Hvað er gagnaöflun?

Aðferðir við gagnaöflun

Einfrumu spennugreiningaraðferð

Rafhlaða frumuspennuöflunareiningin er mikilvægur hluti af rafhlöðustjórnunarkerfinu. Frammistaða þess og nákvæmni ákvarðar nákvæmni mats kerfisins á upplýsingum um rafhlöðustöðu og hefur enn frekar áhrif á árangursríka framkvæmd síðari eftirlitsaðferða. Algengar aðferðir til að greina frumuspennu eru meðal annars gengisfylkisaðferð, stöðug straumsuppspretta aðferð, einangruð rekstrarmagnaraöflunaraðferð, spennu/tíðni umbreytingarrásaröflunaraðferð og línuleg optocoupler magnara hringrás öflun aðferð.

1. Relay Array Method

Mynd 8-6 sýnir kubbamynd af rafhlöðuspennutökurás sem byggir á gengisfylkisaðferðinni. Það samanstendur af tengispennuskynjara, gengisfylki, A-D (hliðrænu-í-stafrænu) breytikubbi, optocoupler og multiplexer. Til að mæla skautspennu n rafhlöður sem eru tengdar í röð þarf að tengja n+1 víra við hvern hnút í rafhlöðupakkanum. Þegar terminalspenna m- rafhlöðunnar er mæld, sendir örstýringurinn samsvarandi stýrimerki, sem velur viðeigandi gengi í gegnum multiplexer, optocoupler og relay drifrás, sem tengir m-th og m{10}}th víra við A-D breytiflís. Venjulega er viðnám rofabúnaðarins tiltölulega lítið og villan sem stafar af viðnám rofatækjanna er næstum hverfandi eftir sameiningu við spennuskilarás. Ennfremur er öll hringrásaruppbyggingin einföld; aðeins spennuskilsviðnámið, AD breytiflísinn og spennuviðmiðunarnákvæmni hafa áhrif á nákvæmni lokaniðurstöðunnar. Villur viðnámanna og flíssins geta venjulega verið mjög litlar. Þess vegna er relay array aðferðin hentugust fyrir forrit sem krefjast hárra einstakra rafhlöðuspennumælinga og mikillar nákvæmni.

2. Constant Current Source Method

Grunnreglan um samhliða rafhlöðuspennuupptöku með því að nota stöðugan straumgjafa er að breyta rafhlöðuspennu í línulega breytilegt straummerki án þess að nota umbreytingarviðnám. Þetta bætir getu kerfisins gegn-truflunum. Í einsþrepa rafhlöðupakka, vegna þess að spenna rafhlöðunnar er tiltölulega lág, yfirleitt á milli 2V og 5V, er spennan tiltölulega stöðug við afhleðslu og bætir þannig truflunargetu kerfisins. Þess vegna er einn-rekstrarmagnari oft valinn í hönnunarferlinu til að ná þessu. Vegna mismunandi hringrásarhönnunar og notkunar geta stöðugir straumgjafarrásir tekið á sig margar mismunandi form.

Hringrásin sem sýnd er á mynd 8-7 er eitt slíkt dæmi; það er stöðug straumsuppspretta hringrás sem samanstendur af röð-völdum rekstrarmagnara og einangruðum-hliðarsviðsáhrifum smári.

Eins og sjá má af uppbyggingu rekstrarmagnarans er þessi hringrás fjöl-bein-tengd magnararás með mikilli opinni-lykkjustyrk og djúpri neikvæðri endurgjöf. Inntaksþrep þess notar mismunadrifmagnararás og er samþætt á sama kísilkubb, sem leiðir til framúrskarandi frammistöðusamsvörunar á milli þeirra tveggja, og millistigið hefur mikla mögnunargetu. Byggt á meginreglunni um mismunarásir hefur þessi hringrás sterka sameiginlega-stillingargetu til að hafna merkjum. Þess vegna, þegar notkunarmagnari er notaður til að mæla spennu einstakra frumna í rafhlöðupakka, mun mikil algeng-stillingarhöfnun og mögnunargeta bæta mælingarnákvæmni. Einangraður-gáttarsviðs-áhrif smári (IGFET) er hálfleiðarabúnaður sem notar rafsviðsáhrif inntaksrásarinnar til að stjórna útgangsrásarstraumnum. Þegar það starfar á breytilegu viðnámssvæðinu er úttaksrennslisstraumur I línulega tengdur inntaksrennsli-uppsprettuspennu Us. Ennfremur er-uppspretta viðnám smárasins mjög mikil, sem veldur mjög litlum lekastraumi, en fráfalls-uppspretta-viðnámið er mjög lítið, sem veldur mjög lágu-spennufalli. Mynd 8-7 notar P-rásaaukning-hamsviðs-áhrifa smári (FET) og Zener díóða er tengd til að viðhalda stöðugri hlið-uppsprettuspennu Ucs. Aðgerðarmagnarinn starfar á línulega svæðinu. Ef lágt á-viðnám FET er valið er spennufall í stöðunni hverfandi. Þess vegna,

framkvæmanlegt

Í ofangreindum jöfnum er munurinn á u₁ og u₂ spenna rafhlöðunnar og U₁ er úttaksspenna snúningsaðgerðamagnararásarinnar. Það er auðvelt að sjá að Zener díóðan sem tengd er við úttak rekstrarmagnarans gefur endurgjöf og heldur hringrásinni í jafnvægi. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. Þar sem V₀ er útgangsspenna rekstrarmagnarans; VR er spennan yfir viðnám R₁; og VI er inntaksmismunaspenna rekstrarmagnarans, þ.e. VI=U₁ - U₂. Þegar hringrásin er í jafnvægi, VI=0. Stöðugur straumsuppspretta hringrás hefur einfalda uppbyggingu, sterka sameiginlega-ham höfnunargetu, mikla upptöku nákvæmni og góða hagkvæmni.

3. Einangrun rekstrarmagnari

Einangrunarrekstrarmagnari er rafeindahlutur sem getur rafeinangrað hliðræn merki. Það er mikið notað sem einangrarar í iðnaðarferlisstýringu og sem einangrunarmiðlar í ýmsum aflgjafabúnaði. Það samanstendur almennt af tveimur hlutum: inntakshluta og úttakshluta. Þessir eru knúnir sérstaklega og tengdir með segultengingu. Merkið er mótað af inntakshlutanum, fer í gegnum einangrunarlagið og er síðan afmótað og endurheimt af úttakshlutanum. Einangrunarrekstrarmagnarar eru tilvalnir fyrir rafhlöðuspennuupptökurásir. Þeir einangra spennumerki inntaks rafhlöðunnar frá hringrásinni og forðast þannig utanaðkomandi truflanir og bæta nákvæmni og áreiðanleika kerfisöflunar. Dæmigerð notkunardæmi er að finna hér að neðan.

Mynd 8.8 sýnir notkun einangrunarrekstrarmagnara í 600V rafhlöðustjórnunarkerfi. Rafhlöðupakkinn inniheldur 50 láréttar blý-sýrurafhlöður með 12V málspennu og tengispennur þeirra eru teknar upp hver af annarri með einangrunarrekstrarmagnararásinni. ISO 122 er einangrunarmagnari hannaður með mótunar- og afmótunartækni sem er pakkaður af Black & Decker (BBB) ​​í Bandaríkjunum, sem notar nákvæma þétta tengitækni og hefðbundið tvískipt -í-línu (DIP) pinnafyrirkomulag. Inntaks- og úttakshlutar ISO 122 eru staðsettir í sýnatökurásinni, aðskilin með tveimur samsvöruðum 1pF þéttum sem mynda einangrunarlag. Einangrunarspennan er meiri en 1500V (AC 60Hz samfelld), með mikilli einangrunarviðnám og mikilli ávinningsnákvæmni og línuleika, og uppfyllir þannig hagnýtar kröfur um notkun. Eins og sýnt er á mynd 8.8 er inntaksafl ISO 122 dregið úr sjálfvirka rafhlöðupakkanum og úttaksmerkið, sem hefur línulegt samband við það, er margfaldað, síðan deilt sjálfkrafa með tveimur nákvæmniviðnámum sem stjórnað er af örstýringunni áður en það er sent til inntaksins. Framleiðsluafl er veitt af aflgjafaeiningunni á hringrásarborðinu og spenna rafhlöðunnar er einangruð. Það skal tekið fram að í spennuupptökurásinni á 50. rafhlöðunni er inverter bætt við á eftir einangruðu rekstrarmagnararásinni til að breyta úttaksmerkinu úr neikvætt í jákvætt. Það skal einnig bent á að þó að einangruð rekstrarmagnaraöflunarrás hafi framúrskarandi afköst, hefur hár kostnaður takmarkað útbreidda notkun þess.

4. Spennu/tíðnibreytingaraðferð til að afla hringrásar

Þegar þú notar spennu/tíðni (V/F) umbreytingarrás til að fá rafhlöðufrumuspennu er V/F breytirinn mikilvægur. Það er íhluturinn sem breytir spennumerkjum í tíðnimerki, sem býður upp á framúrskarandi nákvæmni, línuleika og samþætt inntak.

Mynd 8-9 sýnir hringrásarmyndina af LM331 V/F breytinum sem notaður er fyrir mikla-nákvæmni V/F umbreytingu. LM331 er há-samþætt V/F flís framleidd af FS Microcontroller. Það notar nýja hitajafnaða bandbil viðmiðunarrás sem veitir mjög mikla nákvæmni yfir allt rekstrarhitasviðið og við aflgjafaspennu allt niður í 4,0V.

Í þessari öflunaraðferð er spennumerkinu beint umbreytt í tíðnimerki, sem síðan er hægt að vinna með mótagátt örstýringarinnar án þess að þörf sé á A-D umbreytingu. Ennfremur, til að bæta við V/F umbreytingarrásina í rafhlöðufrumuspennuupptökukerfinu, þarf einnig að hanna samsvarandi valrásir og rekstrarmagnararásir til að ná fram fjöl-rásarupptökuvirkni. Þessi aðferð felur í sér færri íhluti, en spennu-stýrði sveiflurinn inniheldur þétta og hlutfallsleg villa þétta er almennt stór, þar sem stærri þéttar sýna enn stærri hlutfallslegar villur.

5. Línuleg optocoupler magnara Circuit Acquisition Method

Rafhlöðufrumuspennuupptökurásin sem byggir á línulegum optocoupler nær einangrun á milli merkjaöflunarenda og vinnsluenda og bætir þar með stöðugleika hringrásarinnar og-truflunargetu. Mynd 8-10 sýnir TIL300 línulega optocoupler, sem samanstendur af einangrðri endurgjöf ljósdíóða tvískipt með innrauðri LED lýsingu og úttaksljósdíóðu. Sérstök vinnslutækni er notuð til að bæta upp fyrir ólínuleika LED tíma- og hitaeiginleika, sem gerir úttaksmerkið línulega í réttu hlutfalli við servó ljósflæðið sem ljósdíóðan gefur frá sér. TIL300 hefur hámarkseinangrun upp á 3500V, bandbreidd sem er meiri en 200kHz, er hentugur fyrir einangraða mögnun á DC og AC merkjum og hefur úttaksstyrkleikastöðugleika ±0,05%/gráðu. Eins og sést á skýringarmyndinni er spennugildi eins rafhlöðuklefa (munurinn á U1 og U2) umbreytt í straummerki Ip með rekstrarmagnara A og flæðir það í gegnum línulega optocoupler TIL300. Eftir opto-einangrun gefur það út núverandi Ip2 sem er línulega tengt Ip1. Þessum straumi er síðan breytt aftur í spennugildi með rekstrarmagnara A2 fyrir A-D umbreytingu og gagnaöflun. Það er athyglisvert að tveir endar línulega optocouplersins krefjast mismunandi óháðra aflgjafa, merkt I+12V og ±12V á skýringarmyndinni. Þetta sýnir að línulega optocoupler magnara hringrásin hefur ekki aðeins sterka einangrun og andstæðingur-truflanagetu heldur einnig viðheldur góðri línuleika hliðrænna merkis við sendingu. Þess vegna er hægt að nota það í tengslum við gengisfylki eða hliðarrásir í fjölrása öflunarkerfum. Hins vegar eru rafrásir þess tiltölulega flóknar og margir þættir geta haft áhrif á nákvæmni þess.

Aðferðir við hitastig

Rekstrarhitastig rafhlöðunnar hefur ekki aðeins áhrif á afköst rafhlöðunnar heldur tengist það einnig beint öryggi rafknúinna ökutækja. Þess vegna er nákvæm öflun hitastigsbreytu mikilvæg. Að eignast hitastig er ekki erfitt; lykillinn er að velja viðeigandi hitaskynjara. Eins og er eru margir hitaskynjarar fáanlegir, svo sem hitastigar, hitaeinar, hitastigar og innbyggðir hitaskynjarar.

1. Thermistor Acquisition Method

Meginreglan um hitastigsöflunaraðferðina byggir á þeim eiginleikum að viðnám hitastigs breytist með hitastigi. Föst viðnám er tengd í röð við hitastigann til að mynda spennuskil og breytir þannig hitastigi í spennumerki. Þessu merki er síðan breytt í stafrænar hitaupplýsingar með hliðrænum-í-stafrænum umbreytingum. Hitastórar eru ódýrir en hafa lélega línuleika og hafa yfirleitt tiltölulega miklar framleiðsluvillur.

2. Thermocouple Acquisition Method

Vinnureglan um hitaeining er sú að tvímálm líkami myndar mismunandi hitarafmagn við mismunandi hitastig. Með því að ná í þetta hitarafmagnsgildi er hægt að fá hitagildið með því að fletta upp töflu. Þar sem hitamöguleikagildið fer aðeins eftir efninu er nákvæmni hitaeininga mjög mikil. Hins vegar, þar sem hitarafmagnsspennur eru millivolta-stigsmerki, er mögnun nauðsynleg, sem gerir ytri rafrásirnar flóknar. Yfirleitt hafa málmar há bræðslumark, þannig að hitaeiningar eru venjulega notuð til að mæla háan-hita.

3. Innbyggt hitaskynjaraöflunaraðferð

Eftir því sem hitamælingar verða sífellt algengari í daglegu lífi og framleiðslu hafa hálfleiðaraframleiðendur kynnt marga samþætta hitaskynjara. Þó að margir þessara skynjara séu byggðir á hitastöfum, eru þeir kvarðaðir við framleiðslu, sem leiðir til nákvæmni sem er sambærileg við hitaeiningar. Ennfremur geta þeir gefið beint út stafræn gildi, sem gerir þau vel-hentuð til notkunar í stafrænum kerfum.

Núverandi yfirtökuaðferðir

Algengar straumgreiningaraðferðir eru shunts, spennibreytar, Hall áhrif straumskynjara og ljósleiðaraskynjara.

Eiginleikar hverrar aðferðar eru sýndir í töflu 8-1.

Meðal þessara þátta takmarkar hár kostnaður við ljósleiðaraskynjara notkun þeirra á stjórnsviðinu; shunts eru ódýrir-og hafa góða tíðnisvörun, en eru erfiðir í notkun þar sem þeir verða að vera tengdir við straumlykkju; straumspenna er aðeins hægt að nota fyrir AC mælingar; og Hall element straumskynjarar bjóða upp á góða frammistöðu og eru auðveldir í notkun. Sem stendur eru shunts og Hall element straumskynjarar oftast notaðir við núverandi öflun og eftirlit með rafhlöðustjórnunarkerfum fyrir rafbíla.

Reykskynjunaraðferðir

Við notkun ökutækis, vegna flókinna vegaaðstæðna og eðlislægra rafhlöðuframleiðsluvandamála, geta miklar neyðartilvik eins og reykur eða eldur komið upp vegna ofhitnunar, þjöppunar eða árekstra. Ef þessi atvik finnast ekki og brugðist við þeim á skilvirkan hátt, munu þau óhjákvæmilega aukast og ógna rafhlöðum í kring, ökutækinu og starfsfólki í farmrýminu, sem hefur alvarleg áhrif á rekstraröryggi ökutækisins. Til að koma í veg fyrir slík atvik hefur reykvöktun verið tekin upp í rafhlöðustjórnunarkerfi á undanförnum árum og fær það vaxandi athygli.

Reykskynjarar eru fjölbreyttir og hægt er að flokka þær í þrjár megingerðir út frá greiningarreglum þeirra: ① Reykskynjarar sem nýta eðlisefnafræðilega eiginleika, svo sem hálfleiðara reykskynjara og reykskynjara fyrir snertibrennslu; ② Reykskynjarar sem nýta eðliseiginleika, svo sem hitaleiðni reykskynjara, sjóntruflanir reykskynjara og innrauða skynjara; ③ Reykskynjarar sem nýta rafefnafræðilega eiginleika, svo sem-reykingarskynjara og raforkukrafts-gasskynjara. Vegna þess að reykskynjarar eru fjölbreyttir geta hálfleiðara reykskynjarar ekki greint allar lofttegundir. Þess vegna er ákveðin tegund valin til að greina eina eða tvær sérstakar tegundir reyks. Til dæmis eru oxíð hálfleiðara reykskynjarar aðallega notaðir til að greina kolvetnisreyk, þar á meðal O₂, H₂S, CO, H₂, O₃H₂O, Cl₂, OH, CO₂ o.s.frv. Vegna takmarkana á rafskautum eru þessir skynjarar fyrst og fremst notaðir til að greina ólífrænan reyk, eins og CO O,₂, Cl. SO₂ osfrv.

Þegar reykskynjarar eru notaðir í rafhlöður þarf skynjaraval að skilja samsetningu reyks sem myndast við bruna rafhlöðu. Almennt framleiðir við rafhlöðubrennslu mikið magn af CO og CO2 og því ætti að velja skynjara sem eru viðkvæmir fyrir þessum tveimur lofttegundum. Uppbygging skynjarans þarf að aðlaga að titringsskilyrðum við langtímanotkun ökutækja til að koma í veg fyrir falska ræsingu vegna ryks á vegum og titrings.

Reykviðvörunarbúnaðurinn í rafhlöðustjórnunarkerfinu ætti að vera settur upp á stjórnborði ökumanns. Við móttöku viðvörunarmerkis ætti það fljótt að gefa út hljóð- og sjónviðvörun og bilanastað, sem tryggir að ökumaður geti strax greint og tekið á móti viðvörunarmerkinu.

Til dæmis notar reykviðvörunarkerfið sem notað er í rafmagnsrútunni á Ólympíuleikunum, fyrst og fremst þróað af Tækniháskólanum í Peking, rafhlöðukerfi sem er knúið af 9V basískri eða kolefnis-sink rafhlöðu, sem tryggir eðlilega notkun allan sólarhringinn. Viðvörunarmerkið er knúið áfram af 24V rafhlöðu aflgjafa ökutækisins, sem fylgir sérstaklega til að tryggja sjálfstæði viðvörunarkerfisins. Dreifðar viðvaranir nema reykþéttni í gegnum innri reykskynjara. Þegar reykstyrkurinn er undir mörkunum stillir innri stjórnandi viðvörunar gengisúttakið á opið hringrás; þegar reykstyrkurinn fer yfir mörkin stillir innri stjórnandi gengisúttakið á skammhlaup, dregur +24V aflgjafann fljótt að skjáborðinu til að mynda viðvörunarrás með -24V aflgjafanum á skjáborðinu, sem gefur frá sér hljóð- og sjónrænt viðvörunarmerki. Uppbygging kerfisins er sýnd á mynd 8-11.