Die Bedeutung der Einzelzellenspannung, die Detektionstechnologie der Einzelzellenspannung

Zunächst die Einführung

Bei der Entwicklung von reinen Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen ist der Serienbatteriesatz, ein wichtiger Energiespeicher, ein Schlüsselfaktor für die Leistung des gesamten Fahrzeugs.

Die Verlängerung der Batterielebensdauer und die Verbesserung der Batterieeffizienz ist der Schlüssel zur Kommerzialisierung und praktischen Nutzung von Elektrofahrzeugen. Aufgrund des Vorhandenseins eines Schaufeleffekts in Reihe mit der Batteriemonomerbatterie mit der schlechtesten Leistung in der Gesamtleistung hängt es vom Batteriepack ab, um in der Lage zu sein, den Energieverbrauch von batterien in reihe effektiv zu steuern. Zeitüberwachungsserie Batteriemonomer Batteriestatus. Bei der Charakterisierung der Parameter des Batteriestatus kann die Batterieanschlussspannung den Arbeitsstatus widerspiegeln. Am genauesten ist daher jede einzelne Batteriespannung im Batteriepack sehr wichtig.

Zweitens das vorhandene Monomerbatterie-Erkennungsverfahren

Gegenwärtig gibt es viele Monomerbatteriespannungsmessverfahren, das Hauptverfahren kann als Partialdruckwiderstandsabsenkung, Floating Ground Survey, Analog Switch Gating verschiedener Methoden zusammengefasst werden, wie zum Beispiel die folgenden Methoden als Analyse:

1 das Widerstandspartialdruckverfahren

Das Widerstandspartialdruckverfahren hauptsächlich durch Widerstandsdämpfung auf den Partialdruck ist der tatsächliche Spannungsmesschip akzeptabler Spannungsbereich, und um dann den Modul zu konvertieren. U1 Spannung entsprechend BT1, von BT1 zu BTN-1, entspricht die Spannung zwischen dem Un dem Spannung des Akkus, wie in Abbildung 1 gezeigt. Diese Methode Messung, niedrige Kosten, lange Lebensdauer, aber es gibt kumulative Fehler und unmöglich zu löschen. Mit zunehmender Anzahl einzelner Zellen nimmt der Messfehler der Monomerbatteriespannung mit zunehmender Gleichtaktspannung zu.

2, schwebende Methode

Eine Floating-Ground-Technologie wird verwendet, um die Spannung der Batterie zu messen. Der Fensterkomparator beurteilt automatisch, ob das aktuelle niedrige Potential richtig ist. Starten Sie gegebenenfalls direkt die Analog-Digital-Wandlung. Wenn zu hoch oder zu niedrig, durch den Mikrocontroller über ein mathematisches Modell, um das schwebende niedrige Potential unter geeigneten Bedingungen auf ein niedriges Potential zu steuern. Der Plan kann sich aufgrund des geringen Potentials, das sich häufig durch die Interferenz ändert, nicht genau auf das Messergebnis des gesamten Systems auswirken.

3, die Methode des Analogschalters

Durch analoge Schalter wurde die Auswahl von analogen Schaltern in Messkanälen verwendet, wobei jeder Kanal eine lineare Abtastschaltung eines Operationsverstärkers verwendete. Wird ausgewählt, um den Kanal zu messen, gibt der Analogschalter den Spannungsfolger in einen AD-Wandler aus, um den Modul umzuwandeln. Die Methode entsprechend der Größe der Gesamtspannung in Serie Batteriepack, wählen Sie die geeignete Vergrößerung, nicht Partialdruckwiderstand Netzwerk oder ändern Sie das niedrige Potential kann direkt beliebig eine Batteriespannung messen, messen und bequem. Diese Methode erfordert jedoch eine große Anzahl von Operationsverstärkern, und ein präziser Anpassungswiderstand, hohe Kosten und eine Dispersion mit hohem Widerstand können zu Messergebnissen der Dispersion führen.

In diesem Artikel wird die Schaltmatrix zur Erstellung von Messschaltkreisen [4] vorgestellt, die das Schema einer geringen Kosten und einer hohen Genauigkeit darstellt, jedoch eine Absolutwertschaltung erfordert. Literatur [5] durch das kombinierte Verfahren des Relais-Operationsverstärkers kann das Problem der Temperaturdrift überwinden, aber um das Verfahren des Analogschalters anzuwenden, werden auch viel Operationsverstärker und das Relais benötigt, und das Relais wird eine Lebensdauer haben.

Drittens neues Verfahren zur Erkennung der Monomerbatteriespannung

1, der Gesamtplan

Aufgrund des Differenzverstärkers kann die Störung des Gleichtaktsignals und nur die Differenzsignalverarbeitung überwunden werden. Unter Verwendung der Enden jeder Monomerbatterieschaltmatrix können Ableitungsklemmenspannungsmessungen durchgeführt werden, die nicht von anderen Zellen beeinflusst werden. Die Gesamtstruktur des Schemas, wie in 2 gezeigt, wenn SB1 und SB2 geschlossen sind, schalten alle anderen aus, wobei die Enden des Batterie-BT1-Potentials nach der Umwandlung des Differenzverstärker-Verstärkungsmoduls in einen AD-Wandler jeweils mit der positiven Seite und der negativen Seite des Differenzverstärkers verbunden sind ;; Wenn SB2 und SB3 geschlossen sind und alle anderen ausschalten, wenn die Batterie BT2 an beiden Enden der positiven und negativen Seite des Potentialdifferenzverstärkers anliegt, kann die gesamte Monomerbatteriespannung des Batteriepacks gemessen werden.

Abbildungstopologie

Die maximale Spannung jeder Lithium-Ionen-Batterie beträgt 5 V, wie aus Abbildung 3 hervorgeht. Das Eingangspotential des 3-poligen INA117 beträgt 40 V. In ähnlicher Weise hat die Eingangsspannung des 16. INA117 eine minimale Eingangsspannung von -40 V. Die Ausgangsspannungen des ersten bis achten INA117 sind positiv, und die Ausgangsspannungen des neunten bis sechzehnten INA117 sind negativ, so dass mehrere analoge Schalter und A / D-Wandler erforderlich sind, um positive und negative Spannungen einzugeben. Durch die Mehrfachauswahl eines Analogschalters wird MUX16 ausgewählt, bei dem es sich um einen Analogschalter mit 16 positiven und negativen Spannungseingängen handelt. Daher benötigt die 16-Zellen-Batterie nur 1 MUX16. Aufgrund des begrenzten E / A-Anschlusses des Einzelchip-Mikrocomputers verwendet der Artikel jedoch einen 74LS154, um den E / A-Anschluss zu erweitern, wobei nur der Einzelchip-Mikrocomputer verwendet wird. Vier E / A-Ports können den MUX16 so steuern, dass eine Einzelzellen-Lithium-Ionen-Batterie für die Spannungsabtastung einzeln angesteuert wird.

1.3 A / D-Wandler

Für die Überwachung des Akkus muss nicht die Spannung jeder Batterie mit einer sehr hohen Abtastgeschwindigkeit abgetastet werden. Die Abtastung von 16 Batteriespannungen teilt sich einen A / D-Wandler [4]. Der Messspannungseingang für jeden Abschnitt der Batterie ist über einen Analogschalter MUX16 mit Mehrfachauswahl mit dem A / D-Wandler verbunden. Entsprechend dem Aktualisierungszyklus und den Spannungsanforderungen der Batteriespannung beträgt der vom A / D-Wandler an den Einzelchip-Mikrocomputer übertragene Spannungsumwandlungswertfehler bis zu 10 mV. Wählen Sie Maximus MAX1272.

MAX1272 ist ein Fehlerschutz, kann den Eingangsbereich von 12 über den seriellen Analog-Digital-Wandler der Software unter Verwendung von SPI-Drei-Draht-Kommunikationsprotokollen, + 5-V-Stromversorgung, analogem Eingangsspannungsbereich 0 ~ 10 V, 0 ~ 5 V, +/ wählen - 10 V, + 5 V selbst + 4,096 V Referenzspannung. Bei Verwendung der internen + 4,096 V Referenzspannung idealerweise der entsprechende analoge Spannungseingang des digitalen Ausgangs, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ist die höchste Ziffer des MAX1272-Ausgangs das Vorzeichenbit, und die verbleibenden 11 Bits sind die Daten. Negative Zahlen werden in Form von Ergänzungen angegeben.

Referenzspannung von + 4,096 V, 1 LSB = 1,2207 mV.

Der maximale Quantisierungsfehler des MAX1272 plus die Auswirkungen von Nichtlinearität, Offset usw. beträgt insgesamt 5 mV. Die Genauigkeit des INA117 ist hoch. Unter normalen Bedingungen liegt der Fehler innerhalb von 1 mV. Daher kann unter Verwendung der Kombination INA117 und MAX1272 die Reihe von Lithium-Ionen-Batterie-Batterieüberwachungssystemen auf Anforderung des Spannungsfehlers unter 10 MV erfüllt werden. Benötigen Sie eine höhere Spannungsgenauigkeit, müssen Sie einen A / D-Wandler mit höherer Auflösung wählen.

MAX1272 Schaltplan wie in Abbildung 4 gezeigt.

In Abbildung 4 verwendete MAX1272 die interne Referenzspannung, VREF 6 Fuß und die indirekten 2,2 mu Tantalkondensator und 0,1 F u F Keramikkondensatoren.

Beide Leiterplatten müssen beim Verdrahten der Leiterplatte so nah wie möglich am MAX1272 sein.

1.4 Temperaturüberwachung

Bei der Serienbatterie verwendet die herkömmliche Temperaturmessmethode meistens den analogen Temperatursensor zum Messen und ist während des Datenerfassungs- und Übertragungsprozesses für die externe Umgebung anfällig, so dass der Messergebnisfehler groß ist und wenn viele Messungen durchgeführt werden Punkte, Die Verbindung ist komplizierter. In diesem Artikel werden der Einzelchip-Mikrocomputer und der digitale Einzelbus-Temperatursensor DS18B20 verwendet, um die oben genannten Probleme zu lösen.

Bei Verwendung einer externen 5-V-Stromversorgung kann der Bus ein Gelenkchip DS18B20 sein und gleichzeitig eine präzise Temperaturumwandlung durchführen, ohne dass eine externe Ansteuerschaltung erforderlich ist. Temperaturmessbereich und 55 ~ + 125 ℃ ; Temperaturmessgenauigkeit: in 10 ~ + 85 ℃ im Rahmen der Genauigkeit von plus oder minus 0,5 ℃ ; Bei der Temperaturerfassung sollte das Befehlswort des Mikrocontroller-Chips DS18B20 am Gleichzeitig muss auch die DS18B20-Temperatur abgelesen werden. Daher muss die E / A des Einzelchip-Mikrocomputer-Controllers so eingestellt werden, dass sie eine bidirektionale Datenübertragungsfähigkeit aufweist.

Dieses Erkennungssystem für jeden Abschnitt des Lithium-Ionen-Akkus im Bus zum Anschließen eines DS18B20-Geräts richtet acht Temperaturüberwachungen ein und erfasst die Temperatur um 8 Uhr. In der praktischen Anwendung durch die Single-Chip-Mikrocomputersoftware zur Beurteilung der Notwendigkeit, den Temperaturwert anzuzeigen: Wenn die Temperatur über 10 ° C liegt , der achte Temperaturpunkt des höchsten Temperaturwerts; Wenn die Temperatur unter 10 ° C liegt , zeigt die Anzeige acht den niedrigsten Temperaturwert an und erzielt effektive, vernünftige Ergebnisse der Temperaturüberwachung.

1.5Der Lüfter- und Heizungssteuerkreis

Für das Wärmeableitungsproblem der Batterie wurde eine Lüftersteuerschaltung entwickelt, die auf der Messung der Beurteilung des Batterietemperaturwerts basiert. Der Entscheidungslüfter wird ein- oder ausgeschaltet. Wenn die Temperatur zu hoch ist, signalisiert der Mikrocontroller am Lüfter.

Die in Abbildung 6 gezeigte Schaltung, FAN für niedrige Elektrizität zu normalen Zeiten, Transistorleitung, 9014 zu diesem Zeitpunkt Relais ohne Aktion; 9014, wenn FAN für hohe Elektrizität zu normalen Zeiten, Transistorleitung, das Relais Kontakt mit uns aufnehmen lässt, FAN beginnt unter 24 zu arbeiten v Versorgungsspannung des Netzteils.

Berücksichtigen Sie bei Tandem-Lithium-Ionen-Akkus mit komplexen Anwendungsumgebungen zusätzlich zu hohen Temperaturen den Fall zu niedriger Temperaturen. Da die Batterie in einer Umgebung arbeitet, in der die Temperatur zu niedrig ist, wird die Lithiumionenaktivität verschlechtert, die Einbettungs- und Extraktionsfähigkeit wird verringert und es ist leicht, sich auf der Oberfläche des Graphitkristalls abzuscheiden, um Lithiummetall zu bilden. Das gebildete Lithiummetall reagiert irreversibel mit dem Elektrolyten.

Wenn der Lithium-Ionen-Akku längere Zeit bei niedriger Temperatur betrieben wird, verringert sich die Kapazität des Akkus erheblich. Daher ist eine Heizungssteuerschaltung nach Bedarf ausgelegt, beispielsweise eine Lüftersteuerschaltung.

2, die Leistung des Überwachungssystems

Die Messung ergab, dass mit INA117, 16 1 Analogschalter MUX16, MAX1272, 51 MCU und DS18B20 das Lithium-Ionen-Batterie-Überwachungssystem zur Überwachung von 16 Abschnitt 3,7 V Lithium-Ionen-Batterie, Spannungsmessfehler vollständig innerhalb von 10 mV. Temperatur, aufgrund der DS18B20 Genauigkeit ist höher, der Temperaturfehler innerhalb von 1 ℃. Spannungs- und Temperaturmessung sind bis zum Nennwert, der System zuverlässige Betrieb. Wenn ein Serien-Lithium-Ionen-Akku eine Batteriespannung des Abschnitts <2,2 V aufweist, ruft der Mikrocontroller einen Lichtalarm mit Ton- und Lichtalarm sowie Probleme mit der Batterie auf.

Wenn die Batteriespannung eines der Lithium-Ionen-Akkus der Serie> 5 V beträgt, ruft der Single-Chip-Mikrocomputer das Alarmprogramm für Ton- und Lichtalarm auf. Wenn der Temperaturwert den zulässigen Bereich des voreingestellten Temperaturwerts überschreitet, führt das Serien-Lithium-Ionen-Batterie-Überwachungssystem einen akustischen und visuellen Alarm aus. Sowohl der Lüfter als auch der Heizungssteuerkreis können den Steuerkreis normalerweise gemäß der eingestellten Temperatur starten. Wenn die Temperatur unter 5 ° C liegt, wird der Heizungsregelkreis gestartet. Wenn die Temperatur höher als 50 ° C ist, wird der Lüftersteuerkreis aktiviert.

3, Schlussfolgerung

Das Serien-Lithium-Ionen-Batterietestsystem verwendet einen Differenzial-Operationsverstärker INA117 mit hohem Gleichtaktunterdrückungsverhältnis, um das gemeinsame Problem zu lösen. Der Überwachungsspannungsfehler beträgt plus oder minus 10 MV. Um die Erkennungsgenauigkeit weiter zu verbessern, kann ein A / D-Wandler mit hohem Pegel ausgewählt werden. Beim Testen wird der Lithium-Ionen-Akku in Reihe mit dem Erkennungsmodul geschaltet, und die Verkabelung muss korrekt sein. Abhängig von der Anwendung können mehrere Erkennungssysteme in Reihe geschaltet werden, um mehr Serien-Lithium-Ionen-Akkus zu erkennen. Stellen Sie jedoch sicher, dass die Gleichtaktspannung den maximalen Schutz-Gleichtaktspannungsbereich des INA117 nicht überschreitet.

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