Што такое збор даных?

Метады атрымання даных

Метад вызначэння напружання адной ячэйкі

Модуль збору напружання акумулятарнай батарэі з'яўляецца найважнейшым кампанентам сістэмы кіравання сілавой батарэяй. Яго прадукцыйнасць і дакладнасць вызначаюць дакладнасць ацэнкі сістэмай інфармацыі аб стане батарэі і ў далейшым уплываюць на эфектыўную рэалізацыю наступных стратэгій кіравання. Звычайна выкарыстоўваныя метады вызначэння напружання клеткі ўключаюць метад рэлейнай сеткі, метад крыніцы пастаяннага току, метад збору дадзеных з ізаляванага аперацыйнага ўзмацняльніка, метад збору дадзеных па схеме пераўтварэння напружання/частаты і метад збору дадзеных па схеме ўзмацняльніка з лінейнай оптапарай.

1. Метад масіва рэле

На малюнку 8-6 паказана блок-схема схемы збору напружання акумулятара на аснове метаду рэлейнай сеткі. Ён складаецца з датчыка напружання на клемах, масіва рэле, мікрасхемы аналогава--цыфравага (аналагавага-ў-лічбавы) пераўтваральніка, оптапары і мультыплексара. Каб вымераць напружанне на клемах n батарэй, злучаных паслядоўна, n+1 правадоў трэба падключыць да кожнага вузла батарэйнага блока. Пры вымярэнні напружання на клемах m--й батарэі мікракантролер пасылае адпаведны сігнал кіравання, які выбірае адпаведнае рэле праз мультыплексар, оптапару і схему кіравання рэле, злучаючы m--ы і m+1--ы правады з мікрасхемай аналога-цыфравага пераўтваральніка. Як правіла, супраціўленне камутацыйных прылад адносна невялікае, і памылка, выкліканая супрацівам камутацыйных прылад, практычна нязначная пасля спалучэння са схемай дзельніка напружання. Акрамя таго, уся структура схемы простая; на дакладнасць канчатковага выніку ўплываюць толькі рэзістары дзельніка напружання, мікрасхема AD пераўтваральніка і дакладнасць апорнага напружання. Хібнасці рэзістараў і мікрасхемы звычайна можна зрабіць вельмі малымі. Такім чынам, метад масіва рэле найбольш прыдатны для прыкладанняў, якія патрабуюць высокага індывідуальнага вымярэння напружання батарэі і высокай дакладнасці.

2. Метад крыніцы пастаяннага току

Асноўны прынцып атрымання паралельнага напружання батарэі з выкарыстаннем ланцуга крыніцы пастаяннага току заключаецца ў пераўтварэнні напругі клемы батарэі ў лінейна зменлівы сігнал току без выкарыстання рэзістара пераўтварэння. Гэта паляпшае здольнасць сістэмы супраць-перашкод. У аднакаскадным акумулятарным блоку, паколькі напружанне на клемах акумулятара адносна нізкае, звычайна паміж 2 В і 5 В, напружанне адносна стабільнае падчас разраду, што паляпшае здольнасць сістэмы супраць -перашкод. Такім чынам, для дасягнення гэтай мэты ў працэсе праектавання часта выбіраюць-аднаканальны аперацыйны ўзмацняльнік. З-за адрозненняў у канструкцыі схем і іх прымяненні ланцугі крыніц пастаяннага току могуць мець розныя формы.

Схема, паказаная на малюнку 8-7, з'яўляецца адным з такіх прыкладаў; гэта ланцуг крыніцы пастаяннага току, які складаецца з паслядоўнага-аперацыйнага ўзмацняльніка і ізаляванага{3}}затворнага палявога транзістара.

Як відаць са структуры аперацыйнага ўзмацняльніка, гэтая схема ўяўляе сабой шмат-каскадную прамую-звязаную схему ўзмацняльніка з высокім узмацненнем-разамкнутага контуру і глыбокай адмоўнай зваротнай сувяззю. Яго ўваходны каскад выкарыстоўвае схему дыферэнцыяльнага ўзмацняльніка і ўбудаваны ў адзін і той жа крамянёвы чып, што забяспечвае выдатнае адпаведнасць прадукцыйнасці паміж імі, а прамежкавы каскад мае высокую здольнасць узмацнення. Заснаваная на прынцыпе дыферэнцыяльных ланцугоў, гэтая схема мае моцную-магчымасць адхілення сігналу агульнага рэжыму. Такім чынам, пры выкарыстанні аперацыйнага ўзмацняльніка для вымярэння напружання асобных элементаў у акумулятарным блоку, высокая здольнасць адхілення агульнага-рэжыму і ўзмацнення павысіць дакладнасць вымярэння. Палявы транзістар з ізаляваным-затворам-(IGFET) - гэта паўправадніковая прылада, якая выкарыстоўвае эфект электрычнага поля ўваходнага ланцуга для кіравання токам выхаднога ланцуга. Калі ён працуе ў вобласці зменнага супраціўлення, выхадны ток сцёку I лінейна залежыць ад уваходнага напружання-крыніцы Us. Акрамя таго, супраціў-крыніцы транзістара вельмі высокі, што прыводзіць да вельмі малога току ўцечкі, у той час як супраціўленне-крыніцы ўключэння-вельмі малое, што прыводзіць да вельмі нізкага-падзення напругі ва ўключаным стане. На малюнку 8-7 выкарыстоўваецца палявы-транзістар (FET) у P-канальным-палявым-рэжыме, а стабілітрон падлучаны для падтрымання пастаяннага напружання-крыніцы Ucs. Аперацыйны ўзмацняльнік працуе ў лінейнай вобласці. Калі абраны полевы транзістор з нізкім-супрацівам, падзенне напружання ўключанага стану нязначнае. таму,

дасягальны

У прыведзеных вышэй ураўненнях розніца паміж u₁ і u₂ - гэта напружанне на клемах акумулятара, а U₁ - выхадное напружанне схемы інвертуючага аперацыйнага ўзмацняльніка. Лёгка заўважыць, што стабілітрон, падлучаны да выхаду аперацыйнага ўзмацняльніка, забяспечвае зваротную сувязь, падтрымліваючы схему ў збалансаваным стане. V₀ ↑→ |Уз| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. Дзе V₀ - выхадное напружанне аперацыйнага ўзмацняльніка; VR - напружанне на рэзістары R₁; і VI - уваходнае дыферэнцыяльнае напружанне аперацыйнага ўзмацняльніка, г.зн. VI=U₁ - U₂. Калі ланцуг знаходзіцца ў раўнавазе, VI=0. Схема крыніцы пастаяннага току мае простую структуру, моцную-магчымасць адхілення агульнага рэжыму, высокую дакладнасць збору дадзеных і добрую практычнасць.

3. Ізалявальны аперацыйны ўзмацняльнік

Ізалявальны аперацыйны ўзмацняльнік - гэта электронны кампанент, здольны электрычна ізаляваць аналагавыя сігналы. Ён шырока выкарыстоўваецца ў якасці ізалятараў у кіраванні прамысловым працэсам і ў якасці ізаляцыйнай асяроддзя ў розных прыладах харчавання. Як правіла, ён складаецца з дзвюх частак: секцыі ўводу і секцыі выхаду. Яны сілкуюцца асобна і злучаны з дапамогай магнітнай сувязі. Сігнал мадулюецца уваходнай секцыяй, праходзіць праз ізаляцыйны пласт, а затым дэмадулюецца і аднаўляецца выходнай секцыяй. Ізаляцыйныя аперацыйныя ўзмацняльнікі ідэальна падыходзяць для схем збору напружання батарэйных элементаў. Яны ізалююць сігнал напружання ўваходнай клемы акумулятара ад ланцуга, пазбягаючы такім чынам знешніх перашкод і паляпшаючы дакладнасць і надзейнасць збору дадзеных сістэмы. Тыповы прыклад прымянення прадстаўлены ніжэй.

На малюнку 8.8 паказана прымяненне ізаляцыйнага аперацыйнага ўзмацняльніка ў сістэме кіравання сілавымі батарэямі 600 В. Акумулятар змяшчае 50 гарызантальных свінцова-кіслотных акумулятараў з намінальным напружаннем 12 В, і напружанне на іх клемах адна за адной атрымліваецца схемай ізаляцыйнага аперацыйнага ўзмацняльніка. ISO 122 - гэта ізалявальны ўзмацняльнік, распрацаваны з выкарыстаннем тэхналогіі мадуляцыі і дэмадуляцыі кампаніі Black & Decker (BBB) ​​​​у Злучаных Штатах, якая выкарыстоўвае тэхналогію дакладнай кандэнсатарнай сувязі і звычайнае размяшчэнне кантактаў з падвойнымі-ў-лініямі (DIP). Уваходная і выходная секцыі ISO 122 размешчаны ў ланцугу выбаркі, падзеленыя двума ўзгодненымі кандэнсатарамі па 1 пФ, якія ўтвараюць ізаляцыйны пласт. Намінальнае напружанне ізаляцыі больш за 1500 В (бесперапынны пераменны ток 60 Гц), з высокім супрацівам ізаляцыі і высокай дакладнасцю і лінейнасцю ўзмацнення, што адпавядае патрабаванням практычнага прымянення. Як паказана на малюнку 8.8, уваходная магутнасць ISO 122 бярэцца з аўтаматычнай акумулятарнай батарэі, а выхадны сігнал, які мае з ім лінейную залежнасць, мультыплексуецца, затым аўтаматычна дзеліцца двума прэцызійнымі рэзістарамі, якімі кіруе мікракантролер, перш чым паступіць на ўваход. Выходная магутнасць забяспечваецца модулем сілкавання на друкаванай плаце, а напруга на клемах батарэі ізалявана. Варта адзначыць, што ў схеме збору напругі на клемах 50-й батарэі пасля схемы ізаляванага аперацыйнага ўзмацняльніка дададзены інвертар для змены выхаднога сігналу з адмоўнага на станоўчы. Варта таксама адзначыць, што хоць ізаляваная схема збору дадзеных аперацыйнага ўзмацняльніка мае выдатныя характарыстыкі, яе высокі кошт абмежаваў яе шырокае прымяненне.

4. Метад збору дадзеных схемы пераўтварэння напружання/частаты

Пры выкарыстанні схемы пераўтварэння напружанне/частата (V/F) для атрымання напружання элемента акумулятара важнае значэнне мае пераўтваральнік V/F. Гэта кампанент, які пераўтворыць сігналы напружання ў сігналы частоты, забяспечваючы выдатную дакладнасць, лінейнасць і інтэгральны ўваход.

На малюнку 8-9 паказана прынцыповая схема пераўтваральніка V/F LM331, які выкарыстоўваецца для высокадакладнага пераўтварэння V/F. LM331 - гэта высокаэфектыўны-інтэграваны чып V/F вытворчасці FS Microcontroller. Ён выкарыстоўвае новую апорную схему з тэмпературнай кампенсацыяй, якая забяспечвае надзвычай высокую дакладнасць ва ўсім дыяпазоне працоўных тэмператур і пры напрузе сілкавання ад 4,0 В.

У гэтым метадзе атрымання сігнал напружання непасрэдна пераўтвараецца ў сігнал частоты, які затым можа быць апрацаваны портам лічыльніка мікракантролера без неабходнасці аналогава-цыфравага пераўтварэння. Акрамя таго, каб дапоўніць схему пераўтварэння V/F у сістэме збору напружання элемента батарэі, адпаведныя схемы выбару і схемы аперацыйнага ўзмацняльніка таксама павінны быць распрацаваны для дасягнення шмат-функцыянальнасці збору дадзеных. Гэты метад уключае менш кампанентаў, але асцылятар, які-кіруецца напругай, утрымлівае кандэнсатары, і адносная хібнасць кандэнсатараў звычайна вялікая, прычым большыя кандэнсатары дэманструюць яшчэ большыя адносныя хібнасці.

5. Метад збору дадзеных схемы ўзмацняльніка з лінейнай оптапарай

Схема збору напружання акумулятарнага элемента на аснове лінейнай оптапары дасягае ізаляцыі паміж канцом атрымання сігналу і канцом апрацоўкі, тым самым паляпшаючы стабільнасць схемы і здольнасць супраць -перашкод. На малюнку 8-10 паказаны лінейны оптапар TIL300, які складаецца з ізаляванага фотадыёда зваротнай сувязі, раздвоенага інфрачырвоным святлодыёдам, і выходнага фотадыёда. Спецыяльная тэхналогія працэсу выкарыстоўваецца для кампенсацыі нелінейнасці часавых і тэмпературных характарыстык святлодыёда, робячы выхадны сігнал лінейна прапарцыйным светлавому патоку сервопривода, выпраменьванага святлодыёдам. TIL300 мае пікавую ізаляцыю 3500 В, шырыню прапускання больш за 200 кГц, падыходзіць для ізаляванага ўзмацнення сігналаў пастаяннага і пераменнага току і мае стабільнасць выхаднога ўзмацнення ±0,05%/градус. Як відаць з дыяграмы, значэнне напружання аднаго элемента батарэі (розніца паміж U1 і U2) пераўтворыцца ў сігнал току Ip аперацыйным узмацняльнікам A і праходзіць праз лінейны оптрон TIL300. Пасля опта-ізаляцыі ён выдае ток Ip2, які лінейна звязаны з Ip1. Затым гэты ток пераўтворыцца назад у значэнне напружання аперацыйным узмацняльнікам A2 для A-D пераўтварэння і атрымання даных. Варта адзначыць, што два канцы лінейнай оптапары патрабуюць розных незалежных крыніц сілкавання, пазначаных на схеме I+12V і ±12V. Гэта дэманструе, што схема ўзмацняльніка з лінейнай оптапарай не толькі мае моцную ізаляцыю і анты-перашкоды, але і падтрымлівае добрую лінейнасць аналагавага сігналу падчас перадачы. Такім чынам, ён можа выкарыстоўвацца ў спалучэнні з рэлейнымі сістэмамі або стробнымі схемамі ў шматканальных сістэмах збору дадзеных. Аднак яго схема адносна складаная, і шмат фактараў можа паўплываць на яго дакладнасць.

Метады вымярэння тэмпературы

Працоўная тэмпература батарэі не толькі ўплывае на прадукцыйнасць батарэі, але і непасрэдна звязана з бяспекай электрамабіляў. Такім чынам, дакладнае атрыманне параметраў тэмпературы мае вырашальнае значэнне. Вымераць тэмпературу не складана; галоўнае - выбраць прыдатны датчык тэмпературы. У цяперашні час даступна мноства датчыкаў тэмпературы, такіх як тэрмістары, тэрмапары, тэрмістарныя транзістары і ўбудаваныя датчыкі тэмпературы.

1. Тэрмістарны метад атрымання

Прынцып тэрмістарнага метаду збору дадзеных заснаваны на тым, што супраціўленне тэрмістара змяняецца з тэмпературай. Пастаянны рэзістар злучаны паслядоўна з тэрмістарам, каб утварыць дзельнік напружання, пераўтвараючы ўзровень тэмпературы ў сігнал напружання. Затым гэты сігнал пераўтворыцца ў лічбавую інфармацыю аб тэмпературы праз аналагавае-ў-лічбавае пераўтварэнне. Тэрмістары недарагія, але маюць дрэнную лінейнасць і, як правіла, маюць адносна вялікія памылкі вытворчасці.

2. Метад атрымання тэрмапары

Прынцып працы тэрмапары заключаецца ў тым, што біметалічнае цела стварае розныя тэрмаэлектрычныя патэнцыялы пры розных тэмпературах. Атрымліваючы гэтае значэнне тэрмаэлектрычнага патэнцыялу, значэнне тэмпературы можна атрымаць, прагледзеўшы табліцу. Паколькі значэнне тэрмаэлектрычнага патэнцыялу залежыць толькі ад матэрыялу, дакладнасць тэрмапар вельмі высокая. Аднак, паколькі тэрмаэлектрычныя патэнцыялы з'яўляюцца сігналамі мілівольтавага-ўзроўню, патрабуецца ўзмацненне, што робіць знешнюю схему складанай. Як правіла, металы маюць высокую тэмпературу плаўлення, таму для вымярэння высокіх-тэмператур звычайна выкарыстоўваюцца тэрмапары.

3. Убудаваны метад збору датчыка тэмпературы

Паколькі вымярэнне тэмпературы становіцца ўсё больш распаўсюджаным у паўсядзённым жыцці і вытворчасці, вытворцы паўправаднікоў прадставілі шмат убудаваных датчыкаў тэмпературы. Нягледзячы на ​​тое, што многія з гэтых датчыкаў заснаваны на тэрмістарах, яны калібруюцца ў працэсе вытворчасці, што прыводзіць да дакладнасці, параўнальнай з тэрмапарамі. Акрамя таго, яны могуць непасрэдна выводзіць лічбавыя значэнні, што робіць іх добра-прыдатнымі для выкарыстання ў лічбавых сістэмах.

Бягучыя метады збору

Агульныя метады выяўлення току ўключаюць шунты, трансфарматары, датчыкі току з эфектам Хола і валаконна-аптычныя датчыкі.

Характарыстыкі кожнага метаду паказаны ў табліцы 8-1.

Сярод гэтых фактараў высокі кошт валаконна-аптычных датчыкаў абмяжоўвае іх прымяненне ў галіне кіравання; шунты недарагія-кошт і добрая частотная характарыстыка, але грувасткія ў выкарыстанні, паколькі яны павінны быць падключаны да токавай пятлі; трансфарматары току можна выкарыстоўваць толькі для вымярэнняў пераменнага току; і датчыкі току элемента Хола забяспечваюць добрую прадукцыйнасць і простыя ў выкарыстанні. У цяперашні час шунты і датчыкі току элемента Хола часцей за ўсё выкарыстоўваюцца ў зборы току і маніторынгу сістэм кіравання сілкаваннем акумулятараў электрамабіляў.

Метады выяўлення дыму

Падчас эксплуатацыі транспартнага сродку з-за складаных дарожных умоў і неад'емных праблем з вытворчасцю акумулятара могуць узнікаць экстрэмальныя надзвычайныя сітуацыі, такія як дым або пажар, з-за перагрэву, сціску або сутыкненняў. Калі гэтыя інцыдэнты не будуць своечасова выяўлены і эфектыўна вырашаны, яны непазбежна павялічацца, пагражаючы навакольным акумулятарам, транспартнаму сродку і персаналу ў грузавым адсеку, што сур'ёзна паўплывае на бяспеку эксплуатацыі аўтамабіля. Каб прадухіліць такія інцыдэнты, у апошнія гады ў сістэмы кіравання акумулятарамі быў уведзены маніторынг дыму, якому надаецца ўсё больш увагі.

Датчыкі дыму бываюць разнастайнымі, і іх можна падзяліць на тры асноўныя тыпы ў залежнасці ад іх прынцыпаў выяўлення: ① датчыкі дыму, якія выкарыстоўваюць фізіка-хімічныя ўласцівасці, такія як паўправадніковыя датчыкі дыму і кантактныя датчыкі дыму гарэння; ② Датчыкі дыму, якія выкарыстоўваюць фізічныя ўласцівасці, такія як датчыкі дыму цеплаправоднасці, датчыкі дыму з аптычнымі перашкодамі і інфрачырвоныя датчыкі; ③ Датчыкі дыму, якія выкарыстоўваюць электрахімічныя ўласцівасці, такія як датчыкі дыму-тыпу току і датчыкі газу-тыпу электрарухальнай сілы. Паколькі датчыкі дыму разнастайныя, паўправадніковыя датчыкі дыму не могуць выяўляць усе газы. Такім чынам, выбіраецца пэўны тып для выяўлення аднаго або двух пэўных відаў дыму. Напрыклад, аксідныя паўправадніковыя датчыкі дыму ў асноўным выкарыстоўваюцца для выяўлення вуглевадароднага дыму, у тым ліку O₂, H₂S, CO, H₂, O₃H₂O, Cl₂, OH, CO₂ і г. д. З-за абмежаванняў электродаў гэтыя датчыкі ў асноўным выкарыстоўваюцца для выяўлення неарганічнага дыму, напрыклад O₂, CO₂, H₂, Cl₂, SO₂ і г.д.

Калі датчыкі дыму выкарыстоўваюцца ў сілавых батарэях, выбар датчыка патрабуе разумення складу дыму, які ўтвараецца ў выніку згарання батарэі. Як правіла, згаранне батарэі стварае вялікую колькасць CO і CO2, таму варта выбіраць датчыкі, адчувальныя да гэтых двух газаў. Канструкцыю датчыка неабходна адаптаваць да ўмоў вібрацыі пры працяглым-выкарыстанні аўтамабіля, каб прадухіліць памылковае спрацоўванне з-за дарожнага пылу і вібрацыі.

Прылада дымавой сігналізацыі ў сістэме кіравання сілкаваннем акумулятарнай батарэі павінна быць ўстаноўлена на пульце кіроўцы. Пры атрыманні сігналу трывогі ён павінен хутка выдаць гукавы і візуальны сігнал і вызначыць месцазнаходжанне няспраўнасці, гарантуючы, што кіроўца можа хутка выявіць і прыняць сігнал трывогі.

Напрыклад, сістэма дымавой сігналізацыі, якая выкарыстоўваецца ў алімпійскім электробусе, у асноўным распрацаваная Пекінскім тэхналагічным інстытутам, выкарыстоўвае акумулятарную сістэму, якая сілкуецца ад шчолачнай або вуглярод-цынкавай батарэі 9 В, што забяспечвае нармальную 24-гадзінную працу. Сігнал трывогі сілкуецца ад акумулятарнага блока 24 В аўтамабіля, які пастаўляецца асобна для забеспячэння незалежнасці сістэмы сігналізацыі. Размеркаваныя сігналізацыі вызначаюць канцэнтрацыю дыму праз унутраныя датчыкі дыму. Калі канцэнтрацыя дыму ніжэй за ліміт, унутраны кантролер сігналізацыі ўсталёўвае выхад рэле ў разрыў; калі канцэнтрацыя дыму перавышае ліміт, унутраны кантролер усталёўвае рэлейны выхад на кароткае замыканне, хутка падцягваючы +24В крыніцы харчавання да панэлі дысплея, каб утварыць ланцуг сігналізацыі з крыніцай харчавання -24В на панэлі дысплея, выдаючы гукавы і візуальны сігнал трывогі. Структура сістэмы паказана на малюнку 8-11.