Kas yra duomenų gavimas?

Duomenų gavimo metodai

Vieno elemento įtampos nustatymo metodas

Akumuliatoriaus elementų įtampos matavimo modulis yra esminis maitinimo akumuliatoriaus valdymo sistemos komponentas. Jo veikimas ir tikslumas lemia sistemos sprendimo apie baterijos būseną informacijos tikslumą ir dar labiau veikia efektyvų vėlesnių valdymo strategijų įgyvendinimą. Dažniausiai naudojami elementų įtampos nustatymo metodai yra relės matricos metodas, nuolatinės srovės šaltinio metodas, izoliuoto operacinio stiprintuvo gavimo metodas, įtampos / dažnio konvertavimo grandinės gavimo metodas ir linijinio optrono stiprintuvo grandinės gavimo metodas.

1. Relės masyvo metodas

8 pav Jį sudaro gnybtų įtampos jutiklis, relių matrica, A-D (analoginis-į-skaitmeninis) keitiklio lustas, optronas ir multiplekseris. Norint išmatuoti n nuosekliai sujungtų baterijų gnybtų įtampą, prie kiekvieno akumuliatoriaus bloko mazgo reikia prijungti n+1 laidų. Matuojant m--osios baterijos gnybtų įtampą, mikrovaldiklis siunčia atitinkamą valdymo signalą, kuris per multiplekserį, optroną ir relės pavaros grandinę parenka atitinkamą relę, prijungdamas m--ą ir m{10}}-ąjį laidus prie A-D keitiklio lusto. Paprastai perjungimo įtaisų varža yra palyginti maža, o paklaida, kurią sukelia perjungimo įtaisų varža, yra beveik nereikšminga, sujungus su įtampos daliklio grandine. Be to, visa grandinės struktūra yra paprasta; tik įtampos daliklio rezistoriai, AD keitiklio lustas ir įtampos atskaitos tikslumas turi įtakos galutinio rezultato tikslumui. Rezistorių ir lusto paklaidos dažniausiai gali būti labai mažos. Todėl relės matricos metodas yra tinkamiausias tais atvejais, kai reikalingi dideli individualūs akumuliatoriaus įtampos matavimai ir didelis tikslumas.

2. Nuolatinės srovės šaltinio metodas

Pagrindinis lygiagretaus akumuliatoriaus įtampos gavimo, naudojant nuolatinės srovės šaltinio grandinę, principas yra konvertuoti akumuliatoriaus gnybtų įtampą į tiesiškai besikeičiantį srovės signalą nenaudojant konvertavimo rezistoriaus. Tai pagerina sistemos atsparumą-trukdžiams. Vieno-pakopos akumuliatoriaus bloke, kadangi akumuliatoriaus gnybtų įtampa yra santykinai žema, paprastai nuo 2 V iki 5 V, įtampa yra gana stabili išsikrovimo metu, todėl pagerėja sistemos atsparumas -trukdžiams. Todėl projektavimo procese dažnai pasirenkamas vieno{8}}kanalo operacinis stiprintuvas. Dėl grandinės konstrukcijos ir taikymo skirtumų nuolatinės srovės šaltinio grandinės gali būti įvairių formų.

8-7 pav. parodyta grandinė yra vienas iš tokių pavyzdžių; tai nuolatinės srovės šaltinio grandinė, sudaryta iš serijinio-operacinio stiprintuvo ir izoliuoto-vartų lauko tranzistoriaus.

Kaip matyti iš operacinio stiprintuvo struktūros, ši grandinė yra kelių{0}}pakopų tiesioginio-sujungimo stiprintuvo grandinė su dideliu atviros-kilpos stiprėjimu ir giliu neigiamu grįžtamuoju ryšiu. Jo įvesties pakopa naudoja diferencialinio stiprintuvo grandinę ir yra integruota į tą patį silicio lustą, todėl jų našumas puikiai suderinamas, o tarpinė pakopa turi didelę stiprinimo galimybę. Remiantis diferencialinių grandinių principu, ši grandinė turi stiprią bendrojo{5}}režimo signalo atmetimo galimybę. Todėl, kai naudojate operacinį stiprintuvą atskirų akumuliatoriaus elementų įtampai matuoti, didelė bendrojo -režimo atmetimo ir stiprinimo galimybė pagerins matavimo tikslumą. Izoliuotas -vartų lauko-efekto tranzistorius (IGFET) yra puslaidininkinis įtaisas, kuris naudoja įvesties grandinės elektrinio lauko efektą išvesties grandinės srovei valdyti. Kai jis veikia kintamos varžos srityje, išėjimo išleidimo srovė I yra tiesiškai susijusi su įvesties nutekėjimo{12}}šaltinio įtampa Us. Be to, tranzistoriaus užtvaros-šaltinio varža yra labai didelė, todėl nuotėkio srovė yra labai maža, o ištekėjimo{15}}šaltinio-varža yra labai maža, todėl įtampa mažėja. 8 pav Operacinis stiprintuvas veikia tiesinėje srityje. Jei pasirenkamas mažos -varžos FET, įjungtos būsenos įtampos kritimas yra nereikšmingas. Todėl

pasiekiamas

Aukščiau pateiktose lygtyse skirtumas tarp u₁ ir u2 yra akumuliatoriaus gnybtų įtampa, o U1 yra apverčiamojo operacinio stiprintuvo grandinės išėjimo įtampa. Nesunku pastebėti, kad Zenerio diodas, prijungtas prie operacinio stiprintuvo išvesties, suteikia grįžtamąjį ryšį, išlaikant grandinę subalansuotą. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. kur V₀ – operacinio stiprintuvo išėjimo įtampa; VR yra įtampa per rezistorių R₁; ir VI yra operacinio stiprintuvo įėjimo diferencinė įtampa, ty VI=U₁ - U₂. Kai grandinė yra pusiausvyroje, VI=0. Nuolatinės srovės šaltinio grandinė turi paprastą struktūrą, stiprią bendrojo-režimo atmetimo galimybę, didelį gavimo tikslumą ir gerą praktiškumą.

3. Atskyrimo operacinis stiprintuvas

Izoliacinis operacinis stiprintuvas yra elektroninis komponentas, galintis elektriškai izoliuoti analoginius signalus. Jis plačiai naudojamas kaip izoliatoriai pramoninių procesų valdymui ir kaip izoliacinė terpė įvairiuose maitinimo įrenginiuose. Paprastai jis susideda iš dviejų dalių: įvesties ir išvesties. Jie maitinami atskirai ir sujungiami magnetine jungtimi. Signalas yra moduliuojamas įvesties sekcijoje, praeina per izoliacijos sluoksnį, o tada demoduliuojamas ir atkuriamas išvesties sekcijoje. Izoliaciniai operaciniai stiprintuvai idealiai tinka akumuliatoriaus elementų įtampos matavimo grandinėms. Jie izoliuoja įvesties akumuliatoriaus gnybtų įtampos signalą nuo grandinės, taip išvengiant išorinių trukdžių ir pagerinant sistemos gavimo tikslumą bei patikimumą. Tipiškas taikymo pavyzdys pateikiamas žemiau.

8.8 paveiksle parodytas izoliacinio operacinio stiprintuvo taikymas 600V galios baterijų valdymo sistemoje. Akumuliatorių pakete yra 50 horizontalių švino{4}}rūgštinių baterijų, kurių vardinė įtampa yra 12 V, o jų gnybtų įtampa po vieną nustatoma izoliacinėje operacinio stiprintuvo grandinėje. ISO 122 yra izoliacinis stiprintuvas, sukurtas naudojant moduliavimo ir demoduliavimo technologiją, supakuotą Black & Decker (BBB) (Jungtinėse Amerikos Valstijose), naudojant tikslią kondensatorių sujungimo technologiją ir įprastą dvigubos -in-linijos (DIP) kaiščių išdėstymą. ISO 122 įvesties ir išvesties sekcijos yra mėginių ėmimo grandinėje, atskirtos dviem suderintais 1pF kondensatoriais, kurie sudaro izoliacinį sluoksnį. Vardinė izoliacijos įtampa yra didesnė nei 1500 V (kintamoji 60 Hz nuolatinė), didelė izoliacijos varža ir didelis stiprinimo tikslumas bei tiesiškumas, todėl atitinka praktinius taikymo reikalavimus. Kaip parodyta 8.8 paveiksle, ISO 122 įvesties galia paimama iš automatinio akumuliatoriaus bloko, o išėjimo signalas, turintis tiesinį ryšį su juo, yra multipleksuojamas, tada automatiškai padalinamas iš dviejų tikslių rezistorių, kuriuos valdo mikrovaldiklis, prieš siunčiant į įvestį. Išėjimo maitinimą tiekia grandinės plokštės maitinimo modulis, o akumuliatoriaus gnybtų įtampa yra izoliuota. Pažymėtina, kad 50-osios baterijos gnybtų įtampos gavimo grandinėje po izoliuotos operacinio stiprintuvo grandinės pridedamas keitiklis, kuris pakeistų išėjimo signalą iš neigiamo į teigiamą. Taip pat reikėtų pažymėti, kad nors izoliuota operacinio stiprintuvo gavimo grandinė pasižymi puikiomis savybėmis, jos didelė kaina apribojo platų jos taikymą.

4. Įtampos/dažnio keitimo grandinės gavimo metodas

Naudojant įtampos/dažnio (V/F) konvertavimo grandinę akumuliatoriaus elementų įtampai gauti, V/F keitiklis yra labai svarbus. Tai komponentas, konvertuojantis įtampos signalus į dažnio signalus, siūlantis puikų tikslumą, tiesiškumą ir integruotą įvestį.

8 pav LM331 yra didelio našumo{7}}integruotas V/F lustas, pagamintas FS Microcontroller. Jame naudojama nauja temperatūros kompensuojama juostos tarpo atskaitos grandinė, užtikrinanti itin didelį tikslumą visame darbinės temperatūros diapazone ir esant net 4,0 V maitinimo įtampai.

Taikant šį gavimo metodą, įtampos signalas tiesiogiai konvertuojamas į dažnio signalą, kuris vėliau gali būti apdorotas mikrovaldiklio skaitiklio prievadu, nereikalaujant A-D konvertavimo. Be to, norint papildyti V/F konversijos grandinę akumuliatoriaus elementų įtampos matavimo sistemoje, taip pat reikia sukurti atitinkamas pasirinkimo grandines ir operacinių stiprintuvų grandines, kad būtų galima atlikti kelių kanalų gavimo funkciją. Šis metodas apima mažiau komponentų, bet įtampa{4}}valdomame generatoriuje yra kondensatorių, o santykinė kondensatorių paklaida paprastai yra didelė, o didesni kondensatoriai turi dar didesnes santykines paklaidas.

5. Linijinio optinio ryšio stiprintuvo grandinės gavimo metodas

Akumuliatoriaus elementų įtampos matavimo grandinė, pagrįsta linijiniu optronu, pasiekia izoliaciją tarp signalo gavimo galo ir apdorojimo galo, taip pagerindama grandinės stabilumą ir anti{0}}trukdžius. 8 pav Naudojama speciali proceso technologija, skirta kompensuoti LED laiko ir temperatūros charakteristikų netiesiškumą, todėl išvesties signalas yra tiesiškai proporcingas šviesos diodo skleidžiamam servo šviesos srautui. TIL300 didžiausia izoliacija yra 3500 V, dažnių juostos plotis didesnis nei 200 kHz, tinkamas nuolatinės ir kintamosios srovės signalų izoliavimui stiprinti, o išėjimo stiprinimo stabilumas yra ±0,05 %/laipsnis. Kaip matyti iš diagramos, vienos baterijos elemento įtampos vertė (skirtumas tarp U1 ir U2) operaciniu stiprintuvu A paverčiama srovės signalu Ip ir teka per linijinį optroną TIL300. Po opto{18}}izoliacijos jis išveda srovę Ip2, kuri yra tiesiškai susijusi su Ip1. Tada ši srovė operaciniu stiprintuvu A2 konvertuojama į įtampos vertę A-D konvertavimui ir duomenų gavimui. Verta paminėti, kad abiem linijinio optrono galams reikalingi skirtingi nepriklausomi maitinimo šaltiniai, diagramoje pažymėti I+12V ir ±12 V. Tai rodo, kad linijinio optinio ryšio stiprintuvo grandinė turi ne tik stiprią izoliaciją ir atsparumą trukdžiams, bet ir išlaiko gerą analoginio signalo tiesiškumą perdavimo metu. Todėl jis gali būti naudojamas kartu su relių matricomis arba blokavimo grandinėmis kelių kanalų gavimo sistemose. Tačiau jo grandinė yra gana sudėtinga, o jos tikslumą gali paveikti daugelis veiksnių.

Temperatūros gavimo metodai

Akumuliatoriaus veikimo temperatūra ne tik turi įtakos akumuliatoriaus veikimui, bet ir tiesiogiai susijusi su elektromobilių saugumu. Todėl labai svarbu tiksliai nustatyti temperatūros parametrus. Įgauti temperatūrą nėra sunku; Svarbiausia yra pasirinkti tinkamą temperatūros jutiklį. Šiuo metu yra daug temperatūros jutiklių, tokių kaip termistoriai, termoporos, termistorių tranzistoriai ir integruoti temperatūros jutikliai.

1. Termistoriaus gavimo metodas

Termistoriaus gavimo metodo principas grindžiamas charakteristika, kad termistoriaus varža kinta priklausomai nuo temperatūros. Fiksuotas rezistorius nuosekliai sujungiamas su termistoriumi, kad susidarytų įtampos daliklis, taip temperatūros lygis paverčiamas įtampos signalu. Tada šis signalas konvertuojamas į skaitmeninę temperatūros informaciją per analoginį -į-skaitmeninį konvertavimą. Termistoriai yra nebrangūs, tačiau turi prastą tiesiškumą ir paprastai turi palyginti dideles gamybos klaidas.

2. Termoporos gavimo metodas

Termoporos veikimo principas yra tas, kad bimetalinis korpusas generuoja skirtingus termoelektrinius potencialus esant skirtingoms temperatūroms. Gavus šią termoelektrinio potencialo vertę, temperatūros vertę galima gauti pažiūrėjus į lentelę. Kadangi termoelektrinio potencialo vertė priklauso tik nuo medžiagos, termoporų tikslumas yra labai didelis. Tačiau kadangi termoelektriniai potencialai yra milivoltų -lygio signalai, reikalingas stiprinimas, todėl išorinė grandinė tampa sudėtinga. Paprastai metalų lydymosi temperatūra yra aukšta, todėl termoporos paprastai naudojamos aukštos temperatūros matavimams.

3. Integruoto temperatūros jutiklio gavimo metodas

Temperatūros matavimas tampa vis dažnesnis kasdieniame gyvenime ir gamyboje, puslaidininkių gamintojai pristatė daug integruotų temperatūros jutiklių. Nors daugelis šių jutiklių yra pagrįsti termistoriais, jie kalibruojami gamybos metu, todėl jų tikslumas panašus į termoporų tikslumą. Be to, jie gali tiesiogiai išvesti skaitmenines reikšmes, todėl jos puikiai-tinka naudoti skaitmeninėse sistemose.

Dabartiniai įsigijimo būdai

Įprasti srovės aptikimo metodai apima šuntus, transformatorius, Holo efekto srovės jutiklius ir šviesolaidinius jutiklius.

Kiekvieno metodo charakteristikos pateiktos 8-1 lentelėje.

Tarp šių veiksnių didelė šviesolaidinių jutiklių kaina riboja jų taikymą valdymo srityje; šuntai yra pigūs- ir turi gerą dažnio atsaką, tačiau juos sudėtinga naudoti, nes jie turi būti prijungti prie srovės kilpos; srovės transformatoriai gali būti naudojami tik kintamosios srovės matavimams; ir Hall elemento srovės jutikliai pasižymi geru našumu ir yra lengvai naudojami. Šiuo metu šuntai ir Hall elemento srovės jutikliai dažniausiai naudojami elektromobilių galios baterijų valdymo sistemų srovei gauti ir stebėti.

Dūmų aptikimo metodai

Eksploatuojant transporto priemonę, dėl sudėtingų kelio sąlygų ir būdingų akumuliatoriaus gamybos problemų, dėl perkaitimo, suspaudimo ar susidūrimų gali kilti ekstremalių situacijų, tokių kaip dūmai ar gaisras. Jei šie incidentai nebus aptikti ir operatyviai nebus veiksmingai sprendžiami, jie neišvengiamai paaštrės, sukeldami grėsmę aplinkiniams akumuliatoriams, transporto priemonei ir krovinių skyriuje esančiam personalui, taip smarkiai paveikdami transporto priemonės eksploatavimo saugumą. Siekiant užkirsti kelią tokiems incidentams, pastaraisiais metais baterijų valdymo sistemose buvo įdiegtas dūmų stebėjimas, kuriam skiriama vis daugiau dėmesio.

Dūmų jutikliai yra įvairūs ir gali būti suskirstyti į tris pagrindinius tipus pagal jų aptikimo principus: ① Dūmų jutikliai, naudojantys fizikines ir chemines savybes, pvz., puslaidininkiniai dūmų jutikliai ir kontaktiniai degimo dūmų jutikliai; ② Dūmų jutikliai, naudojantys fizines savybes, pavyzdžiui, šilumos laidumo dūmų jutikliai, optinių trukdžių dūmų jutikliai ir infraraudonųjų spindulių jutikliai; ③ Dūmų jutikliai, naudojantys elektrochemines savybes, pvz., srovės{0}}tipo dūmų jutikliai ir elektrovaros jėgos-tipo dujų jutikliai. Kadangi dūmų jutikliai yra įvairūs, puslaidininkiniai dūmų jutikliai negali aptikti visų dujų. Todėl, norint aptikti vieną ar dvi specifines dūmų rūšis, pasirenkamas konkretus tipas. Pavyzdžiui, oksidiniai puslaidininkiniai dūmų jutikliai daugiausia naudojami aptikti angliavandenilių dūmus, įskaitant O2, H2S, CO, H2, O3H2O, Cl2, OH, CO₂ ir kt. Dėl elektrodų apribojimų šie jutikliai pirmiausia naudojami aptikti neorganinius dūmus, tokius kaip O₂, Cl, CO₂, C2, CO₂, SO₂ ir kt.

Kai dūmų jutikliai naudojami maitinimo baterijose, norint pasirinkti jutiklį, reikia suprasti dūmų, susidarančių degant akumuliatoriui, sudėtį. Paprastai degant akumuliatoriui išskiriamas didelis CO ir CO2 kiekis, todėl reikėtų rinktis šioms dviem dujoms jautrius jutiklius. Jutiklio struktūra turi būti pritaikyta prie ilgalaikio transporto priemonės naudojimo{3}}vibracijos sąlygų, kad būtų išvengta klaidingo suveikimo dėl kelių dulkių ir vibracijos.

Dūmų signalizacijos įtaisas maitinimo akumuliatoriaus valdymo sistemoje turi būti sumontuotas vairuotojo konsolėje. Gavęs pavojaus signalą, jis turėtų greitai paskelbti garsinį ir vaizdinį pavojaus signalą bei gedimo vietą, kad vairuotojas galėtų greitai aptikti ir priimti pavojaus signalą.

Pavyzdžiui, olimpiniame elektriniame autobuse naudojama dūmų signalizacijos sistema, kurią pirmiausia sukūrė Pekino technologijos institutas, naudoja baterijų sistemą, maitinamą 9 V šarminės arba anglies -cinko baterijos ir užtikrina normalų 24 valandų veikimą. Signalizacijos signalas maitinamas iš automobilio 24V baterijos maitinimo šaltinio, kuris tiekiamas atskirai, kad būtų užtikrintas signalizacijos sistemos nepriklausomumas. Paskirstytos signalizacijos nustato dūmų koncentraciją per vidinius dūmų jutiklius. Kai dūmų koncentracija yra mažesnė už ribą, vidinis aliarmo valdiklis nustato relės išėjimą į atvirą grandinę; kai dūmų koncentracija viršija ribą, vidinis valdiklis nustato relės išvestį į trumpąjį jungimą, greitai pritraukdamas +24V maitinimo šaltinį į ekrano skydelį, kad sudarytų aliarmo grandinę su -24 V maitinimo šaltiniu ekrano skydelyje, skleidžiančiu garsinį ir vaizdinį pavojaus signalą. Sistemos struktūra parodyta 8-11 pav.