Apakah pemerolehan data?

Kaedah pemerolehan data

Kaedah pengesanan voltan sel tunggal

Modul pemerolehan voltan sel bateri ialah komponen penting dalam sistem pengurusan bateri kuasa. Prestasi dan ketepatannya menentukan ketepatan penilaian sistem terhadap maklumat status bateri, dan seterusnya mempengaruhi pelaksanaan berkesan strategi kawalan seterusnya. Kaedah yang biasa digunakan untuk mengesan voltan sel termasuk kaedah tatasusunan geganti, kaedah punca arus malar, kaedah pemerolehan penguat kendalian terpencil, kaedah pemerolehan litar penukaran voltan/frekuensi dan kaedah pemerolehan litar penguat optocoupler linear.

1. Kaedah Tatasusunan Geganti

Rajah 8-6 menunjukkan gambar rajah blok litar pemerolehan voltan bateri berdasarkan kaedah tatasusunan geganti. Ia terdiri daripada penderia voltan terminal, tatasusunan geganti, cip penukar A-D (analog-ke-digital), optocoupler dan pemultipleks. Untuk mengukur voltan terminal bagi n bateri yang disambungkan secara bersiri, n+1 wayar perlu disambungkan ke setiap nod dalam pek bateri. Apabila mengukur voltan terminal bagi bateri ke-{-}, mikropengawal menghantar isyarat kawalan yang sepadan, yang memilih geganti yang sesuai melalui litar pemacu pemultipleks, optocoupler dan geganti, menyambungkan wayar ke--dan ke-{10}}kepada cip penukar A-D. Biasanya, rintangan peranti pensuisan agak kecil, dan ralat yang disebabkan oleh rintangan peranti pensuisan hampir boleh diabaikan selepas digabungkan dengan litar pembahagi voltan. Tambahan pula, keseluruhan struktur litar adalah mudah; hanya perintang pembahagi voltan, cip penukar AD, dan ketepatan rujukan voltan mempengaruhi ketepatan keputusan akhir. Kesilapan perintang dan cip biasanya boleh dibuat sangat kecil. Oleh itu, kaedah tatasusunan geganti adalah paling sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pengukuran voltan bateri individu yang tinggi dan ketepatan yang tinggi.

2. Kaedah Sumber Arus Malar

Prinsip asas pemerolehan voltan bateri selari menggunakan litar punca arus malar adalah untuk menukar voltan terminal bateri kepada isyarat arus berubah secara linear tanpa menggunakan perintang penukaran. Ini meningkatkan keupayaan anti-gangguan sistem. Dalam pek bateri-satu peringkat, kerana voltan terminal bateri agak rendah, biasanya antara 2V dan 5V, voltan agak stabil semasa nyahcas, sekali gus meningkatkan keupayaan anti-gangguan sistem. Oleh itu, satu-penguat kendalian saluran sering dipilih dalam proses reka bentuk untuk mencapai matlamat ini. Disebabkan oleh perbezaan dalam reka bentuk dan aplikasi litar, litar sumber arus malar boleh mengambil pelbagai bentuk.

Litar yang ditunjukkan dalam Rajah 8-7 ialah satu contoh; ia ialah litar sumber arus malar yang terdiri daripada penguat operasi pilihan-siri dan transistor kesan medan get-bertebat.

Seperti yang dapat dilihat daripada struktur penguat kendalian, litar ini ialah litar penguat berganda-terus{1}}berbilang peringkat dengan keuntungan gelung-terbuka tinggi dan maklum balas negatif mendalam. Peringkat inputnya menggunakan litar penguat pembezaan dan disepadukan pada cip silikon yang sama, menghasilkan padanan prestasi cemerlang antara kedua-duanya, dan peringkat pertengahan mempunyai keupayaan penguatan yang tinggi. Berdasarkan prinsip litar pembezaan, litar ini mempunyai keupayaan penolakan isyarat mod biasa{5}}yang kuat. Oleh itu, apabila menggunakan penguat operasi untuk mengukur voltan sel individu dalam pek bateri, keupayaan penolakan dan penguatan mod biasa yang tinggi-yang tinggi akan meningkatkan ketepatan pengukuran. Transistor kesan -medan get{10}}tertebat (IGFET) ialah peranti semikonduktor yang menggunakan kesan medan elektrik litar input untuk mengawal arus litar keluaran. Apabila ia beroperasi di kawasan rintangan boleh ubah, arus keluaran I adalah berkaitan secara linear dengan voltan sumber{12}}salir input Us. Tambahan pula, galangan sumber-pintu gerbang bagi transistor adalah sangat tinggi, mengakibatkan arus bocor yang sangat kecil, manakala-sumber pada rintangan-sangat kecil, mengakibatkan penurunan voltan keadaan-yang sangat rendah. Rajah 8-7 menggunakan medan P-penambahbaikan saluran-mod-transistor kesan (FET) dan diod Zener disambungkan untuk mengekalkan get malar-voltan sumber Ucs. Penguat operasi beroperasi di kawasan linear. Jika FET rendah pada-rintangan dipilih, penurunan voltan dalam keadaan boleh diabaikan. Oleh itu,

boleh dicapai

Dalam persamaan di atas, perbezaan antara u₁ dan u₂ ialah voltan terminal bateri, dan U₁ ialah voltan keluaran litar penguat kendalian penyongsangan. Adalah mudah untuk melihat bahawa diod Zener yang disambungkan kepada output penguat operasi memberikan maklum balas, mengekalkan litar dalam keadaan seimbang. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. Di mana V₀ ialah voltan keluaran penguat kendalian; VR ialah voltan merentasi perintang R₁; dan VI ialah voltan pembezaan input bagi penguat kendalian, iaitu, VI=U₁ - U₂. Apabila litar berada dalam keseimbangan, VI=0. Litar sumber arus malar mempunyai struktur yang ringkas, keupayaan penolakan mod biasa-yang kuat, ketepatan pemerolehan yang tinggi dan kepraktisan yang baik.

3. Penguat Operasi Pengasingan

Penguat kendalian pengasingan ialah komponen elektronik yang mampu mengasingkan isyarat analog secara elektrik. Ia digunakan secara meluas sebagai pengasing dalam kawalan proses industri dan sebagai media pengasingan dalam pelbagai peranti bekalan kuasa. Ia biasanya terdiri daripada dua bahagian: bahagian input dan bahagian output. Ini dikuasakan secara berasingan dan digabungkan dengan gandingan magnetik. Isyarat dimodulasi oleh bahagian input, melalui lapisan pengasingan, dan kemudian didemodulasi dan dipulihkan oleh bahagian output. Penguat kendalian pengasingan sesuai untuk litar pemerolehan voltan sel bateri. Mereka mengasingkan isyarat voltan terminal bateri input daripada litar, dengan itu mengelakkan gangguan luaran dan meningkatkan ketepatan dan kebolehpercayaan pemerolehan sistem. Contoh aplikasi biasa disediakan di bawah.

Rajah 8.8 menunjukkan aplikasi penguat kendalian pengasingan dalam sistem pengurusan bateri kuasa 600V. Pek bateri mengandungi 50 bateri asid plumbum-mendatar dengan voltan terkadar 12V dan voltan terminalnya diperoleh satu demi satu oleh litar penguat kendalian pengasingan. ISO 122 ialah penguat pengasingan yang direka dengan teknologi modulasi dan penyahmodulasian yang dibungkus oleh Black & Decker (BBB) ​​​​di Amerika Syarikat, menggunakan teknologi gandingan kapasitor ketepatan dan susunan pin dwi-dalam-(DIP) konvensional. Bahagian input dan output ISO 122 terletak dalam litar pensampelan, dipisahkan oleh dua kapasitor 1pF yang dipadankan membentuk lapisan pengasingan. Voltan pengasingan yang diberi nilai lebih besar daripada 1500V (AC 60Hz berterusan), dengan galangan pengasingan yang tinggi dan ketepatan dan kelinearan perolehan tinggi, sekali gus memenuhi keperluan aplikasi praktikal. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8.8, kuasa input ISO 122 diambil daripada pek bateri automatik, dan isyarat output, yang mempunyai hubungan linear dengannya, dimultiplekskan, kemudian secara automatik dibahagikan dengan dua perintang ketepatan yang dikawal oleh mikropengawal sebelum dihantar ke input. Kuasa keluaran dibekalkan oleh modul bekalan kuasa pada papan litar, dan voltan terminal bateri diasingkan. Perlu diingatkan bahawa dalam litar pemerolehan voltan terminal bateri ke-50, penyongsang ditambah selepas litar penguat operasi terpencil untuk menukar isyarat keluaran daripada negatif kepada positif. Ia juga harus ditegaskan bahawa walaupun litar pemerolehan penguat kendalian terpencil mempunyai prestasi cemerlang, kosnya yang tinggi telah mengehadkan penggunaannya yang meluas.

4. Kaedah Pemerolehan Litar Penukaran Voltan/Frekuensi

Apabila menggunakan litar penukaran voltan/frekuensi (V/F) untuk memperoleh voltan sel bateri, penukar V/F adalah penting. Ia adalah komponen yang menukar isyarat voltan kepada isyarat frekuensi, menawarkan ketepatan, kelinearan dan input integral yang sangat baik.

Rajah 8-9 menunjukkan skema litar penukar LM331 V/F yang digunakan untuk-penukaran V/F berketepatan tinggi. LM331 ialah cip V/F bersepadu{7}}berprestasi tinggi yang dihasilkan oleh FS Microcontroller. Ia menggunakan litar rujukan celah jalur pemampasan suhu baharu, memberikan ketepatan yang sangat tinggi merentas keseluruhan julat suhu operasi dan pada voltan bekalan kuasa serendah 4.0V.

Dalam kaedah pemerolehan ini, isyarat voltan ditukar terus kepada isyarat frekuensi, yang kemudiannya boleh diproses oleh port pembilang mikropengawal tanpa memerlukan penukaran A-D. Tambahan pula, untuk melengkapkan litar penukaran V/F dalam sistem pemerolehan voltan sel bateri, litar pemilihan dan litar penguat operasi yang sepadan juga perlu direka bentuk untuk mencapai fungsi pemerolehan berbilang-saluran. Kaedah ini melibatkan lebih sedikit komponen, tetapi pengayun terkawal voltan-mengandungi kapasitor, dan ralat relatif kapasitor secara amnya besar, dengan kapasitor yang lebih besar menunjukkan ralat relatif yang lebih besar.

5. Kaedah Pemerolehan Litar Optocoupler Linear

Litar pemerolehan voltan sel bateri berdasarkan optocoupler linear mencapai pengasingan antara penghujung pemerolehan isyarat dan penghujung pemprosesan, dengan itu meningkatkan kestabilan litar dan keupayaan anti-gangguan. Rajah 8-10 menunjukkan optocoupler linear TIL300, yang terdiri daripada fotodiod maklum balas terpencil yang dicabangkan oleh pencahayaan LED inframerah dan fotodiod keluaran. Teknologi proses khas digunakan untuk mengimbangi ketaklinearan masa LED dan ciri suhu, menjadikan isyarat keluaran berkadar linear dengan fluks bercahaya servo yang dipancarkan oleh LED. TIL300 mempunyai pengasingan puncak 3500V, lebar jalur lebih daripada 200kHz, sesuai untuk penguatan terpencil bagi isyarat DC dan AC, dan mempunyai kestabilan perolehan output ±0.05%/darjah. Seperti yang dapat dilihat dari rajah, nilai voltan sel bateri tunggal (perbezaan antara U1 dan U2) ditukar kepada isyarat semasa Ip oleh penguat operasi A dan mengalir melalui optocoupler linear TIL300. Selepas opto{18}}pengasingan, ia mengeluarkan Ip2 semasa yang berkaitan secara linear dengan Ip1. Arus ini kemudiannya ditukarkan semula kepada nilai voltan oleh penguat operasi A2 untuk penukaran A-D dan pemerolehan data. Perlu diingat bahawa kedua-dua hujung optocoupler linear memerlukan bekalan kuasa bebas yang berbeza, berlabel I+12V dan ±12V dalam rajah. Ini menunjukkan bahawa litar penguat optocoupler linear bukan sahaja mempunyai keupayaan pengasingan yang kuat dan-anti gangguan tetapi juga mengekalkan kelinearan isyarat analog yang baik semasa penghantaran. Oleh itu, ia boleh digunakan bersama dengan tatasusunan geganti atau litar gating dalam sistem pemerolehan berbilang saluran. Walau bagaimanapun, litarnya agak kompleks, dan banyak faktor boleh menjejaskan ketepatannya.

Kaedah Pemerolehan Suhu

Suhu pengendalian bateri bukan sahaja menjejaskan prestasi bateri tetapi juga berkaitan secara langsung dengan keselamatan kenderaan elektrik. Oleh itu, pemerolehan parameter suhu yang tepat adalah penting. Memperoleh suhu tidak sukar; kuncinya ialah memilih penderia suhu yang sesuai. Pada masa ini, banyak penderia suhu tersedia, seperti termistor, termokopel, transistor termistor dan penderia suhu bersepadu.

1. Kaedah Pemerolehan Termistor

Prinsip kaedah pemerolehan termistor adalah berdasarkan ciri bahawa rintangan termistor berubah mengikut suhu. Perintang tetap disambungkan secara bersiri dengan termistor untuk membentuk pembahagi voltan, dengan itu menukar tahap suhu kepada isyarat voltan. Isyarat ini kemudiannya ditukar kepada maklumat suhu digital melalui -kepada-penukaran digital. Thermistor adalah murah tetapi mempunyai kelinearan yang lemah dan secara amnya mempunyai ralat pembuatan yang agak besar.

2. Kaedah Pemerolehan Termokopel

Prinsip kerja termokopel ialah jasad dwilogam menghasilkan potensi termoelektrik yang berbeza pada suhu yang berbeza. Dengan memperoleh nilai potensi termoelektrik ini, nilai suhu boleh diperolehi dengan mencari jadual. Oleh kerana nilai potensi termoelektrik hanya bergantung pada bahan, ketepatan termokopel adalah sangat tinggi. Walau bagaimanapun, oleh kerana potensi termoelektrik ialah isyarat peringkat milivolt-, penguatan diperlukan, menjadikan litar luaran kompleks. Secara amnya, logam mempunyai takat lebur yang tinggi, jadi termokopel biasanya digunakan untuk pengukuran suhu-tinggi.

3. Kaedah Pemerolehan Sensor Suhu Bersepadu

Apabila pengukuran suhu menjadi semakin biasa dalam kehidupan harian dan pengeluaran, pengeluar semikonduktor telah memperkenalkan banyak penderia suhu bersepadu. Walaupun kebanyakan penderia ini adalah berdasarkan termistor, ia ditentukur semasa pembuatan, menghasilkan ketepatan yang setanding dengan termokopel. Tambahan pula, mereka boleh mengeluarkan nilai digital secara langsung, menjadikannya-sesuai untuk digunakan dalam sistem digital.

Kaedah Pemerolehan Semasa

Kaedah pengesanan arus biasa termasuk shunt, transformer, penderia arus kesan Hall dan penderia gentian optik.

Ciri-ciri setiap kaedah ditunjukkan dalam Jadual 8-1.

Antara faktor ini, kos tinggi penderia gentian optik mengehadkan penggunaannya dalam bidang kawalan; shunt adalah kos-rendah dan mempunyai tindak balas frekuensi yang baik, tetapi menyusahkan untuk digunakan kerana ia mesti disambungkan ke gelung semasa; pengubah semasa hanya boleh digunakan untuk pengukuran AC; dan penderia semasa elemen Hall menawarkan prestasi yang baik dan mudah digunakan. Pada masa ini, penderia arus unsur shunt dan Hall paling biasa digunakan dalam pemerolehan dan pemantauan semasa sistem pengurusan bateri kuasa kenderaan elektrik.

Kaedah Pengesanan Asap

Semasa pengendalian kenderaan, disebabkan keadaan jalan yang kompleks dan isu pembuatan bateri yang wujud, kecemasan yang melampau seperti asap atau kebakaran mungkin berlaku disebabkan terlalu panas, mampatan atau perlanggaran. Jika insiden ini tidak dikesan dan ditangani dengan berkesan dengan segera, ia tidak dapat tidak akan meningkat, mengancam bateri di sekeliling, kenderaan dan kakitangan di dalam petak kargo, menjejaskan keselamatan operasi kenderaan dengan teruk. Untuk mengelakkan kejadian sedemikian, pemantauan asap telah diperkenalkan ke dalam sistem pengurusan bateri sejak beberapa tahun kebelakangan ini dan semakin mendapat perhatian.

Penderia asap adalah pelbagai dan boleh dikategorikan kepada tiga jenis utama berdasarkan prinsip pengesanannya: ① ​​Penderia asap yang menggunakan sifat fizikokimia, seperti penderia asap semikonduktor dan penderia asap pembakaran sentuhan; ② Penderia asap yang menggunakan sifat fizikal, seperti penderia asap kekonduksian terma, penderia asap gangguan optik dan penderia inframerah; ③ Penderia asap menggunakan sifat elektrokimia, seperti penderia gas jenis-jenis semasa dan daya gerak elektrik-sensor gas. Oleh kerana penderia asap adalah pelbagai, penderia asap semikonduktor tidak dapat mengesan semua gas. Oleh itu, jenis tertentu dipilih untuk mengesan satu atau dua jenis asap tertentu. Sebagai contoh, penderia asap semikonduktor oksida digunakan terutamanya untuk mengesan asap hidrokarbon, termasuk O₂, H₂S, CO, H₂, O₃H₂O, Cl₂, OH, CO₂, dll. Disebabkan oleh had elektrod, penderia ini digunakan terutamanya untuk mengesan asap bukan organik, seperti C₂, O₂, CO₂, O₂. SO₂, dsb.

Apabila penderia asap digunakan dalam bateri kuasa, pemilihan penderia memerlukan pemahaman komposisi asap yang dihasilkan oleh pembakaran bateri. Secara amnya, pembakaran bateri menghasilkan sejumlah besar CO dan CO2, oleh itu penderia yang sensitif kepada kedua-dua gas ini harus dipilih. Struktur penderia perlu disesuaikan dengan keadaan getaran bagi-penggunaan kenderaan jangka panjang untuk mengelakkan cetusan palsu akibat habuk jalan dan getaran.

Peranti penggera asap dalam sistem pengurusan bateri kuasa harus dipasang pada konsol pemandu. Setelah menerima isyarat penggera, ia harus mengeluarkan dengan cepat penggera yang boleh didengar dan visual serta lokasi kerosakan, memastikan pemandu dapat mengesan dan menerima isyarat penggera dengan segera.

Contohnya, sistem penggera asap yang digunakan dalam bas elektrik Olimpik, yang dibangunkan terutamanya oleh Institut Teknologi Beijing, menggunakan sistem bateri yang dikuasakan oleh bateri zink-9V atau karbon, memastikan operasi normal 24 jam. Isyarat penggera dikuasakan oleh bekalan kuasa bateri 24V kenderaan, yang dibekalkan secara berasingan untuk memastikan kebebasan sistem penggera. Penggera yang diedarkan mengesan kepekatan asap melalui penderia asap dalaman. Apabila kepekatan asap berada di bawah had, pengawal dalaman penggera menetapkan output geganti kepada litar terbuka; apabila kepekatan asap melebihi had, pengawal dalaman menetapkan output geganti kepada litar pintas, dengan cepat menarik +24bekalan kuasa V ke panel paparan untuk membentuk litar penggera dengan bekalan kuasa -24V pada panel paparan, mengeluarkan isyarat penggera yang boleh didengar dan visual. Struktur sistem ditunjukkan dalam Rajah 8-11.