データ取得とは何ですか?

データ取得方法

単セル電圧検出方式

バッテリーセル電圧取得モジュールは、パワーバッテリー管理システムの重要なコンポーネントです。そのパフォーマンスと精度は、システムによるバッテリー状態情報の判断の正確さを決定し、その後の制御戦略の効果的な実装にさらに影響します。セル電圧を検出する一般的な方法には、リレーアレイ法、定電流源法、絶縁型オペアンプ取得法、電圧/周波数変換回路取得法、リニアフォトカプラアンプ回路取得法などがあります。

1. リレーアレイ方式

図8-6にリレーアレイ方式による電池電圧取得回路のブロック図を示します。これは、端子電圧センサー、リレー アレイ、A-D (アナログ-から-) コンバーター チップ、フォトカプラー、およびマルチプレクサーで構成されます。直列に接続された n 個のバッテリーの端子電圧を測定するには、n+1 本のワイヤをバッテリー パックの各ノードに接続する必要があります。 m- 番目のバッテリーの端子電圧を測定するとき、マイクロコントローラーは対応する制御信号を送信し、マルチプレクサ、フォトカプラ、リレー駆動回路を介して適切なリレーを選択し、m- 番目と m+1- 番目のワイヤを A-D コンバータ チップに接続します。通常、スイッチング デバイスの抵抗は比較的小さく、分圧回路と組み合わせた後は、スイッチング デバイスの抵抗によって生じる誤差はほとんど無視できます。また、全体の回路構成もシンプルですので、最終結果の精度に影響を与えるのは、分圧抵抗、AD コンバータ チップ、および電圧リファレンスの精度のみです。抵抗器とチップの誤差は通常、非常に小さくすることができます。したがって、リレーアレイ方式は、高い個別バッテリ電圧測定と高精度が必要なアプリケーションに最適です。

2. 定電流源方式

定電流源回路を使用した並列バッテリ電圧取得の基本原理は、変換抵抗を使用せずにバッテリ端子電圧を線形に変化する電流信号に変換することです。これにより、システムの干渉防止機能が向上します。-単段バッテリパックでは、バッテリ端子電圧が比較的低く、通常は 2V ～ 5V であるため、放電中の電圧は比較的安定しており、システムの干渉防止機能が向上します。-。したがって、これを実現するために、設計プロセスではシングルチャネルのオペアンプが選択されることがよくあります。-回路設計とアプリケーションの違いにより、定電流源回路はさまざまな形式をとることができます。

図 8-7 に示す回路はその一例です。これは、直列-選択オペアンプと絶縁ゲート-電界効果トランジスタで構成される定電流源回路です。

オペアンプの構造からわかるように、この回路は、高い開ループ ゲインと深い負帰還を備えた多段直接結合増幅回路です。-入力段には差動増幅回路が使用されており、同一シリコンチップ上に集積されているため、両者の性能マッチングに優れ、中間段は高い増幅能力を持っています。差動回路の原理に基づいて、この回路は強力なコモンモード信号除去機能を備えています。-したがって、オペアンプを使用してバッテリーパック内の個々のセルの電圧を測定する場合、高いコモンモード除去能力と増幅能力によって測定精度が向上します。-絶縁-ゲート電界効果トランジスタ-（IGFET）は、入力回路の電界効果を利用して出力回路電流を制御する半導体デバイスです。可変抵抗領域で動作する場合、出力ドレイン電流 I は入力ドレイン-ソース電圧 Us に線形関係になります。さらに、トランジスタのゲート-インピーダンスは非常に高いため、リーク電流は非常に小さくなりますが、ドレイン-ソースのオン-抵抗は非常に小さいため、オン-状態の電圧降下は非常に低くなります。図 8-7 は P- チャネル エンハンスメント- モード電界効果トランジスタ (FET) を使用しており、一定のゲート-} ソース電圧 Ucs を維持するためにツェナー ダイオードが接続されています。オペアンプは線形領域で動作します。低いオン抵抗の FET を選択した場合、オン状態の電圧降下は無視できます。したがって、

達成可能な

上式において、u1 と u2 の差は電池端子電圧、U1 は反転演算増幅回路の出力電圧です。オペアンプの出力に接続されたツェナー ダイオードがフィードバックを提供し、回路を平衡状態に維持していることが簡単にわかります。 V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ Ⅵ ↑→ |V₀| ↓。ここで、V0 はオペアンプの出力電圧です。 VR は抵抗 R1 の両端の電圧です。 VI はオペアンプの入力差動電圧、つまり VI=U1 - U2 です。回路が平衡状態にあるとき、VI=0. 定電流源回路は単純な構造、強力なコモンモード除去能力、高い取得精度、優れた実用性を備えています。-

3. アイソレーションオペアンプ

絶縁オペアンプは、アナログ信号を電気的に絶縁できる電子部品です。産業用プロセス制御のアイソレータやさまざまな電源装置の絶縁媒体として広く使用されています。通常、入力セクションと出力セクションの 2 つの部分で構成されます。これらは個別に給電され、磁気結合によって結合されます。信号は入力セクションで変調され、絶縁層を通過し、出力セクションで復調および復元されます。絶縁型オペアンプは、バッテリーセルの電圧取得回路に最適です。入力バッテリー端子電圧信号を回路から分離することで、外部干渉を回避し、システムの取得精度と信頼性を向上させます。典型的なアプリケーション例を以下に示します。

図 8.8 は、600V 電源バッテリ管理システムにおける絶縁オペアンプのアプリケーションを示しています。電池パックには定格電圧12Vの横型鉛蓄電池が50本入っており、その端子電圧を絶縁オペアンプ回路で1つずつ取得します。{4} ISO 122 は、米国の Black & Decker (BBB) によってパッケージ化された変調および復調技術を使用して設計された絶縁アンプであり、高精度のコンデンサ結合技術と従来のデュアル-インライン- ピン配列を採用しています。 ISO 122 の入力セクションと出力セクションはサンプリング回路内に配置され、絶縁層を形成する 2 つの整合した 1pF コンデンサによって分離されます。定格絶縁電圧は 1500V (AC 60Hz 連続) を超え、高い絶縁インピーダンス、高いゲイン精度と直線性を備えており、実用的なアプリケーション要件を満たしています。図 8.8 に示すように、ISO 122 の入力電力は自動バッテリー パックから取得され、それと線形関係にある出力信号が多重化され、入力に送信される前にマイクロコントローラーによって制御される 2 つの高精度抵抗器によって自動的に分割されます。出力電力は回路基板上の電源モジュールから供給され、バッテリー端子電圧は絶縁されています。なお、50番目の電池の端子電圧取得回路では、絶縁型オペアンプ回路の後段にインバータを追加し、出力信号をマイナスからプラスに変換している。絶縁型オペアンプ取得回路は優れた性能を持っていますが、コストが高いため、その広範な用途が制限されていることも指摘しておく必要があります。

4. 電圧・周波数変換回路の取得方法

電圧/周波数 (V/F) 変換回路を使用してバッテリーセル電圧を取得する場合、V/F コンバーターは重要です。これは電圧信号を周波数信号に変換するコンポーネントであり、優れた精度、直線性、積分入力を提供します。

図 8-9 は、高精度 V/F 変換に使用される LM331 V/F コンバータの回路図を示しています。- LM331 は、FS Microcontroller によって製造された高性能統合 V/F チップです。{7}新しい温度補償バンドギャップリファレンス回路を採用しており、動作温度範囲全体および最低 4.0V の電源電圧で非常に高い精度を実現します。

この取得方法では、電圧信号が周波数信号に直接変換され、AD 変換を必要とせずにマイクロコントローラーのカウンター ポートで処理できます。さらに、バッテリーセル電圧取得システムの V/F 変換回路を補完するには、対応する選択回路とオペアンプ回路も、マルチ- チャネル取得機能を実現するように設計する必要があります。この方法では必要なコンポーネントは少なくなりますが、電圧制御発振器にはコンデンサが含まれており、コンデンサの相対誤差は一般に大きく、コンデンサが大きいほど相対誤差はさらに大きくなります。

5. リニアフォトカプラ増幅回路の取得方法

リニア フォトカプラに基づいたバッテリー セル電圧取得回路は、信号取得端と処理端の間の絶縁を実現し、これにより回路の安定性と耐干渉能力が向上します。{0}}図 8-10 は、赤外線 LED 照明によって分岐された分離されたフィードバック フォトダイオードと出力フォトダイオードで構成される TIL300 リニア フォトカプラを示しています。特別なプロセス技術を使用して LED の時間特性と温度特性の非線形性を補償し、出力信号を LED が発するサーボ光束に線形に比例させます。 TIL300 は 3500V のピーク絶縁、200kHz を超える帯域幅を備え、DC および AC 信号の絶縁増幅に適しており、出力ゲイン安定性は ±0.05%/度 です。図からわかるように、単一のバッテリーセルの電圧値（U1とU2の差）は、オペアンプAによって電流信号Ipに変換され、リニアフォトカプラTIL300を流れます。光-絶縁後、Ip1に線形関係のある電流Ip2を出力します。この電流は、A-D 変換とデータ取得のために、オペアンプ A2 によって電圧値に戻されます。リニアフォトカプラの両端には、図では I+12V および ±12V とラベル付けされている、異なる独立した電源が必要であることに注意してください。これは、線形フォトカプラ増幅回路が強力な絶縁機能と耐干渉機能を備えているだけでなく、送信中にアナログ信号の良好な直線性を維持していることを示しています。したがって、マルチチャネル収集システムのリレーアレイまたはゲート回路と組み合わせて使用​​できます。ただし、その回路は比較的複雑であり、多くの要因がその精度に影響を与える可能性があります。

温度取得方法

バッテリーの動作温度はバッテリーの性能に影響を与えるだけでなく、電気自動車の安全性にも直接関係します。したがって、正確な温度パラメータを取得することが重要です。温度を取得することは難しくありません。重要なのは、適切な温度センサーを選択することです。現在、サーミスター、熱電対、サーミスター トランジスタ、統合型温度センサーなど、多くの温度センサーが利用可能です。

1. サーミスタの入手方法

サーミスタ取得法の原理は、サーミスタの抵抗が温度によって変化するという特性に基づいています。固定抵抗器がサーミスタと直列に接続されて分圧器を形成し、温度レベルを電圧信号に変換します。この信号は、アナログ-から-デジタル変換を通じてデジタル温度情報に変換されます。サーミスタは安価ですが、直線性が悪く、一般に製造誤差が比較的大きくなります。

2. 熱電対の取得方法

熱電対の動作原理は、バイメタル体が異なる温度で異なる熱電位を生成することです。この熱電位の値を取得することで、テーブルを参照することで温度の値を求めることができます。熱電位の値は材質のみに依存するため、熱電対の精度は非常に高いです。ただし、熱電位はミリボルト-レベルの信号であるため、増幅が必要となり、外部回路が複雑になります。一般に、金属は融点が高いため、高温の測定には通常、熱電対が使用されます。-

3. 統合温度センサーの取得方法

日常生活や生産において温度測定がますます一般的になるにつれ、半導体メーカーは多くの統合型温度センサーを導入してきました。これらのセンサーの多くはサーミスターに基づいていますが、製造時に校正されるため、熱電対に匹敵する精度が得られます。さらに、デジタル値を直接出力できるため、デジタル システムでの使用に適しています。-

現在の取得方法

一般的な電流検出方法には、シャント、変圧器、ホール効果電流センサー、光ファイバー センサーなどがあります。

各方式の特徴を表 8-1 に示します。

これらの要因のうち、光ファイバーセンサーはコストが高いため、制御分野での応用が制限されています。シャントは低コストで周波数応答も良好ですが、電流ループに接続する必要があるため、使用が面倒です。{0}変流器は交流測定にのみ使用できます。ホール素子電流センサーは優れた性能を提供し、使いやすいです。現在、シャントおよびホール素子電流センサーは、電気自動車の電源バッテリー管理システムの電流取得および監視に最も一般的に使用されています。

煙の検知方法

車両の走行中、複雑な道路状況やバッテリー製造固有の問題により、過熱、圧縮、衝突などにより発煙や火災などの極端な緊急事態が発生する可能性があります。これらの事故が検出されず、迅速に効果的に対処されない場合、事態は必然的に拡大し、周囲のバッテリー、車両、貨物室の人員を脅かし、車両の運行の安全性に重大な影響を与えます。このような事故を防ぐために、近年バッテリー管理システムに煙監視が導入され、注目が高まっています。

煙感知器は多種多様で、その検知原理から大きく 3 種類に分類されます。 ① 半導体式煙感知器や接触燃焼式煙感知器などの物理化学的性質を利用した煙感知器。 ②熱伝導式煙感知器、光干渉式煙感知器、赤外線式煙感知器などの物性を利用した煙感知器。 ③ 電気化学的性質を利用した煙センサー。電流-式煙センサーや起電力-式ガスセンサーなど。煙感知器は多様であるため、半導体煙感知器ではすべてのガスを検知できるわけではありません。したがって、1 つまたは 2 つの特定の種類の煙を検出するには、特定の種類が選択されます。たとえば、酸化物半導体煙センサーは主に、O2、H2S、CO、H2、O3H2O、Cl2、OH、CO2 などの炭化水素煙の検出に使用されます。電極の制限により、これらのセンサーは主に、O2、CO2、H2、Cl2、SO2 などの無機煙の検出に使用されます。

煙センサーを動力バッテリーに使用する場合、センサーの選択にはバッテリーの燃焼によって生成される煙の組成を理解する必要があります。一般に、バッテリーの燃焼により大量の CO と CO2 が生成されるため、これら 2 つのガスに敏感なセンサーを選択する必要があります。道路の埃や振動による誤作動を防ぐために、センサーの構造を車両の長期使用による振動条件に適応させる必要があります。-

動力電池管理システムの煙警報装置は運転席に設置する必要があります。警報信号を受信すると、ドライバーが警報信号を即座に検出して受信できるように、音声および視覚的な警報と障害位置を迅速に発する必要があります。

たとえば、北京工業大学が主に開発したオリンピックの電気バスで使用される煙警報システムは、9V アルカリ電池または炭素亜鉛電池で駆動される電池システムを使用しており、24 時間の通常動作を保証します。警報信号は車両の 24V バッテリー電源によって駆動されますが、警報システムの独立性を確保するために別途供給されます。分散型警報器は、内部の煙センサーによって煙の濃度を検出します。煙濃度が制限値を下回ると、警報器の内部コントローラーがリレー出力を開回路に設定します。煙濃度が制限を超えると、内部コントローラーがリレー出力を短絡に設定し、+24V 電源をディスプレイ パネルに素早く引き込み、ディスプレイ パネル上の -24V 電源との警報回路を形成し、可聴および視覚的な警報信号を発します。システム構造を図 8-11 に示します。