Mi az adatgyűjtés?

Adatgyűjtési módszerek

Egycellás feszültség kimutatási módszer

Az akkumulátorcella feszültséggyűjtő modulja az akkumulátor-kezelő rendszer kulcsfontosságú eleme. Teljesítménye és pontossága meghatározza az akkumulátor állapotinformációinak rendszer általi megítélésének pontosságát, és tovább befolyásolja a későbbi vezérlési stratégiák hatékony végrehajtását. A cellafeszültség kimutatására általánosan használt módszerek közé tartozik a relé tömb módszer, az állandó áramforrás módszer, az izolált műveleti erősítő adatgyűjtési módszer, a feszültség/frekvencia átalakító áramkör adatgyűjtési módszer és a lineáris optocsatoló erősítő áramkör adatgyűjtési módszer.

1. Relay Array módszer

A 8-6. ábra egy akkumulátorfeszültség-gyűjtő áramkör blokkvázlatát mutatja a relé tömb módszerén alapulóan. Egy kapocsfeszültség-érzékelőből, egy relétömbből, egy A-D (analóg---digitális) átalakító chipből, egy optocsatolóból és egy multiplexerből áll. n sorba kapcsolt akkumulátor kapocsfeszültségének méréséhez n+1 vezetéket kell csatlakoztatni az akkumulátorcsomag minden csomópontjához. Az m-edik akkumulátor kapocsfeszültségének mérésekor a mikrokontroller megfelelő vezérlőjelet küld, amely kiválasztja a megfelelő relét a multiplexeren, az optocsatolón és a relémeghajtó áramkörön keresztül, összekötve az m-edik és m+1--edik vezetéket az A-D konverter chippel. Jellemzően a kapcsolóberendezések ellenállása viszonylag kicsi, és a kapcsolóberendezések ellenállása által okozott hiba feszültségosztó áramkörrel való kombinálás után szinte elhanyagolható. Ezenkívül a teljes áramkör felépítése egyszerű; csak a feszültségosztó ellenállások, az AD átalakító chip és a feszültségreferencia pontossága befolyásolja a végeredmény pontosságát. Az ellenállások és a chip hibáit általában nagyon kicsire lehet tenni. Ezért a relétömb módszer a legmegfelelőbb olyan alkalmazásokhoz, amelyek nagy egyedi akkumulátorfeszültség-méréseket és nagy pontosságot igényelnek.

2. Állandó áramforrás módszer

Az állandó áramforrás áramkört használó párhuzamos akkumulátorfeszültség mérés alapelve az, hogy az akkumulátor kapcsai feszültségét lineárisan változó áramjellé alakítják át konverziós ellenállás nélkül. Ez javítja a rendszer -interferencia elleni képességét. Egy-akkumulátorcsomagban, mivel az akkumulátor érintkezőfeszültsége viszonylag alacsony, általában 2 V és 5 V között van, a feszültség viszonylag stabil a kisülés során, így javítva a rendszer interferencia-ellenes képességét. Ezért a tervezési folyamat során gyakran egy-csatornás műveleti erősítőt választanak ennek eléréséhez. Az áramkör kialakításának és alkalmazásának különbségei miatt az állandó áramforrású áramkörök sokféle formát ölthetnek.

A 8-7. ábrán látható áramkör egy ilyen példa; ez egy állandó áramforrás áramkör, amely egy soros-kiválasztott műveleti erősítőből és egy szigetelt-kapu térhatású tranzisztorból áll.

Amint az a műveleti erősítő felépítéséből látható, ez az áramkör egy több-közvetlen-csatolt erősítő áramkör, nagy nyitott-hurok erősítéssel és mély negatív visszacsatolással. Bemeneti fokozata differenciál erősítő áramkört használ, és ugyanabba a szilícium chipbe van integrálva, ami kiváló teljesítményillesztést eredményez a kettő között, a köztes fokozat pedig nagy erősítési képességgel rendelkezik. A differenciáláramkörök elve alapján ez az áramkör erős közös{5}}módú jelelutasító képességgel rendelkezik. Ezért, ha műveleti erősítőt használ az akkumulátorcsomag egyes celláinak feszültségének mérésére, a nagy általános-mód-elutasítási és erősítési képesség javítja a mérési pontosságot. A szigetelt-kapu-mező{10}}tranzisztor (IGFET) egy félvezető eszköz, amely a bemeneti áramkör elektromos térhatását használja a kimeneti áramkör áramának szabályozására. Amikor a változó ellenállású tartományban működik, az I kimeneti leeresztőáram lineárisan kapcsolódik az Us bemeneti drain{12}}forrásfeszültséghez. Ezenkívül a tranzisztor kapu-forrásimpedanciája nagyon magas, ami nagyon kis szivárgási áramot eredményez, míg a leeresztő-forrás be{16}}ellenállása nagyon kicsi, ami nagyon alacsony bekapcsolási-állapotú feszültségesést eredményez. A 8-7. ábra P-csatornajavító-módú mező-effektus tranzisztort (FET) használ, és egy Zener-dióda van csatlakoztatva az Ucs állandó kapu-forrásfeszültség fenntartásához. A műveleti erősítő a lineáris tartományban működik. Ha egy alacsony -ellenállású FET-et választunk, a bekapcsolt állapotú feszültségesés elhanyagolható. Ezért,

elérhető

A fenti egyenletekben az u₁ és az u2 közötti különbség az akkumulátor kapocsfeszültsége, az U1 pedig az invertáló műveleti erősítő áramkörének kimeneti feszültsége. Könnyen belátható, hogy a műveleti erősítő kimenetére csatlakoztatott Zener dióda visszacsatolást ad, kiegyensúlyozott állapotban tartja az áramkört. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. ahol V₀ a műveleti erősítő kimeneti feszültsége; VR az R1 ellenálláson lévő feszültség; és VI a műveleti erősítő bemeneti differenciálfeszültsége, azaz VI=U₁ - U₂. Amikor az áramkör egyensúlyban van, VI=0. Az állandó áramforrás áramköre egyszerű felépítésű, erős közös módú-elutasító képességgel, nagy adatgyűjtési pontossággal és jó gyakorlatiassággal rendelkezik.

3. Műveleti erősítő leválasztása

A leválasztó műveleti erősítő egy elektronikus alkatrész, amely képes elektromosan leválasztani az analóg jeleket. Széles körben használják leválasztóként az ipari folyamatirányításban és szigetelő közegként különféle tápegységekben. Általában két részből áll: egy bemeneti és egy kimeneti részből. Ezeket külön táplálják és mágneses csatolással kapcsolják össze. A jelet a bemeneti szakasz modulálja, áthalad az elválasztó rétegen, majd a kimeneti szakasz demodulálja és visszaállítja. A leválasztó műveleti erősítők ideálisak az akkumulátorcellák feszültséggyűjtő áramköreihez. Leválasztják az akkumulátor bemeneti kapcsai feszültségjelét az áramkörről, így elkerülhető a külső interferencia, és javítva a rendszer adatgyűjtési pontosságát és megbízhatóságát. Az alábbiakban egy tipikus alkalmazási példát mutatunk be.

A 8.8. ábra egy leválasztó műveleti erősítő alkalmazását mutatja be egy 600 V-os akkumulátor-kezelő rendszerben. Az akkumulátorcsomag 50 db, 12 V névleges feszültségű, vízszintes ólom-savas akkumulátort tartalmaz, amelyek kivezetési feszültségét egyenként veszi fel a leválasztó műveleti erősítő áramkör. Az ISO 122 egy leválasztó erősítő, amelyet az egyesült államokbeli Black & Decker (BBB) ​​által csomagolt modulációs és demodulációs technológiával fejlesztettek ki, precíziós kondenzátorcsatolási technológiát és hagyományos kettős -in-vonalas (DIP) tűelrendezést alkalmazva. Az ISO 122 bemeneti és kimeneti részei a mintavevő áramkörben találhatók, két egymáshoz illesztett 1pF-os kondenzátorral elválasztva, amelyek egy szigetelőréteget alkotnak. A névleges leválasztási feszültség nagyobb, mint 1500 V (AC 60 Hz folyamatos), nagy leválasztási impedanciával és nagy erősítési pontossággal és linearitással, így megfelel a gyakorlati alkalmazási követelményeknek. A 8.8. ábrán látható módon az ISO 122 bemeneti teljesítményét az automatikus akkumulátorcsomagból nyerjük, és a vele lineáris kapcsolatban álló kimeneti jelet multiplexeljük, majd automatikusan felosztjuk két, a mikrokontroller által vezérelt precíziós ellenállással, mielőtt a bemenetre kerül. A kimeneti teljesítményt az áramköri lapon lévő tápegység modul szolgáltatja, és az akkumulátor kapocsfeszültsége le van választva. Meg kell jegyezni, hogy az 50. akkumulátor kapocsfeszültség-gyűjtő áramkörében a leválasztott műveleti erősítő áramkör után egy invertert adnak hozzá, hogy a kimeneti jelet negatívról pozitívra változtassa. Azt is meg kell jegyezni, hogy bár az izolált műveleti erősítő gyűjtőáramkör kiváló teljesítményt nyújt, magas költsége korlátozza széles körű alkalmazását.

4. Feszültség/frekvencia átalakító áramkör gyűjtési módszere

Ha feszültség/frekvencia (V/F) átalakító áramkört használ az akkumulátorcella feszültségének lekérésére, a V/F konverter kulcsfontosságú. Ez az a komponens, amely a feszültségjeleket frekvenciajelekké alakítja, kiváló pontosságot, linearitást és integrált bemenetet kínálva.

A 8-9. ábra a nagy-pontos V/F konverzióhoz használt LM331 V/F átalakító kapcsolási rajzát mutatja. Az LM331 egy nagy -teljesítményű integrált V/F chip, amelyet az FS Microcontroller gyárt. Új hőmérséklet-kompenzált sávszélességű referenciaáramkört alkalmaz, amely rendkívül nagy pontosságot biztosít a teljes üzemi hőmérséklet-tartományban, és akár 4,0 V tápfeszültség mellett is.

Ennél az adatgyűjtési módszernél a feszültségjelet közvetlenül frekvenciajellé alakítják át, amelyet aztán a mikrokontroller számlálóportja A-D átalakítás nélkül feldolgozhat. Ezenkívül az akkumulátorcella feszültséggyűjtő rendszerében a V/F konverziós áramkör kiegészítéseként a megfelelő kiválasztási áramköröket és a műveleti erősítő áramköröket is meg kell tervezni a többcsatornás adatgyűjtési funkció elérése érdekében. Ez a módszer kevesebb alkatrészt tartalmaz, de a feszültségvezérelt oszcillátor kondenzátorokat tartalmaz, és a kondenzátorok relatív hibája általában nagy, a nagyobb kondenzátorok pedig még nagyobb relatív hibákat mutatnak.

5. Lineáris optocsatoló erősítő áramkör gyűjtési módszer

A lineáris optocsatolóra épülő akkumulátorcella feszültséggyűjtő áramköre leválasztja a jelgyűjtő végét és a feldolgozóvégét, ezáltal javítja az áramkör stabilitását és-interferenciamentességét. A 8-10. ábra a TIL300 lineáris optocsatolót mutatja, amely egy izolált visszacsatoló fotodiódából, amelyet infravörös LED-megvilágítással kettévág, és egy kimeneti fotodiódából áll. Speciális folyamattechnológiát alkalmaznak a LED idő- és hőmérsékleti jellemzőinek nemlinearitásának kompenzálására, így a kimeneti jel lineárisan arányos a LED által kibocsátott szervo fényárammal. A TIL300 csúcsleválasztása 3500 V, sávszélessége nagyobb, mint 200 kHz, alkalmas a DC és AC jelek izolált erősítésére, és a kimeneti erősítés stabilitása ±0,05%/fok. Amint az a diagramból látható, egyetlen akkumulátorcella feszültségértékét (az U1 és U2 közötti különbséget) az A műveleti erősítő Ip áramjellé alakítja át, és átfolyik a TIL300 lineáris optocsaton. Az opto-leválasztás után egy áram Ip2-t ad ki, amely lineárisan kapcsolódik az Ip1-hez. Ezt az áramot ezután az A2 műveleti erősítő feszültségértékké alakítja vissza az A-D konverzióhoz és adatgyűjtéshez. Érdemes megjegyezni, hogy a lineáris optocsatoló két vége eltérő, egymástól független tápegységet igényel, amelyeket az ábrán I+12V és ±12V jelöléssel látunk el. Ez azt bizonyítja, hogy a lineáris optocsatoló erősítő áramkör nemcsak erős szigetelési és interferencia-elhárító képességekkel rendelkezik, hanem az analóg jel jó linearitását is fenntartja az átvitel során. Ezért többcsatornás adatgyűjtő rendszerekben relétömbökkel vagy kapuzási áramkörökkel együtt használható. Az áramkör azonban viszonylag összetett, és sok tényező befolyásolhatja a pontosságát.

Hőmérséklet mérési módszerek

Az akkumulátor üzemi hőmérséklete nemcsak az akkumulátor teljesítményét befolyásolja, hanem közvetlenül kapcsolódik az elektromos járművek biztonságához is. Ezért kulcsfontosságú a pontos hőmérsékleti paraméterek mérése. A hőmérséklet megszerzése nem nehéz; a kulcs a megfelelő hőmérséklet-érzékelő kiválasztása. Jelenleg számos hőmérséklet-érzékelő áll rendelkezésre, például termisztorok, hőelemek, termisztoros tranzisztorok és integrált hőmérséklet-érzékelők.

1. Termisztor beszerzési módszer

A termisztorgyűjtési módszer elve azon a jellemzőn alapul, hogy a termisztor ellenállása a hőmérséklettel változik. A termisztorral sorba kötve egy fix ellenállás feszültségosztót képez, így a hőmérsékleti szintet feszültségjellé alakítja. Ezt a jelet ezután digitális hőmérsékleti információvá alakítják át analóg---digitális átalakításon keresztül. A termisztorok olcsók, de gyenge a linearitásuk, és általában viszonylag nagy gyártási hibákkal rendelkeznek.

2. Hőelem beszerzési módszer

A termoelem működési elve az, hogy egy bimetál test különböző hőmérsékleteken különböző termoelektromos potenciálokat hoz létre. Ennek a termoelektromos potenciálértéknek a megszerzésével a hőmérsékleti értéket egy táblázat megtekintésével kaphatjuk meg. Mivel a termoelektromos potenciál értéke csak az anyagtól függ, a hőelemek pontossága nagyon nagy. Mivel azonban a termoelektromos potenciálok millivolt-szintű jelek, erősítésre van szükség, ami bonyolulttá teszi a külső áramkört. A fémek általában magas olvadásponttal rendelkeznek, ezért a hőelemeket általában magas hőmérsékletű{5}}mérésekhez használják.

3. Integrált hőmérséklet-érzékelő mérési módszer

Ahogy a hőmérsékletmérés egyre gyakoribb a mindennapi életben és a gyártásban, a félvezetőgyártók számos integrált hőmérséklet-érzékelőt vezettek be. Noha ezen érzékelők közül sok termisztoron alapul, a gyártás során kalibrálják őket, ami a hőelemekhez hasonló pontosságot eredményez. Ezenkívül közvetlenül is képesek digitális értékeket kiadni, így jól-alkalmasak digitális rendszerekben való használatra.

Jelenlegi beszerzési módszerek

Az általános áramérzékelési módszerek közé tartoznak a söntök, transzformátorok, Hall-effektus áramérzékelők és száloptikai érzékelők.

Az egyes módszerek jellemzőit a 8-1. táblázat mutatja be.

Ezen tényezők közül a száloptikai érzékelők magas költsége korlátozza alkalmazásukat a szabályozás területén; a söntök alacsony költségű- és jó frekvencia-átvitellel rendelkeznek, de nehézkes a használata, mivel áramhurokhoz kell csatlakoztatni őket; áramváltók csak váltakozó áramú mérésekhez használhatók; és a Hall elem áramérzékelők jó teljesítményt nyújtanak és könnyen használhatók. Jelenleg a söntöket és a Hall elem áramérzékelőket használják leggyakrabban az elektromos járművek akkumulátorának vezérlőrendszereinek áramfelvételére és felügyeletére.

Füstészlelési módszerek

A jármű működése során a bonyolult útviszonyok és az akkumulátorgyártással kapcsolatos problémák miatt szélsőséges vészhelyzetek, például füst vagy tűz léphet fel túlmelegedés, összenyomás vagy ütközés következtében. Ha ezeket az eseményeket nem észlelik és nem kezelik azonnal hatékonyan, elkerülhetetlenül fokozódnak, fenyegetve a környező akkumulátorokat, a járművet és a raktérben tartózkodó személyzetet, súlyosan befolyásolva a jármű üzembiztonságát. Az ilyen események megelőzése érdekében az elmúlt években bevezették az akkumulátor-felügyeleti rendszerekbe a füstfigyelést, amely egyre nagyobb figyelmet kap.

A füstérzékelők sokfélék, és érzékelési elveik alapján három fő típusba sorolhatók: ① Fizikokémiai tulajdonságokat hasznosító füstérzékelők, például félvezető füstérzékelők és érintkező égési füstérzékelők; ② Fizikai tulajdonságokat hasznosító füstérzékelők, például hővezető képességű füstérzékelők, optikai zavaró füstérzékelők és infravörös érzékelők; ③ Elektrokémiai tulajdonságokat használó füstérzékelők, például áram{0}}típusú füstérzékelők és elektromotoros erő- típusú gázérzékelők. Mivel a füstérzékelők sokfélék, a félvezető füstérzékelők nem képesek minden gázt érzékelni. Ezért egy meghatározott típust választanak egy vagy két meghatározott típusú füst észlelésére. Például az oxid-félvezető füstérzékelőket főként szénhidrogénfüst észlelésére használják, ideértve az O2, H2S, CO, H2, O3H2O, Cl2, OH, CO₂, stb. SO₂ stb.

Amikor füstérzékelőket használnak az akkumulátorokban, az érzékelő kiválasztásához meg kell érteni az akkumulátor égésekor keletkező füst összetételét. Általában az akkumulátor égése során nagy mennyiségű CO és CO2 keletkezik, ezért e két gázra érzékeny érzékelőket kell választani. Az érzékelő szerkezetét a jármű hosszú távú-használatának vibrációs viszonyaihoz kell igazítani, hogy elkerüljük az útpor és vibráció miatti hamis kioldást.

Az akkumulátor-kezelő rendszerben lévő füstjelző készüléket a vezetői konzolra kell telepíteni. Riasztási jelzés vételekor gyorsan hallható és látható riasztást és hibahelyet kell kiadnia, biztosítva, hogy a vezető azonnal észlelje és fogadja a riasztási jelet.

Például az olimpiai elektromos buszban használt füstjelző rendszer, amelyet elsősorban a Pekingi Műszaki Intézet fejlesztett ki, 9 V-os alkáli- vagy szén{1}}cink akkumulátorral működő akkumulátoros rendszert használ, amely 24 órás normál működést biztosít. A riasztó jelzést a jármű 24 V-os akkumulátoros tápegysége táplálja, amelyet külön szállítanak a riasztórendszer függetlenségének biztosítása érdekében. Az elosztott riasztók belső füstérzékelőkön keresztül érzékelik a füstkoncentrációt. Ha a füstkoncentráció a határérték alatt van, a riasztó belső vezérlője szakadásra állítja a relé kimenetét; amikor a füst koncentrációja meghaladja a határértéket, a belső vezérlő rövidzárlatra állítja a relé kimenetet, gyorsan ráhúzza a +24V tápfeszültséget a kijelzőpanelre, hogy riasztási áramkört képezzen a kijelzőpanel -24 V-os tápegységgel, hang- és vizuális riasztási jelet adva. A rendszer felépítése a 8-11. ábrán látható.