Mis on andmete hankimine?

Andmete kogumise meetodid

Üheelemendilise pinge tuvastamise meetod

Akuelemendi pinge omandamise moodul on toiteaku juhtimissüsteemi oluline komponent. Selle jõudlus ja täpsus määravad süsteemi hinnangu täpsuse aku olekuteabe kohta ja mõjutavad veelgi järgnevate juhtimisstrateegiate tõhusat rakendamist. Tavaliselt kasutatavad meetodid raku pinge tuvastamiseks hõlmavad relee massiivi meetodit, konstantse voolu allika meetodit, isoleeritud operatiivvõimendi omandamise meetodit, pinge/sageduse muundamise ahela omandamise meetodit ja lineaarse optroni võimendi vooluringi hankimise meetodit.

1. Relee massiivi meetod

Joonisel 8-6 on kujutatud releemassiivi meetodil põhineva aku pinge hankimise ahela plokkskeem. See koosneb klemmi pingeandurist, relee massiivist, A-D (analoog-to-digitaal) muunduri kiibist, optronilist ja multiplekserist. n järjestikku ühendatud aku klemmipinge mõõtmiseks tuleb akuploki igasse sõlme ühendada n+1 juhet. M-nda aku klemmipinge mõõtmisel saadab mikrokontroller vastava juhtsignaali, mis valib multiplekseri, optroni ja releeajami ahela kaudu sobiva relee, ühendades m--nda ja m+1--nda juhtme A-D-muunduri kiibiga. Tavaliselt on lülitusseadmete takistus suhteliselt väike ja lülitusseadmete takistusest tingitud viga on pärast pingejaguri ahelaga kombineerimist peaaegu tühine. Lisaks on kogu vooluahela struktuur lihtne; ainult pingejaguri takistid, AD-muunduri kiip ja pinge etalon täpsus mõjutavad lõpptulemuse täpsust. Takistite ja kiibi vead saab tavaliselt teha väga väikeseks. Seetõttu on releemassiivi meetod kõige sobivam rakenduste jaoks, mis nõuavad kõrget individuaalset aku pinge mõõtmist ja suurt täpsust.

2. Püsivoolu allika meetod

Aku paralleelse pinge omandamise põhiprintsiip konstantse vooluallika ahelat kasutades on aku klemmi pinge teisendamine lineaarselt muutuvaks voolusignaaliks ilma konversioonitakistit kasutamata. See parandab süsteemi häiretevastast-võimet. Kuna ühe-etapilise aku klemmide pinge on suhteliselt madal, tavaliselt 2–5 V, on pinge tühjenemise ajal suhteliselt stabiilne, parandades seega süsteemi häiretevastast-võimet. Seetõttu valitakse selle saavutamiseks sageli projekteerimisprotsessis üks-kanaliga operatsioonivõimendi. Erinevuste tõttu vooluahela konstruktsioonis ja rakenduses võivad püsivooluallika ahelad olla mitmel erineval kujul.

Joonisel 8-7 kujutatud vooluahel on üks selline näide; see on konstantse vooluallika vooluahel, mis koosneb jada-select operatsioonivõimendist ja isoleeritud-värava väljatransistorist.

Nagu operatsioonivõimendi ülesehitusest näha, on see ahel mitmeastmeline otseseotud-võimendiahel, millel on kõrge avatud-ahela võimendus ja sügav negatiivne tagasiside. Selle sisendaste kasutab diferentsiaalvõimendi vooluringi ja on integreeritud samale ränikiibile, mille tulemuseks on suurepärane jõudluse sobivus nende kahe vahel ning vaheastmel on kõrge võimendusvõime. Diferentsiaalahelate põhimõttel on sellel vooluahelal tugev ühisrežiimi{5}}signaali tagasilükkamise võime. Seega, kui kasutate akupaki üksikute elementide pinge mõõtmiseks operatiivvõimendit, parandab kõrge tavarežiimi -keeldumis- ja võimendusvõime mõõtmise täpsust. Isoleeritud-värava{10}}efektitransistor (IGFET) on pooljuhtseade, mis kasutab väljundahela voolu juhtimiseks sisendahela elektrivälja efekti. Kui see töötab muutuva takistusega piirkonnas, on väljundi äravoolu vool I lineaarselt seotud sisendi äravoolu{12}}allika pingega Us. Lisaks on transistori paisu-allikatakistus väga kõrge, mille tulemuseks on väga väike lekkevool, samas kui äravoolu-allika-takistus on väga väike, mille tulemuseks on väga madal sisselülitatud{17}}oleku pingelang. Joonisel 8 Operatsioonivõimendi töötab lineaarses piirkonnas. Kui on valitud madala -takistuse FET, on sisselülitatud oleku pingelang tühine. Seetõttu

saavutatav

Ülaltoodud võrrandites on erinevus u₁ ja u2 vahel aku klemmi pinge ja U1 on inverteeriva operatsioonivõimendi ahela väljundpinge. On lihtne näha, et töövõimendi väljundiga ühendatud Zeneri diood annab tagasisidet, hoides vooluringi tasakaalus. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. kus V₀ on operatiivvõimendi väljundpinge; VR on takisti R1 pinge; ja VI on operatsioonivõimendi sisenddiferentsiaalpinge, st VI=U₁ - U₂. Kui vooluahel on tasakaalus, on VI=0. Püsivooluallika vooluahelal lihtne struktuur, tugev ühisrežiimi -keeldumisvõime, kõrge võtetäpsus ja hea praktilisus.

3. Operatsioonivõimendi isoleerimine

Isolatsioonioperatsioonivõimendi on elektrooniline komponent, mis on võimeline analoogsignaale elektriliselt isoleerima. Seda kasutatakse laialdaselt isolaatoritena tööstuslike protsesside juhtimisel ja isolatsioonikandjatena erinevates toiteallikates. Tavaliselt koosneb see kahest osast: sisend- ja väljundsektsioonist. Neid toidetakse eraldi ja ühendatakse magnetühendusega. Signaali moduleerib sisendosa, see läbib isolatsioonikihi ning seejärel demoduleerib ja taastab väljundsektsioon. Isolatsioonioperatsioonivõimendid sobivad ideaalselt akuelementide pingevõtuahelate jaoks. Need isoleerivad aku sisendklemmide pingesignaali vooluringist, vältides nii väliseid häireid ning parandades süsteemi omandamise täpsust ja töökindlust. Tüüpiline rakendusnäide on toodud allpool.

Joonis 8.8 näitab isolatsioonioperatsioonivõimendi rakendamist 600 V võimsusega akuhaldussüsteemis. Akukomplekt sisaldab 50 horisontaalset plii-happeakut nimipingega 12 V ja nende klemmipinged hangitakse ükshaaval isolatsioonioperatsioonivõimendi vooluringi abil. ISO 122 on USA-s asuva Black & Deckeri (BBB) ​​poolt pakendatud modulatsiooni- ja demodulatsioonitehnoloogiaga eraldusvõimendi, mis kasutab täppiskondensaatorite sidumistehnoloogiat ja tavapärast kaherealist -in- (DIP) tihvti paigutust. ISO 122 sisend- ja väljundsektsioonid asuvad diskreetimisahelas, eraldatuna kahe sobitatud 1pF kondensaatoriga, mis moodustavad isolatsioonikihi. Nimieralduspinge on suurem kui 1500 V (AC 60 Hz pidev), suure isolatsioonitakistusega ning suure võimenduse täpsuse ja lineaarsusega, mis vastab praktilistele rakendusnõuetele. Nagu on näidatud joonisel 8.8, võetakse ISO 122 sisendvõimsus automaatsest akuplokist ja väljundsignaal, millel on sellega lineaarne seos, multipleksitakse, seejärel jagatakse enne sisendisse saatmist automaatselt kahe täppistakistiga, mida juhib mikrokontroller. Väljundtoidet annab trükkplaadi toitemoodul ja aku klemmi pinge on isoleeritud. Tuleb märkida, et 50. aku klemmi pingevõtuahelasse lisatakse isoleeritud operatiivvõimendi ahela järel inverter, et muuta väljundsignaal negatiivsest positiivseks. Samuti tuleb märkida, et kuigi isoleeritud operatiivvõimendi hankimisahelal on suurepärane jõudlus, on selle kõrge hind piiranud selle laialdast kasutamist.

4. Pinge/sageduse muundamise vooluahela omandamise meetod

Kui kasutate akuelemendi pinge saamiseks pinge/sageduse (V/F) muundusahelat, on V/F-muundur ülioluline. See on komponent, mis teisendab pingesignaalid sagedussignaalideks, pakkudes suurepärast täpsust, lineaarsust ja integreeritud sisendit.

Joonisel 8-9 on kujutatud LM331 V/F-muunduri skeem, mida kasutatakse suure-täpse V/F muundamiseks. LM331 on suure jõudlusega{7}}integreeritud V/F-kiip, mille toodab FS Microcontroller. See kasutab uut temperatuuriga kompenseeritud ribalaiuse võrdlusahelat, mis tagab ülikõrge täpsuse kogu töötemperatuuri vahemikus ja toiteallika pingetel kuni 4,0 V.

Selle hankimismeetodi puhul teisendatakse pingesignaal otse sagedussignaaliks, mida saab seejärel töödelda mikrokontrolleri loenduri porti, ilma et oleks vaja A-D-muundust. Lisaks tuleb akuelemendi pingehõivesüsteemis V/F muundusahela täiendamiseks kavandada ka vastavad valikuahelad ja operatiivvõimendi ahelad, et saavutada mitme kanaliga hõivefunktsioon. See meetod hõlmab vähem komponente, kuid pinge{4}}juhitav ostsillaator sisaldab kondensaatoreid ja kondensaatorite suhteline viga on üldiselt suur ning suuremate kondensaatorite suhtelised vead on veelgi suuremad.

5. Lineaarse optroni võimendi vooluahela omandamise meetod

Lineaarsel optronil põhinev akuelemendi pingevõtuahel eraldab signaali vastuvõtuotsa ja töötlemisotsa, parandades sellega ahela stabiilsust ja häiretevastast{0}}võimet. Joonisel 8-10 on kujutatud lineaarne optronid TIL300, mis koosneb eraldatud tagasisidega fotodioodist, mis on hargnenud infrapuna-LED-valgustusega, ja väljundfotodioodist. LED-i aja- ja temperatuurinäitajate mittelineaarsuse kompenseerimiseks kasutatakse spetsiaalset protsessitehnoloogiat, muutes väljundsignaali lineaarselt proportsionaalseks LED-i poolt kiiratava servovalgusvooga. TIL300 maksimaalne isolatsioon on 3500 V, ribalaius on suurem kui 200 kHz, see sobib alalis- ja vahelduvvoolu signaalide isoleeritud võimendamiseks ning selle väljundvõimenduse stabiilsus on ±0,05%/kraadi. Nagu diagrammil näha, muundatakse ühe akuelemendi pinge väärtus (erinevus U1 ja U2 vahel) operatiivvõimendi A abil voolusignaaliks Ip ja see voolab läbi lineaarse optroni TIL300. Pärast opto{18}}isolatsiooni väljastab see voolu Ip2, mis on lineaarselt seotud Ip1-ga. See vool teisendatakse seejärel operatsioonivõimendi A2 abil A-D teisendamiseks ja andmete hankimiseks pinge väärtuseks. Väärib märkimist, et lineaarse optroni kaks otsa vajavad erinevaid sõltumatuid toiteallikaid, mis on diagrammil tähistatud I+12V ja ±12 V. See näitab, et lineaarse optroni võimendi ahelal pole mitte ainult tugevat isolatsiooni- ja häiretevastast{25}võimet, vaid see säilitab ka analoogsignaali hea lineaarsuse edastamise ajal. Seetõttu saab seda kasutada koos releemassiividega või väravaahelatega mitme kanaliga salvestussüsteemides. Selle vooluring on aga suhteliselt keeruline ja selle täpsust võivad mõjutada paljud tegurid.

Temperatuuri mõõtmise meetodid

Aku töötemperatuur ei mõjuta mitte ainult aku jõudlust, vaid on otseselt seotud ka elektrisõidukite ohutusega. Seetõttu on temperatuuri parameetrite täpne hankimine ülioluline. Temperatuuri omandamine pole keeruline; võti on sobiva temperatuurianduri valimine. Praegu on saadaval palju temperatuuriandureid, nagu termistorid, termopaarid, termistortransistorid ja integreeritud temperatuuriandurid.

1. Termistori omandamise meetod

Termistori omandamise meetodi põhimõte põhineb tunnusel, et termistori takistus muutub koos temperatuuriga. Pingejaguri moodustamiseks ühendatakse termistoriga järjestikku fikseeritud takisti, mis muudab temperatuuritaseme pingesignaaliks. See signaal teisendatakse seejärel digitaalseks temperatuuriteabeks, kasutades analoog-digitaalmuundamist-. Termistorid on odavad, kuid neil on halb lineaarsus ja neil on üldiselt suhteliselt suured tootmisvead.

2. Termopaari omandamise meetod

Termopaari tööpõhimõte seisneb selles, et bimetallkeha tekitab erinevatel temperatuuridel erinevaid termoelektrilisi potentsiaale. Selle termoelektrilise potentsiaali väärtuse hankimisel saab temperatuuri väärtuse saada tabelit otsides. Kuna termoelektrilise potentsiaali väärtus sõltub ainult materjalist, on termopaaride täpsus väga kõrge. Kuna aga termoelektrilised potentsiaalid on millivoldi-taseme signaalid, on vaja võimendust, mis muudab välise vooluringi keeruliseks. Üldiselt on metallidel kõrge sulamistemperatuur, seetõttu kasutatakse termopaare tavaliselt kõrgete temperatuuride mõõtmiseks.

3. Integreeritud temperatuurianduri saamise meetod

Kuna temperatuuri mõõtmine muutub igapäevaelus ja tootmises üha tavalisemaks, on pooljuhtide tootjad kasutusele võtnud palju integreeritud temperatuuriandureid. Kuigi paljud neist anduritest põhinevad termistoritel, kalibreeritakse need tootmise käigus, mille tulemuseks on termopaaridega võrreldav täpsus. Lisaks saavad need digitaalseid väärtusi otse väljastada, muutes need hästi-digitaalsetes süsteemides kasutamiseks.

Praegused hankimismeetodid

Levinud voolu tuvastamise meetodid hõlmavad šunte, trafosid, Halli efekti vooluandureid ja fiiberoptilisi andureid.

Iga meetodi omadused on näidatud tabelis 8-1.

Nende tegurite hulgas piirab fiiberoptiliste andurite kõrge hind nende kasutamist juhtimisvaldkonnas; šundid on madalad-kulu ja hea sageduskarakteristikuga, kuid neid on tülikas kasutada, kuna need peavad olema ühendatud vooluahelaga; voolutrafosid saab kasutada ainult vahelduvvoolu mõõtmiseks; ja Halli elemendi vooluandurid pakuvad head jõudlust ja neid on lihtne kasutada. Praegu kasutatakse elektrisõidukite toitehaldussüsteemide voolu hankimisel ja jälgimisel kõige sagedamini šunte ja Halli elemendi vooluandureid.

Suitsu tuvastamise meetodid

Sõiduki kasutamise ajal võivad keeruliste teeolude ja aku tootmisega seotud probleemide tõttu tekkida ülekuumenemise, kokkusurumise või kokkupõrgete tõttu äärmuslikud hädaolukorrad, nagu suits või tulekahju. Kui neid vahejuhtumeid ei avastata ega viivitamatult tõhusalt ei käsitleta, siis need paratamatult eskaleeruvad, ohustades ümbritsevaid akusid, sõidukit ja lastiruumi töötajaid, mõjutades tõsiselt sõiduki tööohutust. Selliste juhtumite ärahoidmiseks on viimastel aastatel akuhaldussüsteemidesse juurutatud suitsuseire, mis pälvib järjest suuremat tähelepanu.

Suitsuandurid on mitmekesised ja neid saab nende tuvastamispõhimõtete alusel liigitada kolme põhitüüpi: ① füüsikalis-keemilisi omadusi kasutavad suitsuandurid, nagu pooljuhtsuitsuandurid ja kontaktpõlemissuitsuandurid; ② füüsikalisi omadusi kasutavad suitsuandurid, nagu soojusjuhtivuse suitsuandurid, optiliste häirete suitsuandurid ja infrapunaandurid; ③ Elektrokeemilisi omadusi kasutavad suitsuandurid, nagu voolu{0}}tüüpi suitsuandurid ja elektromotoorjõu-tüüpi gaasiandurid. Kuna suitsuandureid on erinevaid, ei suuda pooljuhtide suitsuandurid kõiki gaase tuvastada. Seetõttu valitakse ühe või kahe konkreetse suitsutüübi tuvastamiseks konkreetne tüüp. Näiteks oksiidpooljuhtsuitsuandureid kasutatakse peamiselt süsivesinike suitsu tuvastamiseks, sealhulgas O2, H2S, CO, H2, O3H2O, Cl2, OH, CO₂ jne. Elektroodide piirangute tõttu kasutatakse neid andureid peamiselt anorgaanilise suitsu, nt O₂, Cl, CO₂, C₂, CO₂, H2, tuvastamiseks. SO₂ jne.

Kui toitepatareides kasutatakse suitsuandureid, on anduri valimiseks vaja mõista aku põlemisel tekkiva suitsu koostist. Üldiselt tekitab aku põlemine suures koguses CO ja CO2, seetõttu tuleks valida nende kahe gaasi suhtes tundlikud andurid. Anduri struktuur peab olema kohandatud sõiduki pikaajalise-kasutuse vibratsioonitingimustega, et vältida teetolmust ja vibratsioonist tingitud valekäivitust.

Toiteaku juhtimissüsteemi suitsuandur tuleks paigaldada juhikonsoolile. Häiresignaali saamisel peaks see kiiresti väljastama heli- ja visuaalse häire ning tõrke asukoha, mis tagab, et juht suudab häiresignaali kiiresti tuvastada ja vastu võtta.

Näiteks Pekingi Tehnoloogiainstituudi poolt välja töötatud Olympic elektribussis kasutatav suitsuandur kasutab 9 V leelis- või süsinik-tsinkpatarei toite akusüsteemi, mis tagab ööpäevaringse normaalse töö. Häiresignaali toiteallikaks on sõiduki 24V akutoide, mis on eraldi tarnitud, et tagada häiresüsteemi sõltumatus. Jaotatud alarmid tuvastavad suitsu kontsentratsiooni sisemiste suitsuandurite kaudu. Kui suitsu kontsentratsioon on alla piiri, seab häire sisemine kontroller relee väljundi avatud vooluringile; kui suitsu kontsentratsioon ületab piiri, seab sisekontroller relee väljundi lühisele, tõmmates kiiresti +24V toiteallika ekraanipaneelile, et moodustada ekraanipaneelil oleva -24 V toiteallikaga häireahel, mis annab heli- ja visuaalse häiresignaali. Süsteemi struktuur on näidatud joonisel 8-11.