El significado del voltaje de celda única, la tecnología de detección del voltaje de celda única

Primero, la introducción

Con el desarrollo de vehículos eléctricos puros y vehículos híbridos, la batería en serie, que es un importante dispositivo de almacenamiento de energía, es un factor clave que afecta el rendimiento de todo el vehículo.

Prolongar la vida útil de la batería y mejorar la eficiencia de la batería es la clave para la comercialización y el uso práctico de los vehículos eléctricos. Debido a la existencia del efecto cubo en serie con la batería de monómero, la batería con el peor rendimiento en el rendimiento general depende del paquete de baterías, para poder tener una gestión eficaz del uso de energía de las baterías en serie, la necesidad de real- Monómero de batería de la serie de monitoreo de tiempo Estado de la batería. En la caracterización de los parámetros del estado de la batería, el voltaje del terminal de la batería puede reflejar el estado de funcionamiento, por lo que cada voltaje de la batería en el paquete de baterías es muy importante.

En segundo lugar, el método de detección de batería de monómero existente

En la actualidad, hay muchos métodos de medición de voltaje de batería de monómero, el principal se puede resumir como reducción de la resistencia de presión parcial, estudio de suelo flotante, interruptor analógico, varios métodos, como los siguientes métodos como análisis:

1, el método de presión parcial de resistencia

El método de presión parcial de resistencia principalmente a través de la atenuación de la resistencia a la presión parcial será el rango de voltaje aceptable del chip de medición de voltaje real, y luego para convertir el módulo.Voltaje U1 correspondiente BT1, de BT1 a BTN-1, el voltaje entre Un corresponde a la voltaje de la batería, como se muestra en la figura 1. Este método de medición, bajo costo, larga vida, pero hay errores acumulativos e imposibles de borrar. Aumenta a medida que aumenta el número de celdas individuales, el error de medición de voltaje de la batería de monómero aumentará con el aumento del voltaje de modo común.

2, método flotante

Se utiliza una tecnología de tierra flotante para medir el voltaje de la batería, el comparador de ventana juzgará automáticamente si el potencial bajo actual es correcto. Si procede, inicie directamente la conversión de analógico a digital; Si es demasiado alto o demasiado bajo, a través del microcontrolador mediante un modelo matemático para controlar el potencial bajo flotante a potencial bajo en condiciones adecuadas. El plan debido al bajo potencial a menudo cambia por la interferencia, el control preciso del bajo potencial no puede afectar el resultado de la medición de todo el sistema.

3, el método de interruptor analógico

A través del interruptor analógico, se utilizó la selección del interruptor analógico en los canales de medición, cada canal utilizando un circuito de muestreo lineal de amplificador operacional. Se selecciona para medir el canal, el interruptor analógico envía el seguidor de voltaje al convertidor AD para convertir el módulo. El método de acuerdo con el tamaño del voltaje total en el paquete de baterías en serie, seleccione el aumento apropiado, no la red de resistencia de presión parcial o cambie el bajo potencial puede medir directamente un voltaje de batería arbitrario, medir y conveniente. Pero este método necesita grandes cantidades de amplificador operacional y resistencia de adaptación de precisión, alto costo y alta dispersión de resistencia que puede conducir a resultados de medición de dispersión.

En este documento se presenta la literatura [4] matriz de interruptores de circuito de medición de construcción, el esquema de bajo costo, alta precisión, pero requiere circuito de valor absoluto. La literatura [5] por el método combinado de amplificador operacional de relé, puede superar el problema de la variación de temperatura, pero para adoptar el método de interruptor analógico, también se necesita una gran cantidad de amplificador operacional y el relé, y el relé tendrá vida.

En tercer lugar, nuevo método de detección de voltaje de batería de monómero

1, el plan general

Debido al amplificador diferencial puede superar la perturbación de la señal de modo común, y solo el procesamiento de la señal de diferencia. Usando los extremos de cada matriz de interruptor de batería de monómero, se pueden realizar mediciones de voltaje de terminal de derivación y no se ven afectadas por otras celdas. La estructura general del esquema como se muestra en la figura 2, cuando SB1 y SB2 se cierran, todos los demás se apagan, los extremos del potencial BT1 de la batería están conectados respectivamente al lado positivo y negativo del amplificador diferencial, después de la conversión del módulo de amplificación del amplificador diferencial en un convertidor AD ; Cuando SB2 y SB3 se cierran y todos los demás se apagan cuando la batería BT2 en ambos extremos del lado positivo y negativo del amplificador de diferencia de potencial, se puede medir el voltaje de la batería de todos los monómeros.

Topología de figuras

El voltaje máximo de cada batería de iones de litio es de 5 V, que se puede obtener en la Figura 3. El potencial de entrada de los 3 pines del primer INA117 es de 40 V. De manera similar, el voltaje de entrada del 16 ° INA117 tiene un voltaje de entrada mínimo de -40V. Los voltajes de salida del primero al octavo INA117 son positivos y los voltajes de salida del noveno al decimosexto INA117 son negativos, por lo que se requieren múltiples interruptores analógicos y convertidores A / D para ingresar voltajes positivos y negativos. La selección múltiple de un interruptor analógico selecciona MUX16, que es un interruptor analógico de entrada de voltaje positivo y negativo de 16 selecciones 1, por lo que la batería de 16 celdas solo necesita 1 MUX16. Sin embargo, debido al puerto IO limitado del microordenador de un solo chip, el artículo usa un 74LS154 para expandir el puerto IO, usando solo el microordenador de un solo chip. Cuatro puertos IO pueden controlar el MUX16 para que muestre individualmente una batería de iones de litio de celda única para muestreo de voltaje.

1.3 convertidor A / D

El monitoreo del paquete de baterías no requiere muestrear el voltaje de cada batería con una velocidad de muestreo muy alta. El muestreo de 16 voltajes de batería comparte un convertidor A / D [4]. La entrada de voltaje de medición a cada sección de la batería se conecta al convertidor A / D a través de un interruptor analógico de selección múltiple MUX16. De acuerdo con el ciclo de actualización y los requisitos de voltaje del voltaje de la batería, el error del valor de conversión de voltaje transmitido por el convertidor A / D al microordenador de un solo chip es de hasta 10 mV. Elija Maximus MAX1272.

MAX1272 es una protección contra fallas, puede elegir el rango de entrada de 12 a través del software convertidor analógico a digital en serie, utilizando protocolos de comunicación SPI de tres cables, fuente de alimentación de + 5 V, rango de voltaje de entrada analógica 0 ~ 10 V, 0 ~ 5 V, + / - 10 V, + 5 V en sí mismo + 4.096 V de voltaje de referencia Cuando se usa un voltaje de referencia interno de + 4.096 V, idealmente la entrada de voltaje analógica de salida digital correspondiente, como se muestra en la tabla 1.

Como puede verse en la Tabla 1, el dígito más alto de la salida MAX1272 es el bit de signo y los 11 bits restantes son los datos. Los números negativos se dan en forma de complementos.

Voltaje de referencia de + 4.096 V, 1 LSB = 1.2207 mV.

El error de cuantificación máximo del MAX1272, más los efectos de no linealidad, compensación, etc., el error total es de aproximadamente 5 mV. La precisión del INA117 es alta. En condiciones normales, el error está dentro de 1 mV. Por lo tanto, al usar la combinación INA117 y MAX1272, puede cumplir con la serie de baterías de iones de litio del sistema de monitoreo de baterías a pedido del error de voltaje por debajo de 10MV. Necesita una mayor precisión de voltaje, debe elegir un convertidor A / D de mayor resolución.

Diagrama de cableado del MAX1272 como se muestra en la figura 4.

En la figura 4, MAX1272 usó el voltaje de referencia interno, VREF 6 pies y el condensador indirecto de 2,2 mu de tantalio y condensadores cerámicos de 0,1 F u F.

Se requiere que ambos PCB estén lo más cerca posible del MAX1272 al cablear el PCB.

1.4 monitoreo de temperatura

Para la batería de la serie, el método tradicional de medición de temperatura utiliza principalmente el sensor de temperatura analógico para medir y es vulnerable al entorno externo durante el proceso de recopilación y transmisión de datos, por lo que el error del resultado medido es grande y cuando hay muchas mediciones puntos, La conexión es más complicada. En este documento, el microordenador de chip único y el sensor de temperatura digital de bus único DS18B20 se utilizan para resolver los problemas anteriores.

Con una fuente de alimentación externa de 5 v, el bus se puede articular con el chip DS18B20 y, al mismo tiempo, puede precisar la conversión de temperatura, sin la necesidad de un circuito de impulsión externo. Rango de medición de temperatura y 55 ~ + 125 ℃ ; Precisión de medición de temperatura: en 10 ~ + 85 ℃ dentro del alcance de la precisión de más o menos 0.5 ℃ ; En el proceso de adquisición de temperatura, la palabra de comando del chip del microcontrolador DS18B20, debe estar en el Al mismo tiempo, también se debe leer la temperatura DS18B20. Por lo tanto, la E / S del controlador de microordenador de un solo chip debe configurarse para tener capacidad de transmisión de datos bidireccional.

Este sistema de detección de cada sección de la batería de iones de litio en el autobús para conectar una pieza de DS18B20, configura ocho controles de temperatura, mientras detecta la temperatura a las 8 en punto. En la aplicación práctica por el software solo chip del microordenador para juzgar la necesidad de mostrar el valor de la temperatura: cuando la temperatura por encima de 10 ℃, el punto de temperatura ocho del valor más alto de temperatura; Cuando la temperatura es inferior a 10 ℃ , la temperatura de la pantalla ocho señala el valor de temperatura más bajo y logra resultados de monitoreo de temperatura razonables y efectivos.

1.5 El circuito de control del ventilador y la calefacción

Para el problema de disipación de calor de la batería, se diseñó el circuito de control del ventilador, basado en la medición del juicio del valor de temperatura de la batería, el ventilador de decisión se enciende o apaga. Cuando la temperatura es demasiado alta, el microcontrolador enviará una señal en el ventilador.

Circuito que se muestra en la figura 6, FAN para electricidad baja en tiempos normales, conducción de transistor, 9014 en este momento relé sin acción; 9014 cuando FAN para electricidad alta en tiempos normales, conducción de transistor, hace que el relé contacte con nosotros absorción, FAN comienza a funcionar por debajo de 24 v tensión de alimentación de la fuente de alimentación.

Para paquetes de baterías de iones de litio en tándem con entornos de aplicación complejos, además del caso de temperatura excesiva, considere el caso de temperaturas demasiado bajas. Dado que la batería funciona en un entorno donde la temperatura es demasiado baja, la actividad de los iones de litio se deteriora, la capacidad de incrustación y extracción se reduce y es fácil de depositar en la superficie del cristal de grafito para formar litio metálico. El metal de litio formado reacciona irreversiblemente con el electrolito.

Si la batería de iones de litio se utiliza a baja temperatura durante un período de tiempo prolongado, la capacidad de la batería se reducirá significativamente. Por lo tanto, se diseña un circuito de control de calentador según sea necesario, como un circuito de control de ventilador.

2, el rendimiento del sistema de seguimiento

La medición demostró que usando INA117, 16 elija 1 interruptor analógico MUX16, MAX1272, MCU de la serie 51 y DS18B20 el sistema de monitoreo de batería de iones de litio para monitorear la batería de iones de litio de 16 secciones 3.7 V, error de medición de voltaje completamente dentro de 10mv. Temperatura, debido a la precisión DS18B20 es mayor, el error de temperatura dentro de 1 ℃. La medición de voltaje y temperatura está a la par, el funcionamiento confiable del sistema. Cuando la batería de iones de litio en serie tiene un voltaje de batería de cualquier sección <2,2 V, el microcontrolador llama una alarma de luz con alarma de luz y sonido, y problemas de la batería.

Cuando el voltaje de la batería de cualquiera de los paquetes de baterías de iones de litio de la serie es> 5 V, la microcomputadora de un solo chip llama al programa de alarma severa para una alarma de luz y sonido. Si el valor de temperatura excede el rango permitido del valor de temperatura preestablecido, el sistema de monitoreo de batería de iones de litio en serie emite una alarma sonora y visual. Tanto el ventilador como el circuito de control de calefacción normalmente pueden iniciar el circuito de control de acuerdo con la temperatura establecida. Cuando la temperatura es inferior a 5 ° C, se pone en marcha el circuito de control de calefacción; cuando la temperatura es superior a 50 ° C, se activa el circuito de control del ventilador.

3, conclusión

El sistema de prueba de batería de iones de litio en serie utiliza un amplificador operacional diferencial INA117 de alta relación de rechazo en modo común para resolver el problema común. El error de voltaje de monitoreo es más o menos 10MV. Para mejorar aún más la precisión de detección, se puede seleccionar un convertidor A / D de alto nivel. Al realizar la prueba, la batería de iones de litio se conecta en serie al módulo de detección y el cableado debe ser correcto. Dependiendo de la aplicación, se pueden conectar varios sistemas de detección en serie para detectar más paquetes de baterías de iones de litio en serie, pero asegúrese de que el voltaje de modo común no exceda el rango de voltaje de modo común de protección máxima del INA117.

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