Значение напряжения одной ячейки, технология обнаружения напряжения одной ячейки

Во-первых, введение

С развитием чисто электромобилей и гибридных транспортных средств серийный аккумулятор, который является важным устройством хранения энергии, стал ключевым фактором, влияющим на производительность всего транспортного средства.

Увеличение срока службы аккумуляторов и повышение эффективности аккумуляторов - ключ к коммерциализации и практическому использованию электромобилей. Из-за наличия эффекта «ведра» последовательно с аккумулятором мономерный аккумулятор с худшими характеристиками в общей производительности зависит от аккумуляторного блока, чтобы иметь возможность эффективно управлять использованием энергии последовательно подключенных аккумуляторов, необходимо реальное временной ряд мониторинга состояния батареи мономера батареи. При характеристике параметров состояния аккумулятора напряжение на клеммах аккумулятора может отражать рабочее состояние, поэтому очень важно каждое отдельное напряжение аккумулятора в аккумуляторном блоке.

Во-вторых, существующий метод обнаружения мономерной батареи

В настоящее время существует множество методов измерения напряжения мономерной батареи, основной из которых можно резюмировать как понижение сопротивления парциального давления, съемка плавающего грунта, аналоговый переключатель, стробирующий несколько методов, таких как следующие эти методы в качестве анализа:

1, метод сопротивления парциального давления

Сопротивление методом парциального давления в основном за счет ослабления сопротивления до парциального давления будет фактическим диапазоном напряжения микросхемы измерения напряжения, а затем преобразовать модуль. Напряжение U1, соответствующее BT1, от BT1 до BTN-1, напряжение между Un соответствует Напряжение аккумуляторной батареи, как показано на рисунке 1. Этот метод измерения, низкая стоимость, длительный срок службы, но есть кумулятивная ошибка и невозможно стереть. Чем больше количество одиночных ячеек, тем больше погрешность измерения напряжения мономерной батареи с увеличением синфазного напряжения.

2, плавающий метод

Технология плавающего заземления используется для измерения напряжения батареи, оконный компаратор автоматически определяет, соответствует ли текущий низкий потенциал правильному. Если необходимо, начните непосредственно аналого-цифровое преобразование; Если слишком высокий или слишком низкий, через микроконтроллер с помощью математической модели для управления плавающим низким потенциалом до низкого потенциала при подходящих условиях. План из-за низкого потенциала часто изменяется из-за помех, не может точный контроль низкого потенциала повлиять на результат измерения всей системы.

3, метод аналогового переключателя

Через аналоговый переключатель выбор аналогового переключателя использовался в измерительных каналах, каждый канал с использованием линейной схемы дискретизации операционного усилителя. Выбирается для измерения канала, аналоговый переключатель выводит повторитель напряжения в аналого-цифровой преобразователь для преобразования модуля. Метод в соответствии с размером общего напряжения в последовательном аккумуляторном блоке, выберите соответствующее увеличение, а не сеть сопротивления парциальному давлению или измените низкий потенциал, можно напрямую измерить произвольное напряжение аккумулятора, измерить и удобно. Но этот метод требует большого количества операционных усилителей и прецизионного согласования сопротивлений, высокой стоимости и высокого сопротивления дисперсии может привести к результатам измерения дисперсии.

В литературе [4] построение измерительной схемы коммутационной матрицы, представленной в данной статье, отличается низкой стоимостью, высокой точностью, но требует абсолютного значения схемы. Литература [5] о комбинированном методе релейного операционного усилителя может преодолеть проблему температурного дрейфа, но для принятия метода аналогового переключателя также потребуется много операционного усилителя и реле, и реле будет иметь срок службы.

В-третьих, новый метод определения напряжения мономерной батареи

1, общий план

За счет дифференциального усилителя можно преодолеть возмущения синфазного сигнала и только разностную обработку сигнала. Используя концы каждой матрицы переключателя мономерной батареи, можно проводить измерения напряжения выводных клемм, на которые не влияют другие элементы. Общая структура схемы, как показано на рисунке 2, когда SB1 и SB2 замкнуты, все остальные выключены, концы потенциала батареи BT1 соответственно подключены к положительной и отрицательной стороне дифференциального усилителя после преобразования модуля усиления дифференциального усилителя в аналого-цифровой преобразователь. ; Когда SB2 и SB3 замкнуты, а все остальные выключены, когда батарея BT2 на обоих концах положительной и отрицательной стороны усилителя разности потенциалов, можно измерить напряжение всей мономерной батареи аккумуляторной батареи.

Топология рисунка

Максимальное напряжение каждой литий-ионной батареи составляет 5 В, что можно получить из рисунка 3. Входной потенциал 3-контактного первого INA117 составляет 40 В. Точно так же входное напряжение 16-го INA117 имеет минимальное входное напряжение -40 В. Выходные напряжения INA117 с первого по восьмой являются положительными, а выходные напряжения INA117 с девятого по шестнадцатый - отрицательными, поэтому для ввода положительного и отрицательного напряжения требуется несколько аналоговых переключателей и аналого-цифровых преобразователей. Множественный выбор аналогового переключателя выбирает MUX16, который представляет собой аналоговый переключатель с 16 входами положительного и отрицательного напряжения, поэтому для 16-элементной батареи требуется только 1 MUX16. Однако из-за ограниченного порта ввода-вывода однокристального микрокомпьютера в статье используется 74LS154 для расширения порта ввода-вывода, используя только однокристальный микрокомпьютер. Четыре порта ввода-вывода могут управлять MUX16 для индивидуального стробирования одноэлементной литий-ионной батареи для выборки напряжения.

1.3 аналого-цифровой преобразователь

Мониторинг аккумуляторной батареи не требует измерения напряжения каждой батареи с очень высокой скоростью. Для выборки 16 напряжений батареи используется один аналого-цифровой преобразователь [4]. Вход измерительного напряжения в каждую секцию батареи подключается к аналого-цифровому преобразователю через аналоговый переключатель MUX16 с множественным выбором. В соответствии с циклом обновления и требованиями к напряжению напряжения батареи, ошибка значения преобразования напряжения, передаваемая аналого-цифровым преобразователем на однокристальный микрокомпьютер, составляет до 10 мВ. Выберите Maximus MAX1272.

MAX1272 - это защита от сбоев, может выбрать входной диапазон 12 через программный последовательный аналого-цифровой преобразователь, используя трехпроводные протоколы связи SPI, источник питания + 5 В, диапазон аналогового входного напряжения 0 ~ 10 В, 0 ~ 5 В, + / - 10 в +-сами по себе V + 4,096 опорного напряжения с использованием внутреннего voltage.When + 4.096 опорного напряжения, в идеале соответствующего цифрового входа аналогового выходного напряжения, как показано в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, самая высокая цифра на выходе MAX1272 является битом знака, а оставшиеся 11 бит - данными. Отрицательные числа даны в виде дополнений.

Опорное напряжение + 4,096 V, 1 LSB = 1.2207 мВ.

Максимальная ошибка квантования MAX1272, плюс эффекты нелинейности, смещения и т. Д., Общая ошибка составляет около 5 мВ. Точность INA117 высокая. В нормальных условиях погрешность не превышает 1 мВ. Поэтому, используя комбинацию INA117 и MAX1272, можно встретить серию систем мониторинга литий-ионных батарей по запросу ошибки напряжения ниже 10 мВ. Требуется более высокая точность напряжения, необходимо выбрать аналого-цифровой преобразователь с более высоким разрешением.

Схема подключения MAX1272 показана на рисунке 4.

На рисунке 4 MAX1272 используется внутреннее опорное напряжение, VREF 6 футов и косвенные 2,2 му танталового конденсатора и 0,1 F F у керамических конденсаторов.

Обе печатные платы должны быть как можно ближе к MAX1272 при подключении печатной платы.

1.4 мониторинг температуры

Для серийного аккумуляторного блока традиционный метод измерения температуры в основном использует аналоговый датчик температуры для измерения и уязвим для внешней среды во время процесса сбора и передачи данных, поэтому ошибка результата измерения велика, и когда выполняется много измерений. очков, подключение более сложное. В этой статье однокристальный микрокомпьютер и цифровой датчик температуры DS18B20 с одной шиной используются для решения вышеуказанных проблем.

Используя внешний источник питания 5 В, в шину может быть сочленена микросхема DS18B20, которая может одновременно выполнять точное преобразование температуры без необходимости во внешней цепи привода. Диапазон измерения температуры и 55 ~ + 125 ℃ ; Точность измерения температуры: от 10 до + 85 ℃ в пределах точности плюс или минус 0,5 ℃ ; В процессе измерения температуры командное слово микросхемы микроконтроллера DS18B20 должно быть на В то же время также необходимо считывать температуру DS18B20. Следовательно, ввод / вывод однокристального контроллера микрокомпьютера должен быть настроен на возможность двусторонней передачи данных.

Эта система обнаружения каждой секции литий-ионного аккумулятора на шине для подключения части DS18B20, настраивает мониторинг восьми температур, при этом обнаруживая температуру на 8 часов. В практическом применении программного обеспечения микрокомпьютера с одним чипом, чтобы судить о необходимости отображения значения температуры: когда температура выше 10 ℃ , восемь температурных точек наивысшего значения температуры; Когда температура ниже 10 ℃ , дисплей показывает восемь точек самого низкого значения температуры и обеспечивает эффективные разумные результаты мониторинга температуры.

1.5 Цепь управления вентилятором и отоплением

Для решения проблемы рассеивания тепла аккумулятора была разработана схема управления вентилятором, основанная на измерении оценки значения температуры аккумулятора, включение или выключение вентилятора решения. Когда температура слишком высока, микроконтроллер подаст сигнал на вентилятор.

Схема, показанная на рисунке 6, FAN для низкого электричества в обычное время, транзисторная проводимость, 9014 в это время реле без действия; 9014, когда FAN для высокого электричества в обычное время, транзисторная проводимость, заставляет реле контактировать с нами, поглощение, FAN начинает работать при 24 v напряжение питания блока питания.

Для тандемных литий-ионных аккумуляторных батарей со сложными условиями эксплуатации, помимо случая чрезмерной температуры, следует рассмотреть случай слишком низких температур. Поскольку аккумулятор работает в среде со слишком низкой температурой, активность ионов лития ухудшается, способность к заделке и извлечению снижается, и его легко осаждать на поверхности кристалла графита с образованием металлического лития. Образующийся металлический литий необратимо вступает в реакцию с электролитом.

Если ионно-литиевый аккумулятор эксплуатируется при низкой температуре в течение длительного периода времени, емкость аккумулятора значительно снизится. Следовательно, схема управления нагревателем проектируется по мере необходимости, например цепь управления вентилятором.

2, производительность системы мониторинга

Измерения подтвердили, что с помощью INA117, 16 выберите 1 аналоговый переключатель MUX16, MAX1272, MCU 51 серии и DS18B20, систему мониторинга литий-ионной батареи для мониторинга литий-ионной батареи 16 секций 3,7 В, погрешность измерения напряжения полностью в пределах 10 мВ. Температура, из-за точности DS18B20 выше, погрешность температуры в пределах 1 ℃. Измерение напряжения и температуры на уровне номинала, надежная работа системы. При серийном литий-ионном аккумуляторном блоке любой секции аккумуляторной батареи напряжение <2,2 В, микроконтроллер вызывает световую сигнализацию со звуковой и световой сигнализацией, а также проблемы с аккумулятором.

Когда напряжение батареи любого из литий-ионных батарейных блоков серии> 5 В, однокристальный микрокомпьютер вызывает программу аварийной сигнализации для звуковой и световой сигнализации. Если значение температуры превышает допустимый диапазон заданного значения температуры, серийная система мониторинга литий-ионных аккумуляторов подает звуковой и визуальный сигнал тревоги. И вентилятор, и цепь управления нагревом обычно могут запускать цепь управления в соответствии с заданной температурой. Когда температура ниже 5 ° C, включается контур управления нагревом; когда температура выше 50 ° C, включается схема управления вентилятором.

3, заключение

В серийной испытательной системе литий-ионных аккумуляторов для решения общей проблемы используется дифференциальный операционный усилитель INA117 с высоким коэффициентом отклонения синфазного сигнала. Ошибка контрольного напряжения составляет плюс или минус 10 мВ. Для дальнейшего повышения точности обнаружения можно выбрать аналого-цифровой преобразователь высокого уровня. При тестировании литий-ионная батарея подключается последовательно к модулю обнаружения, и проводка должна быть правильной. В зависимости от приложения несколько систем обнаружения могут быть подключены последовательно для обнаружения большего количества последовательных литий-ионных аккумуляторных блоков, но при этом гарантируется, что синфазное напряжение не превышает максимальный диапазон синфазного напряжения защиты INA117.

Страница содержит содержимое машинного перевода.