví reléový výstup na skrat, rýchlo pritiahne +24V napájací zdroj do panela displeja, aby vytvoril poplašný obvod s napájaním -24 V na paneli displeja, ktorý vydá zvukový a vizuálny alarmový signál. Štruktúra systému je znázornená na obrázku 8-11.