Co je získávání dat?

Metody získávání dat

Metoda detekce napětí jednoho článku

Modul sběru napětí baterie je klíčovou součástí systému správy napájení baterie. Jeho výkon a přesnost určují přesnost úsudku systému ohledně informací o stavu baterie a dále ovlivňují efektivní implementaci následných kontrolních strategií. Běžně používané způsoby detekce napětí článku zahrnují metodu reléového pole, metodu zdroje konstantního proudu, metodu získávání izolovaného operačního zesilovače, metodu získávání obvodu pro převod napětí/frekvence a metodu získávání obvodu lineárního optočlenu.

1. Metoda reléového pole

Obrázek 8-6 ukazuje blokové schéma obvodu sběru napětí baterie založeného na metodě reléového pole. Skládá se z koncového snímače napětí, reléového pole, čipu A-D (analogového-na-digitálního) převodníku, optočlenu a multiplexeru. Chcete-li měřit svorkové napětí n baterií zapojených do série, je třeba ke každému uzlu v sadě baterií připojit n +1 vodičů. Při měření svorkového napětí m-té baterie vyšle mikrokontrolér odpovídající řídicí signál, který vybere vhodné relé přes multiplexor, optočlen a budicí obvod relé a připojí m-tý a m{10}}tý vodič k čipu A{{14}D převodníku. Obvykle je odpor spínacích zařízení relativně malý a chyba způsobená odporem spínacích zařízení je po kombinaci s obvodem děliče napětí téměř zanedbatelná. Kromě toho je celá struktura obvodu jednoduchá; pouze odpory děliče napětí, čip AD převodníku a přesnost referenčního napětí ovlivňují přesnost konečného výsledku. Chyby rezistorů a čipu mohou být obvykle velmi malé. Proto je metoda reléového pole nejvhodnější pro aplikace vyžadující vysoké individuální měření napětí baterie a vysokou přesnost.

2. Metoda zdroje konstantního proudu

Základním principem paralelního získávání napětí baterie pomocí obvodu zdroje konstantního proudu je převést svorkové napětí baterie na lineárně se měnící proudový signál bez použití konverzního odporu. To zlepšuje schopnost systému bránit-rušení. V jednostupňové bateriové sadě, protože napětí na svorkách baterie je relativně nízké, obvykle mezi 2 V a 5 V, je napětí během vybíjení relativně stabilní, čímž se zlepšuje schopnost systému bránit -rušení. K dosažení tohoto cíle se proto v procesu návrhu často volí jednokanálový operační zesilovač. Kvůli rozdílům v návrhu a aplikaci obvodů mohou mít obvody zdroje konstantního proudu mnoho různých podob.

Obvod zobrazený na obrázku 8-7 je jedním takovým příkladem; je to obvod zdroje konstantního proudu složený ze sériového-vybraného operačního zesilovače a izolovaného-tranzistoru s hradlovým polem.

Jak je patrné ze struktury operačního zesilovače, tento obvod je vícestupňový přímý{1}}obvod zesilovače s vysokým ziskem v otevřené-smyčce a hlubokou negativní zpětnou vazbou. Jeho vstupní stupeň používá obvod diferenciálního zesilovače a je integrován na stejném křemíkovém čipu, což má za následek vynikající výkonnostní shodu mezi těmito dvěma a mezistupeň má vysokou schopnost zesílení. Tento obvod je založen na principu diferenciálních obvodů a má silnou schopnost potlačení signálu v běžném{5}}režimu. Proto při použití operačního zesilovače k ​​měření napětí jednotlivých článků v bateriové sadě zlepší přesnost měření vysoká schopnost potlačení a zesílení společného-režimu. Izolovaný -tranzistor s efektem hradlového pole{10}} (IGFET) je polovodičové zařízení, které využívá efekt elektrického pole vstupního obvodu k řízení proudu výstupního obvodu. Když pracuje v oblasti s proměnným odporem, výstupní odběrový proud I je lineárně úměrný vstupnímu odběru{12}}zdrojového napětí Us. Kromě toho je hradlová{14}}zdrojová impedance tranzistoru velmi vysoká, což má za následek velmi malý svodový proud, zatímco odpor sběrného-zdroje-je velmi malý, což vede k velmi nízkému-úbytku napětí v zapnutém stavu. Obrázek 8-7 používá tranzistor s efektem pole P-kanálového vylepšení-režimu pole-(FET) a Zenerova dioda je připojena k udržení konstantního hradlového-napětí zdroje Ucs. Operační zesilovač pracuje v lineární oblasti. Je-li zvolen FET s nízkým zap{27}}odporem, je pokles napětí v zapnutém stavu zanedbatelný. Proto,

dosažitelný

Ve výše uvedených rovnicích je rozdíl mezi u1 a u2 napětí na svorce baterie a U1 je výstupní napětí obvodu invertujícího operačního zesilovače. Je snadné vidět, že Zenerova dioda připojená k výstupu operačního zesilovače poskytuje zpětnou vazbu a udržuje obvod ve vyváženém stavu. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. kde V0 je výstupní napětí operačního zesilovače; VR je napětí na rezistoru R1; a VI je vstupní rozdílové napětí operačního zesilovače, tj. VI=U₁ - U₂. Když je obvod v rovnováze, VI=0. Obvod zdroje konstantního proudu má jednoduchou strukturu, silnou schopnost potlačení společného-režimu, vysokou přesnost snímání a dobrou praktičnost.

3. Izolační operační zesilovač

Izolační operační zesilovač je elektronická součástka schopná elektricky izolovat analogové signály. Je široce používán jako izolátory v řízení průmyslových procesů a jako izolační médium v ​​různých napájecích zařízeních. Obecně se skládá ze dvou částí: vstupní části a výstupní části. Ty jsou napájeny samostatně a spojeny magnetickou spojkou. Signál je modulován vstupní sekcí, prochází izolační vrstvou a poté je demodulován a obnoven výstupní sekcí. Izolační operační zesilovače jsou ideální pro obvody pro sběr napětí bateriových článků. Izolují signál vstupního terminálového napětí baterie od obvodu, čímž zabraňují vnějšímu rušení a zlepšují přesnost a spolehlivost získávání systému. Typický příklad aplikace je uveden níže.

Obrázek 8.8 ukazuje použití izolačního operačního zesilovače v systému řízení napájecí baterie 600V. Sada baterií obsahuje 50 horizontálních olověných-kyselinových baterií se jmenovitým napětím 12 V a jejich svorková napětí jsou postupně získávána obvodem izolačního operačního zesilovače. ISO 122 je izolační zesilovač navržený s modulační a demodulační technologií zabalenou společností Black & Decker (BBB) ​​ve Spojených státech, využívající technologii přesné kondenzátorové vazby a konvenční uspořádání kolíků typu dual -in{9}} (DIP). Vstupní a výstupní sekce ISO 122 jsou umístěny ve vzorkovacím obvodu, odděleny dvěma přizpůsobenými 1pF kondenzátory tvořícími izolační vrstvu. Jmenovité izolační napětí je větší než 1500 V (AC 60Hz spojitě), s vysokou izolační impedancí a vysokou přesností a linearitou zisku, čímž splňuje požadavky praktické aplikace. Jak je znázorněno na obrázku 8.8, vstupní výkon ISO 122 je odebírán z automatické bateriové sady a výstupní signál, který s ním má lineární vztah, je multiplexován a poté automaticky rozdělen dvěma přesnými odpory řízenými mikrokontrolérem, než je odeslán na vstup. Výstupní napájení dodává napájecí modul na desce plošných spojů a napětí na svorkách baterie je izolováno. Je třeba poznamenat, že v obvodu sběru koncového napětí 50. baterie je za izolovaný obvod operačního zesilovače přidán invertor, aby se výstupní signál změnil ze záporného na kladný. Mělo by být také zdůrazněno, že ačkoliv obvod pro získávání izolovaného operačního zesilovače má vynikající výkon, jeho vysoká cena omezuje jeho široké použití.

4. Metoda získávání obvodu s převodem napětí/frekvence

Při použití převodního obvodu napětí/frekvence (V/F) k získání napětí baterie je převodník V/F zásadní. Je to součást, která převádí napěťové signály na frekvenční signály a nabízí vynikající přesnost, linearitu a integrovaný vstup.

Obrázek 8-9 ukazuje schéma obvodu převodníku LM331 V/F používaného pro vysoce přesný převod U/F. LM331 je vysoce výkonný integrovaný V/F čip vyráběný společností FS Microcontroller. Využívá nový teplotně kompenzovaný referenční obvod bandgap, který poskytuje extrémně vysokou přesnost v celém rozsahu provozních teplot a při napájecím napětí až 4,0 V.

Při této metodě získávání je napěťový signál přímo převeden na frekvenční signál, který pak může být zpracován portem čítače mikrokontroléru bez nutnosti A-D převodu. Kromě toho pro doplnění převodního obvodu V/F v systému pro získávání napětí v bateriových článcích je třeba navrhnout odpovídající výběrové obvody a obvody operačních zesilovačů, aby bylo dosaženo vícekanálové funkce získávání dat. Tato metoda zahrnuje méně součástek, ale napěťově-řízený oscilátor obsahuje kondenzátory a relativní chyba kondenzátorů je obecně velká, přičemž větší kondenzátory vykazují ještě větší relativní chyby.

5. Metoda získávání obvodu lineárního optočlenu zesilovače

Obvod sběru napětí bateriového článku založený na lineárním optočlenu dosahuje izolace mezi koncem sběru signálu a koncem zpracování, čímž se zlepšuje stabilita obvodu a schopnost proti-rušení. Obrázek 8-10 ukazuje lineární optočlen TIL300, který se skládá z izolované zpětnovazební fotodiody rozvětvené infračerveným LED osvětlením a výstupní fotodiody. Pro kompenzaci nelinearity časových a teplotních charakteristik LED se používá speciální procesní technologie, díky čemuž je výstupní signál lineárně úměrný světelnému toku serva emitovaného LED. TIL300 má špičkovou izolaci 3500 V, šířku pásma větší než 200 kHz, je vhodný pro izolované zesílení stejnosměrných a střídavých signálů a má stabilitu výstupního zisku ±0,05 %/stupeň. Jak je patrné z diagramu, hodnota napětí jednoho článku baterie (rozdíl U1 a U2) je operačním zesilovačem A převedena na proudový signál Ip a protéká lineárním optočlenem TIL300. Po opto{18}}izolaci vydává proud Ip2, který je lineárně úměrný Ip1. Tento proud je poté přeměněn zpět na hodnotu napětí operačním zesilovačem A2 pro A-D převod a sběr dat. Stojí za zmínku, že dva konce lineárního optočlenu vyžadují různé nezávislé zdroje napájení, na schématu označené I+12V a ±12V. To demonstruje, že lineární optočlenový zesilovací obvod má nejen silnou izolaci a schopnost proti-rušení, ale také udržuje dobrou linearitu analogového signálu během přenosu. Proto může být použit ve spojení s reléovými poli nebo hradlovými obvody ve vícekanálových akvizičních systémech. Jeho obvod je však poměrně složitý a jeho přesnost může ovlivnit mnoho faktorů.

Metody získávání teploty

Provozní teplota baterie ovlivňuje nejen výkon baterie, ale také přímo souvisí s bezpečností elektrických vozidel. Proto je přesný sběr teplotních parametrů zásadní. Zjištění teploty není obtížné; klíčem je výběr vhodného teplotního čidla. V současné době je k dispozici mnoho teplotních senzorů, jako jsou termistory, termočlánky, termistorové tranzistory a integrované teplotní senzory.

1. Metoda získávání termistoru

Princip metody snímání termistoru je založen na tom, že odpor termistoru se mění s teplotou. Pevný rezistor je zapojen do série s termistorem, aby vytvořil napěťový dělič, čímž převádí úroveň teploty na napěťový signál. Tento signál je poté převeden na digitální informace o teplotě prostřednictvím analogového-na-digitálního převodu. Termistory jsou levné, ale mají špatnou linearitu a obecně mají relativně velké výrobní chyby.

2. Metoda získávání termočlánků

Princip fungování termočlánku spočívá v tom, že bimetalové těleso generuje různé termoelektrické potenciály při různých teplotách. Získáním této hodnoty termoelektrického potenciálu lze získat hodnotu teploty vyhledáním v tabulce. Protože hodnota termoelektrického potenciálu závisí pouze na materiálu, přesnost termočlánků je velmi vysoká. Protože však termoelektrické potenciály jsou signály na úrovni milivoltů-, je vyžadováno zesílení, což činí vnější obvody složitými. Kovy mají obecně vysoké body tání, takže termočlánky se obvykle používají pro měření vysokých-teplot.

3. Metoda sběru integrovaného teplotního senzoru

Vzhledem k tomu, že měření teploty je v každodenním životě a výrobě stále běžnější, zavedli výrobci polovodičů mnoho integrovaných teplotních senzorů. Zatímco mnoho z těchto senzorů je založeno na termistorech, jsou během výroby kalibrovány, což vede k přesnosti srovnatelné s termočlánky. Kromě toho mohou přímo vydávat digitální hodnoty, takže se dobře- hodí pro použití v digitálních systémech.

Současné akviziční metody

Mezi běžné metody detekce proudu patří bočníky, transformátory, proudové senzory s Hallovým efektem a senzory z optických vláken.

Charakteristiky každé metody jsou uvedeny v tabulce 8-1.

Mezi těmito faktory vysoká cena optických senzorů omezuje jejich použití v oblasti řízení; bočníky jsou levné-a mají dobrou frekvenční odezvu, ale jejich použití je těžkopádné, protože musí být připojeny k proudové smyčce; proudové transformátory lze použít pouze pro AC měření; a Hallovy proudové snímače nabízejí dobrý výkon a snadno se používají. V současné době se bočníky a proudové snímače Hallových prvků nejčastěji používají při získávání proudu a monitorování systémů řízení baterie elektrických vozidel.

Metody detekce kouře

Během provozu vozidla může v důsledku složitých podmínek vozovky a souvisejících problémů s výrobou baterie dojít k extrémním situacím, jako je kouř nebo požár, v důsledku přehřátí, stlačení nebo kolize. Pokud tyto incidenty nejsou včas odhaleny a účinně řešeny, nevyhnutelně se vystupňují a ohrožují okolní baterie, vozidlo a personál v nákladovém prostoru, což vážně ovlivní provozní bezpečnost vozidla. Aby se takovým incidentům předešlo, bylo v posledních letech do systémů správy baterií zavedeno sledování kouře a věnuje se mu stále větší pozornost.

Kouřové senzory jsou rozmanité a lze je rozdělit do tří hlavních typů na základě jejich principů detekce: ① Kouřové senzory využívající fyzikálně-chemické vlastnosti, jako jsou polovodičové kouřové senzory a kontaktní senzory kouře spalování; ② Kouřové senzory využívající fyzikální vlastnosti, jako jsou kouřové senzory tepelné vodivosti, optické interferenční kouřové senzory a infračervené senzory; ③ Kouřové senzory využívající elektrochemické vlastnosti, jako jsou proudové -typové kouřové senzory a elektromotorické silové-plynové senzory. Protože kouřová čidla jsou různorodá, polovodičové kouřové čidla nemohou detekovat všechny plyny. Proto se volí konkrétní typ pro detekci jednoho nebo dvou specifických typů kouře. Například oxidové polovodičové kouřové senzory se používají hlavně k detekci uhlovodíkového kouře, včetně O2, H2S, CO, H2, O3H2O, Cl2, OH, CO2 atd. Kvůli omezení elektrod se tyto senzory používají především k detekci anorganického kouře, jako je O2, H2, CO2, atd.

Když se kouřové senzory používají v napájecích bateriích, výběr senzoru vyžaduje pochopení složení kouře produkovaného spalováním baterie. Spalování baterií obecně produkuje velké množství CO a CO2, proto by měly být vybrány senzory citlivé na tyto dva plyny. Struktura senzoru musí být přizpůsobena vibračním podmínkám dlouhodobého-používání vozidla, aby se zabránilo falešnému spouštění způsobenému prachem a vibracemi na silnici.

Zařízení pro hlásič kouře v systému řízení baterie by mělo být nainstalováno na konzole řidiče. Po obdržení poplachového signálu by měl rychle vydat zvukový a vizuální poplach a lokalizovat poruchu, což zajistí, že řidič může poplachový signál rychle detekovat a přijmout.

Například kouřový poplašný systém používaný v olympijském elektrobusu, primárně vyvinutý Pekingským technologickým institutem, využívá bateriový systém napájený 9V alkalickou nebo uhlíkovou-zinkovou baterií, která zajišťuje 24hodinový normální provoz. Signál alarmu je napájen z 24V bateriového zdroje vozidla, který je dodáván samostatně pro zajištění nezávislosti zabezpečovacího systému. Distribuované alarmy detekují koncentraci kouře prostřednictvím interních kouřových senzorů. Když je koncentrace kouře pod limitem, interní ovladač alarmu nastaví reléový výstup na otevřený obvod; když koncentrace kouře překročí limit, interní ovladač nastaví reléový výstup na zkrat a rychle přivede +24V napájení do panelu displeje, aby vytvořil poplašný obvod s -24V napájením na panelu displeje, který vydá zvukový a vizuální signál alarmu. Struktura systému je znázorněna na obrázku 8-11.