Metodoj de akiro de datumoj
Metodo de detekto de unuĉela tensio
La modulo de akira tensio de bateria ĉelo estas decida komponanto de la sistemo de administrado de potenca baterio. Ĝia agado kaj precizeco determinas la precizecon de la juĝo de la sistemo pri bateria stato-informoj, kaj plu influas la efikan efektivigon de postaj kontrolstrategioj. Ofte uzataj metodoj por detekti ĉeltensio inkludas relajsan aran metodon, konstantan nunan fontmetodon, izolan operacian akirmetodon de operacia amplifila akirmetodo, tensio/frekvenca konverta cirkvito-akirmetodo, kaj lineara optokupla amplifila cirkvito-akirmetodo.
1. Relajsa Array Metodo
Figuro 8-6 montras la blokdiagramon de bateria tensio-akircirkvito bazita sur la relajsa tabelmetodo. Ĝi konsistas el fina tensiosensilo, relajsa tabelo, A-D (analoga-al-cifereca) transformilpeceto, optokupilo, kaj multipleksilo. Por mezuri la finan tension de n baterioj konektitaj en serio, n+1 dratoj devas esti konektitaj al ĉiu nodo en la bateripakaĵo. Dum mezurado de la fina tensio de la m--a baterio, la mikroregilo sendas respondan kontrolsignalon, kiu elektas la taŭgan relajson tra la multipleksilo, optokuplilo, kaj relajsa veturadcirkvito, ligante la m{--a kaj m{+1--a dratojn al la A{-D-konvertila blato. Tipe, la rezisto de la ŝanĝaj aparatoj estas relative malgranda, kaj la eraro kaŭzita de la rezisto de la ŝanĝaj aparatoj estas preskaŭ nekonsiderinda post kombinado kun tensiodivida cirkvito. Krome, la tuta cirkvitostrukturo estas simpla; nur la tensiodividaj rezistiloj, la AD-konvertila blato kaj la tensio-referenca precizeco influas la precizecon de la fina rezulto. La eraroj de la rezistiloj kaj la blato povas kutime fariĝi tre malgrandaj. Tial, la relajsa tabelmetodo estas plej taŭga por aplikoj postulantaj altajn individuajn baterajn tensiomezuradon kaj altan precizecon.
2. Konstanta Nuna Fonta Metodo
La baza principo de paralela bateria tensioakiro uzante konstantan nunan fontcirkviton estas konverti la baterian finan tension en linie ŝanĝiĝantan nunan signalon sen uzado de konverta rezistilo. Ĉi tio plibonigas la kontraŭ-enmiksiĝon de la sistemo. En unuetapa baterio, ĉar la baterifina tensio estas relative malalta, ĝenerale inter 2V kaj 5V, la tensio estas relative stabila dum malŝarĝo, tiel plibonigante la kontraŭ-interferan kapablon de la sistemo. Tial, unu-kanala operacia amplifilo ofte estas elektita en la dezajnprocezo por atingi tion. Pro diferencoj en cirkvitodezajno kaj apliko, konstantaj nunaj fontcirkvitoj povas preni multajn malsamajn formojn.
La cirkvito montrita en Figuro 8-7 estas unu tia ekzemplo; ĝi estas konstanta kurenta fontcirkvito kunmetita de serio-elekta operacia amplifilo kaj izolita-pordega kampefika transistoro.
Kiel videblas el la strukturo de la operacia amplifilo, ĉi tiu cirkvito estas plur-rekta-kunligita amplifilcirkvito kun alta malferma-buklogajno kaj profunda negativa reago. Ĝia enirstadio uzas diferencigan amplifilan cirkviton kaj estas integrita sur la sama silicia blato, rezultigante bonegan rendimentan kongruon inter la du, kaj la meza stadio havas altan plifortigan kapablon. Surbaze de la principo de diferencialaj cirkvitoj, ĉi tiu cirkvito havas fortan komunan-reĝiman signal-malakceptkapablon. Tial, kiam oni uzas funkcian amplifilon por mezuri la tension de individuaj ĉeloj en bateripakaĵo, la alta komuna-reĝima malakcepto kaj plifortiga kapablo plibonigos la mezuran precizecon. Izolita-pordega kampa-efika transistoro (IGFET) estas duonkondukta aparato kiu uzas la elektran kampan efikon de la eniga cirkvito por kontroli la elircirkvitan kurenton. Kiam ĝi funkcias en la varia rezista regiono, la eliga drena kurento I estas linie rilata al la eniga drena-fonta tensio Us. Krome, la pordego-fonta impedanco de la transistoro estas tre alta, rezultigante tre malgrandan elfluan kurenton, dum la dren-fonto sur-rezisto estas tre malgranda, rezultigante tre malaltan sur-ŝtata tensiofalo. Figuro 8-7 uzas P-kanala plibonigo-reĝima kampo-efiktransistoro (FET), kaj Zener-diodo estas konektita por konservi konstantan pordegan-fontan tension Ucs. La operacia amplifilo funkcias en la linia regiono. Se malalta sur-rezista FET estas elektita, la surŝtata tensiofalo estas nekonsiderinda. Tial,
atingebla
En ĉi-supraj ekvacioj, la diferenco inter u₁ kaj u₂ estas la bateria fina tensio, kaj U₁ estas la produkta tensio de la inversa operacia amplifila cirkvito. Estas facile vidi, ke la Zener-diodo konektita al la eligo de la operacia amplifilo provizas retrosciigon, tenante la cirkviton en ekvilibra stato. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. Kie V₀ estas la elira tensio de la operacia amplifilo; VR estas la tensio trans rezistilo R₁; kaj VI estas la eniga diferenciala tensio de la operacia amplifilo, t.e., VI=U₁ - U₂. Kiam la cirkvito estas en ekvilibro, VI=0. La konstanta kurenta fontcirkvito havas simplan strukturon, fortan komunan-reĝiman malakceptokapablon, altan akirprecizecon kaj bonan praktikecon.
3. Izola Operacia Amplifilo
Izola operacia amplifilo estas elektronika komponento kapabla elektre izoli analogajn signalojn. Ĝi estas vaste uzata kiel izoliloj en industria proceza kontrolo kaj kiel izolaj amaskomunikiloj en diversaj elektroprovizaj aparatoj. Ĝi ĝenerale konsistas el du partoj: eniga sekcio kaj eligosekcio. Tiuj estas funkciigitaj aparte kaj kunligitaj per magneta kuplado. La signalo estas modulita per la enigsekcio, pasas tra la izola tavolo, kaj tiam estas demodulita kaj reestigita per la produktaĵsekcio. Izolaj operaciaj amplifiloj estas idealaj por akircirkvitoj de bateria ĉela tensio. Ili izolas la enigan baterian terminalan tensiosignalon de la cirkvito, tiel evitante eksteran interferon kaj plibonigante sisteman akirprecizecon kaj fidindecon. Tipa aplika ekzemplo estas provizita malsupre.
Figuro 8.8 montras la aplikon de izolita operacia amplifilo en 600V-potenca bateria administradsistemo. La kuirilaro enhavas 50 horizontalajn plumbo-acidajn bateriojn kun taksita tensio de 12V, kaj iliaj finaj tensioj estas akiritaj unu post alia per la izolita operacia amplifila cirkvito. La ISO 122 estas izola amplifilo desegnita kun modulado kaj demoduladteknologio pakita de Black & Decker (BBB) en Usono, uzante precizecan kondensilan kunligan teknologion kaj konvencian duoblan -enlinian (DIP) pinglan aranĝon. La eniga kaj eligo sekcioj de ISO 122 situas en la prova cirkvito, apartigita per du egalitaj 1pF kondensiloj formanta izolan tavolon. La taksita izola tensio estas pli granda ol 1500V (AC 60Hz kontinua), kun alta izola impedanco kaj alta gajna precizeco kaj lineareco, tiel plenumante praktikajn aplikajn postulojn. Kiel montrite en Figuro 8.8, la eniga potenco de ISO 122 estas ĉerpita el la aŭtomata bateripakaĵo, kaj la eliga signalo, kiu havas liniaran rilaton kun ĝi, estas multipleksita, tiam aŭtomate dividita per du precizecaj rezistiloj kontrolitaj de la mikroregilo antaŭ esti sendita al la enigo. La eliga potenco estas provizita de la elektroprovizomodulo sur la cirkvito, kaj la bateria fina tensio estas izolita. Oni devas rimarki, ke en la fina tensio-akira cirkvito de la 50-a baterio, invetilo estas aldonita post la izolita funkcia amplifila cirkvito por ŝanĝi la eligan signalon de negativa al pozitiva. Oni devas ankaŭ atentigi, ke kvankam la izolita operacia amplifila akira cirkvito havas bonegan agadon, ĝia alta kosto limigis ĝian vastan aplikon.
4. Tensio/Frekvenca Konverta Cirkvito Akira Metodo
Dum uzado de tensio/frekvenca (V/F) konverta cirkvito por akiri baterian ĉeltension, la V/F-transformilo estas decida. Ĝi estas la komponanto, kiu konvertas tensiajn signalojn en frekvencajn signalojn, ofertante bonegan precizecon, linearecon kaj integran enigon.
Figuro 8-9 montras la cirkvitan skemon de la LM331 V/F-konvertilo uzata por alta-precizeca V/F-konverto. La LM331 estas alt-efikeca integra V/F-peceto produktita de FS Microcontroller. Ĝi utiligas novan temperatur-kompensitan bandgap-referenccirkviton, provizante ekstreme altan precizecon tra la tuta funkcia temperaturintervalo kaj ĉe nutraj tensioj tiel malaltaj kiel 4.0V.
En ĉi tiu akirmetodo, la tensiosignalo estas rekte konvertita en frekvencan signalon, kiu tiam povas esti prilaborita per la nombrila haveno de la mikroregilo sen la bezono de A-D konvertiĝo. Krome, por kompletigi la V/F-konvertan cirkviton en la bateria ĉela tensio-akirsistemo, respondaj elektocirkvitoj kaj funkciaj amplifilcirkvitoj ankaŭ devas esti dezajnitaj por atingi mult-kanalan akirfunkciecon. Tiu metodo implikas malpli da komponentoj, sed la tensio-kontrolita oscilatoro enhavas kondensatorojn, kaj la relativa eraro de kondensiloj estas ĝenerale granda, kun pli grandaj kondensiloj elmontrantaj eĉ pli grandajn relativajn erarojn.
5. Lineara Optocoupler Amplifila Cirkvito Akira Metodo
La akira cirkvito de tensio de la bateria ĉelo bazita sur lineara optokupilo atingas izolitecon inter la signala akira fino kaj la pretiga fino, tiel plibonigante la stabilecon kaj kontraŭ{0}}interferan kapablon de la cirkvito. Figuro 8-10 montras la TIL300-linian optokupilon, kiu konsistas el izolita reago-fotodiodo duigita per infraruĝa LED-lumo kaj eliga fotodiodo. Speciala proceza teknologio estas uzata por kompensi la nelinearecon de LED-tempo kaj temperaturtrajtoj, igante la eligsignalon linie proporcia al la servo-lumfluo elsendita de la LED. La TIL300 havas pintan izolitecon de 3500V, bendolarĝon pli grandan ol 200kHz, taŭgas por izolita plifortigo de DC kaj AC-signaloj, kaj havas eligan gajnan stabilecon de ±0.05%/grado. Kiel povas esti vidita de la diagramo, la tensiovaloro de ununura bateriĉelo (la diferenco inter U1 kaj U2) estas konvertita en nunan signalon Ip per funkcia amplifilo A kaj fluas tra la lineara optokupilo TIL300. Post opto-izolado, ĝi eligas fluon Ip2 kiu estas linie rilata al Ip1. Tiu fluo estas tiam konvertita reen en tensiovaloron per operacia amplifilo A2 por A-D konvertiĝo kaj datenakiro. Indas noti, ke la du finoj de la lineara optokupilo postulas malsamajn sendependajn elektroprovizojn, etikeditajn I+12V kaj ±12V en la diagramo. Ĉi tio pruvas ke la linia optokupla amplifilcirkvito ne nur havas fortan izolitecon kaj kontraŭ-interferencajn kapablojn sed ankaŭ konservas bonan linearecon de la analoga signalo dum dissendo. Tial, ĝi povas esti uzita lige kun relajsaj aroj aŭ enirkontrolaj cirkvitoj en plurkanalaj akirsistemoj. Tamen, ĝia cirkulado estas relative kompleksa, kaj multaj faktoroj povas influi ĝian precizecon.
Temperaturo-Akirado-Metodoj
Bateria funkciada temperaturo ne nur influas baterian rendimenton, sed ankaŭ rekte rilatas al la sekureco de elektraj veturiloj. Tial, preciza akiro de temperaturparametroj estas decida. Akiri temperaturon ne estas malfacila; la ŝlosilo estas elekti taŭgan temperatursensilon. Nuntempe, multaj temperatursensiloj estas haveblaj, kiel ekzemple termistoroj, termoparoj, termistoraj transistoroj, kaj integraj temperatursensiloj.
1. Termistoro-Akira Metodo
La principo de la termistora akirmetodo baziĝas sur la karakterizaĵo ke la rezisto de termistoro ŝanĝiĝas kun temperaturo. Fiksa rezistilo estas ligita en serio kun la termistoro por formi tensiodividilon, tiel konvertante la temperaturnivelon en tensiosignalon. Ĉi tiu signalo tiam estas konvertita en ciferecajn temperaturinformojn per analoga-al-cifereca konvertiĝo. Termistoroj estas malmultekostaj sed havas malbonan linearecon kaj ĝenerale havas relative grandajn produktaderarojn.
2. Termopar-Akira Metodo
La funkciprincipo de termoparo estas ke bimetala korpo generas malsamajn termoelektrajn potencialojn ĉe malsamaj temperaturoj. Akirante tiun termoelektran potencialvaloron, la temperaturvaloro povas esti akirita per rigardado supren de tablo. Ĉar la termoelektra potencialvaloro dependas nur de la materialo, la precizeco de termoparoj estas tre alta. Tamen, ĉar termoelektraj potencialoj estas milivolt-nivelaj signaloj, plifortigo estas postulata, igante la eksteran cirkuladon kompleksa. Ĝenerale, metaloj havas altajn frostopunktojn, do termoparoj estas kutime uzataj por altaj-temperaturaj mezuradoj.
3. Integrita Temperaturo-Sensila Akira Metodo
Ĉar temperaturmezurado iĝas ĉiam pli ofta en ĉiutaga vivo kaj produktado, semikonduktaĵoproduktantoj lanĉis multajn integrajn temperatursensilojn. Dum multaj el tiuj sensiloj estas bazitaj sur termistoroj, ili estas kalibritaj dum fabrikado, rezultigante precizecon komparebla al termoparoj. Krome, ili povas rekte eligi ciferecajn valorojn, igante ilin bone-taŭgaj por uzo en ciferecaj sistemoj.
Aktualaj Metodoj de Akiro
Oftaj nunaj detektmetodoj inkludas ŝuntojn, transformilojn, Hall-efikajn kurentsensilojn, kaj fibro-optikajn sensilojn.
La karakterizaĵoj de ĉiu metodo estas montritaj en Tabelo 8-1.
| Ero | Shunt | Transformilo | Halo Elementa Nuna Sensilo | Fibro Optika Sensilo |
|---|---|---|---|---|
| Enmeta Perdo | Jes | Ne | Ne | Ne |
| Aranĝa Formo | Necesas enmeti en la ĉefan cirkviton | Malferma truo, drato aliro | Malferma truo, drato aliro | - |
| Mezura Objekto | DC, AC, Pulso | AC | DC, AC, Pulso | DC, AC |
| Elektra Izoliteco | Neniu izolado | Izolitaj | Izolitaj | Izolitaj |
| Facileco de Uzo | Malgranda signala plifortigo, bezonas izolan prilaboradon | Relative simple uzi | Simpla uzi | - |
| Aplika Scenaro | Malgranda kurento, kontrola mezurado | AC-mezurado, elektroretomonitorado | Kontrola mezurado | Ofte uzata en altaj-mezuraj potencaj sistemoj |
| Prezo | Relative Malalta | Malalta | Relative Alta | Alta |
| Populariga Nivelo | Popularigita | Popularigita | Relative Popularigita | Ne popularigita |
Inter ĉi tiuj faktoroj, la alta kosto de fibro-optikaj sensiloj limigas ilian aplikon en la kontrolkampo; Ŝuntoj estas malmultekostaj-kaj havas bonan frekvencrespondon, sed estas maloportune uzi ĉar ili devas esti konektitaj al aktuala buklo; nunaj transformiloj nur povas esti uzataj por AC-mezuradoj; kaj Hall-elementaj nunaj sensiloj ofertas bonan rendimenton kaj estas facile uzeblaj. Nuntempe, ŝuntoj kaj Hall-elementaj nunaj sensiloj estas plej ofte uzataj en la nuna akiro kaj monitorado de elektraj aŭtomobilaj elektraj baterio-administradsistemoj.
Fumaj Detektaj Metodoj
Dum veturilfunkciado, pro kompleksaj vojkondiĉoj kaj enecaj bateriaj fabrikaj problemoj, ekstremaj krizoj kiel fumo aŭ fajro povas okazi pro varmiĝo, kunpremado aŭ kolizioj. Se ĉi tiuj okazaĵoj ne estas detektitaj kaj efike traktitaj senprokraste, ili neeviteble eskalados, minacante ĉirkaŭajn bateriojn, la veturilon, kaj personaron en la kargosekcio, grave influante la veturan sekurecon. Por malhelpi tiajn okazaĵojn, fummonitorado estis enkondukita en bateriajn administradsistemojn en la lastaj jaroj kaj ricevas kreskantan atenton.
Fumsensiloj estas diversspecaj kaj povas esti klasifikitaj en tri ĉefajn tipojn surbaze de siaj detektprincipoj: ① Fumsensiloj utiligantaj fizikokemiajn trajtojn, kiel ekzemple semikonduktaĵaj fumsensiloj kaj kontaktbruligadfumsensiloj; ② Fumaj sensiloj uzantaj fizikajn proprietojn, kiel termikaj konduktivecaj fumsensiloj, optikaj interferaj fumsensiloj kaj infraruĝaj sensiloj; ③ Fumsensiloj uzantaj elektrokemiajn trajtojn, kiel nuna-fumsensiloj kaj elektromova forto-gasaj sensiloj. Ĉar fumsensiloj estas diversaj, semikonduktaĵaj fumsensiloj ne povas detekti ĉiujn gasojn. Tial, specifa tipo estas elektita por detekti unu aŭ du specifajn specojn de fumo. Ekzemple, oksidsemikonduktaĵaj fumsensiloj estas ĉefe uzataj por detekti hidrokarbonan fumon, inkluzive de O₂, H₂S, CO, H₂, O₃H₂O, Cl₂, OH, CO₂, ktp. Pro elektrodlimigoj, ĉi tiuj sensiloj estas ĉefe uzataj por detekti neorganikan fumon, H₂, CO₂₂. Cl₂, SO₂, ktp.
Kiam fumsensiloj estas uzitaj en potencaj baterioj, sensilelekto postulas kompreni la kunmetaĵon de fumo produktita per bateriobruligado. Ĝenerale, bateriobrulado produktas grandajn kvantojn de CO kaj CO2, tial sensiloj sentemaj al tiuj du gasoj devus esti elektitaj. La strukturo de la sensilo devas esti adaptita al la vibradkondiĉoj de long-vehila uzo por malhelpi falsan ekfunkciigon pro vojpolvo kaj vibrado.
La aparato de fumalarmilo en la sistemo de administrado de potenca baterio devus esti instalita sur la konzolo de la ŝoforo. Ricevinte alarmsignalon, ĝi rapide elsendi aŭdeblan kaj vidan alarmon kaj kulpon, certigante, ke la ŝoforo povas senprokraste detekti kaj ricevi la alarmsignalon.
Ekzemple, la fumalarmilo uzata en la olimpika elektra buso, ĉefe evoluigita de Pekina Instituto de Teknologio, uzas bateriosistemon funkciigitan de 9V alkala aŭ karbona-zinka baterio, certigante 24-horan normalan funkciadon. La alarmsignalo estas funkciigita per la 24V baterio nutrado de la veturilo, kiu estas provizita aparte por certigi la sendependecon de la alarmsistemo. Distribuitaj alarmoj detektas fumkoncentriĝon per internaj fumsensiloj. Kiam la fumkoncentriĝo estas sub la limo, la interna regilo de la alarmo fiksas la relajsan eliron al malferma cirkvito; kiam la fumkoncentriĝo superas la limon, la interna regilo fiksas la relajsan eliron al kurtcirkvito, rapide tirante la +24V nutradon al la ekrano panelo por formi alarmcirkviton kun la -24V nutrado sur la ekrano panelo, elsendante aŭdan kaj vidan alarmsignalon. La sistemstrukturo estas montrita en Figuro 8-11.
