Системы управления батареями и аккумуляторами

Системы управления батареями

Системы управления обозначают различные понятия для разных людей. Для одних это просто контроль состояния, с управлением процессом зарядки, такими как зарядное и разрядное напряжения и токи и внутренняя и наружная температуры. Цепи контроля в нормальном режиме обеспечивают защиту устройства и подачу сигнала тревоги или отключения батареи от нагрузки или зарядного устройства если один из параметров выходит за допустимые пределы.

Для инженеров–энергетиков, ответственных за запасные мощности, чьи батареи являются последней линией защиты от полного отключения электрической энергии или телекоммуникационных сетей, эта система является системой управления. Такие системы ориентированны не только на контроль и защиту батарей, но так же на обеспечение методов поддержания их в состоянии готовности предоставить полную мощность по требованию и методы, обеспечивающие наибольший срок эксплуатации. Эти положения включают всё от контроля времени заряда до плановых обслуживаний.

Для автомобильных инженеров эти системы являются компонентом более комплексных систем управления энергией. Они должны взаимодействовать с другими бортовыми системами, как управление двигателем, климат–контроль, коммуникация и система безопасности.

Проектирование систем управления

Для контроля эффективности батареи и обеспечения её безопасности необходимо понимать, какие параметры следует контролировать и почему именно они. Такой подход требует глубокого понимания основ электролитов, характеристик эффективности и ненормальных режимов, в частности ненормальных режимов литиевых батарей. Батареи не могут представляться больше как чёрные ящики.

Блоки системы управления

Существует три основных цели, присущих всем системам менеджмента:

  • Защищать ячейки батареи от повреждений
  • Удлиннять срок эксплуатации батарей
  • Поддерживать такое состояние батарей, в котором они могут полностью обеспечить потребности устройств, для которых предназначены

Для достижения этих целей система управления может включать одну или больше следующих функций (более подробно функции описаны по ссылкам)

  • Защита ячеек. Основное назначение системы управления — защищать батареи от ненормативных режимов работы. На практике система управления должна обеспечивать полную защиту батарей. Работа батарей в ненормальных режимах, которые не описаны в их спецификациях, неизбежно приводит к выходу их из строя. Кроме беспокойства, связанного с их заменой, так же следует учитывать стоимость самой замены. Это отчасти справедливо и для высоковольтных высокомощных батарей автомобильных систем, которые часто становятся темой ругательств пользователей.
  • Контроль заряда. Это неотъемлемое свойство систем управления. Больше батарей повреждается в результате несоблюдения режима зарядки, чем во всех остальных случаях.
  • Управление требованиями. Когда нет определённых требований к режиму работы батареи, система управления требованиями осуществляет минимизацию потребляемого устройством тока, что позволяет удлиннить срок между зарядами батареи.
  • Определение состояния заряда. Многие устройства требуют информации относительно состояния заряда (State of Charge) батарей и отдельных ячеек цепи. Это может быть просто для индикации пользователю оставшейся ёмкости батарей или для обеспечения контрольным цепям информации для оптимизации управления процессом заряда.
  • Определение состояния батарей. Состояние батарей (State of Health) это мера энергии, которую батарея способна отдать в нормальном режиме. Такая информация жизненно необходима для определения готовности аварийного энергетического оборудования и индикации необходимости обслуживания.
  • Балансировка ячеек. В многоэлементных системах батарей небольшая разница между ячейками при производстве будет приводить к её увеличению при каждом зарядном/разрядном цикле. Более слабая ячейка будет перегружена при зарядке, что приведёт к её ослабоеванию до момента, пока её выход из строя не приведёт к выходу из строя всей батареи. Балансировка является одним из способов компенации слабых ячеек уравновешиванием заряда на ячейках и, тем самым, продления срока службы батареи.
  • Журналирование. Сохранение журнала истории батарей является ещё одной функцией системы управления. Она необходима для определения состояния батарей, но так же определяет когда происходили те или иные события. Параметры, как количество циклов, максимальные и минимальные напряжения и температуры, а так же максимальные и минимальные зарядные и разрядные токи могут быть записаны в порядке следования. Этот инструмент является важным в предъявлении требований срока службы.
  • Идентификация. Система управления так же способна записывать информацию о производителе и электролите, которая позволяет автоматизировать тестирование, а так же серийный номер и дату производства, которая позволяет отслеживать их в случае выхода из строя.
  • Коммуникация. Большинство систем управления обладают функциями взаимодействия между батареей и зарядным устройством или тестовым оборудованием. Некоторые могут так же взаимодействовать с другими устройствами для контроля состояния или журнала. Интерфейсы взаимодействия так же необходимы для обеспечения доступа пользователя для изменения контрольных параметров системы управления или диагностики и тестирования.

Следующие примеры иллюстрируют три различных системы управления в действии.

«Умные» батареи

Срок эксплуатации никель–кадмиевых и никель–металл–гидридных батарей, таких, как используются в электроинструменте, может быть увеличен использованием «умной» зарядной системы, которая обеспечивает взаимодействие между батареей и зарядным устройством. Батарея обеспечивает информацию об их спецификациях, токах и журнале использования, которые используются зарядным устройством для обеспечения оптимального профиля зарядки, или устройством, в котором используются, для контроля использования.

Основная цель системы «зарядное устройство»–батарея состоит в объединении широкого диапазоназащитных цепей, которые предотвращают перезаряд или повреждения батарей с тем, чтобы продлить срок эксплуатации. Контроль процесса заряда может быть как в батарее, так и в зарядном устройстве. Аналогично комбинации контроля заряда, контроль разряда может быть и в батарее и в устройстве. Несмотря на то, что были изобретены некоторые специальные системы управления отдельными батареями, эти системы чаще всего применяются на группах батарей.

Система работает следующим образом.

«Умная» батарея (Smart Battery) обеспечивает вывод информации от сенсоров, которые предоставляют напряжения, токи и температуры внутри батареии и состояние заряда. Так же обеспечивается функция вывода состояния батареи.

Такая батарея так же содержит микросхему памяти, которая содержит информацию о батарее:

  • Дата производства (наименование, дата, серийный номер, ...)
  • Тип электролита
  • Ёмкость батареи
  • Коды структуры
  • Верхний и нижний пределы напряжений
  • Максимальные значения токов
  • Температурные пределы

Когда батарея включается в работу, память сохраняет дополнительную информацию

  • Количество циклов заряда и разряда
  • Оставшееся время
  • Внутреннее сопротивление батареи
  • Температурный профиль эксплуатации
  • Работу в системах принудительного охлаждения
  • Любые превышения допустимых пределов

Система так же требует устройств, в которых и батарея и зарядное устройство могут прерывать или изменять параметры процесса заряда в соответствии с установленными правилами. Подобным образом, разряд может контролироваться батареями или системой требований устройства.

Такие системы управления требуют соответствующих зарядных устройств, которые способны «разговаривать на одном языке».

Зарядное устройство программируется на получение данных от батарей и оптимизацию профиля зарядки, заряд максимальным током до достижения температуры предустановленного значения, затем снижение или остановку зарядки и/или включение системы охлаждения для предотвращения превышения температуры и повреждения батарей. Если ухудшение внутреннего сопротивления батареи свидетельствует о необходимости восстановления, если это необходимо, зарядное устройство может быть запрограммировано на восстановление батареи несколькими циклами глубокой зарядки/разрядки. Поскольку батарея содержит информацию о её спецификациях, которые могут быть прочитаны зарядным устройством, становится возможным создать универсальное зарядное устройство, которое способно автоматически выбирать профиль зарядки для диапазона типов электролита и емкостей согласно установленному профилю сообщений.

Отдельные каналы взаимодействий необходимы для обеспечения взаимодействия между батареей и зарядным устройством. Один может использоваться для простых приложений в шинах системного управления (System Management Bus, SMBus), которые составляют часть системы «умной» батареи (Smart Battery System), которая используется в низкомощных устройствах. Батареи, которые совместимы с этим стандартом называются «умными» батареями (Smart Batteries). Интеллектуальные батареи, как правило, не ограничены этой схемой и многие производители внедряют в них собственные закрытые схемы, которые могут быть как проще, так и сложее в зависимости от требований устройства.

Применением этих систем может быть достигнуто увеличение срока службы батареи на 50%.

Системы автоматического контроля

Это пример системы автоматического контроля, в которой батарея обеспечивает информацию о текущем состоянии зарядному устройству, которое сравнивает это состояние с желаемым и генерирует сигнал, который используется для выбора стратегии приведения текущего состояния батареи к желаемому. Контрольные сигналы являются частью обратной связи, которая обеспечивает автоматическую компенсацию в желаемых параметрах работы. Кроме того, здесь не требуется вмешательство пользователя. Некоторые формы автоматического контроля являются частью всех систем управления.

Контроль батарей

Кроме взаимодействия с зарядным устройством, «интеллектуальная» батарея так же может взаимодействовать с пользователем или другой системой, в которую включена батарея. Выдаваемые сигналы могут быть использованы для предупредительной сигнализации или для информирования пользователя о состоянии батареи и оставшемся зарядке.

Контроль состояния батареи это неотъемлемая часть всех систем управления батареями. В первом из двух следующих примеров контроль осуществляется вручную — обслуживающий инженер исправляет все проблемы. Во втором примере батарея является частью автоматической системы контроля, сделанной из нескольких связанных цепей обратной связи батарей, включённых в общую систему управления энергией автомобиля.

Система управления энергостанцией

Система управления батарей требует различных иллюстраций для ожидающего и аварийного режима работы. Батареи могут быть неактивными длительное время, поддерживаемые капельным зарядом время от времени, или, в телекоммуникационных системах, могут поддерживаться компенсационным зарядным током время от времени, чтобы сохранить их заряженными. По своей природе, такие установки должны быть готовы к использованию в любое время. Внутренняя ответственность управления таких установок состоит в том, чтобы знать состояние батареи и может ли она быть подключена для электроснабжения нагрузки до разряда. Таким образом, необходимо знать состояние батареи и оставшийся заряд. В случае свинцово–кислотных батарей состояние заряда отдельных ячеек может быть определено ареометром по плотности электролита в ячейках. Традиционно, существует только один путь определить состояние батареи — разрядный тест, заключающийся в восьмичасовом разряде батареи и последующем трёхдневном заряде. Во время этого теста система останется без аварийных источников питания, обеспечиваемых батареей.

Современный способ определения состояния батареи заключается в измерении внутреннего сопротивления или проводимости. Было обнаружено, что внутреннее сопротивление ячеек имеет обратную зависимость с количеством заряда, а взаимная проводимость и внутреннее сопротивление имеют прямую связь с состоянием ячейки. Оба этих испытания могут быть проведены без разряда батареи, это лучше, поскольку система контроля может оставаться включённой и обеспечивать постоянные измерений. Так инженер может получать актуальную информацию о состояниях батарей и в случае ухуджения эффективности может быть запланировано обслуживание и ремонт.

Автомобильная система управления

Автомобильная система управления батареями значительно более требовательна, чем предыдущие. Она должна взаимодействовать с бортовыми системами и в реальном времени быстро изменять зарядные и разрядные состояния.

Автомобильные и скутерные двигатели и тормоза работаю в жёстких и неконтроллируемых условиях. Этот пример описывает комплексную систему, иллюстрирующую возможности, но не все устройства будут требовать все функции, представленные здесь.

Функции системы управления батареями, пригодные для гибридных автомобилей:

  • Контроль состояния отдельных ячеек, из которых состоит батарея
  • Обслуживание всех ячеек в рабочих режимах
  • Защита ячеек от работы в ненормальных режимах
  • Обеспечение «бесперебойного» режима работы в неконтроллируемых условиях, при потере связи или других нарушениях
  • Отключение батарей в аварийных случаях
  • Компенсация (балансировка) ячеек в системе
  • Установка рабочих точек батарей, чтобы позволить регенерацию энергии при торможении и отсутствие перезаряда
  • Обеспечение информацией о состоянии заряда батареи. Функция часто связывается с бензиновой или газовой системой автомобиля{#gas}
  • Обеспечение информацией о состоянии батареи. Такие измерения служат индикатором ресурса батареи и используются при определении необходимости замены
  • Обеспечение информацией водителя
  • Предсказание расстояния, на которое хватит оставшегося заряда батарей (только для электромобилей)
  • Принятие и реализация контрольных инструкций от других бортовых систем
  • Определение оптимального алгоритма заряда для зарядки ячеек
  • Проведение предварительного заряда для измерения внутреннего сопротивления и проведение двухстадийного заряда для ограничения броска тока
  • Обеспечение доступа к индивидуальным ячейкам батареи
  • Реакция на изменения в режиме работы транспортного средства
  • Сохранение журнала использования батареи и аварийных режимов (частота, амплитуда и длительность времени выхода за нормальные режимы работы)
  • Обеспечение аварийного режима низкой нагрузки в случае повреждения батареи

В практике систем управления батареями, транспортные системы могут быть более функциональными, чем просто управление батареями. Они могут определять желаемый режим режим работы, выбирать ускорение, торможение, ожидание или остановку и реализовывать их в соответствующих действиях системы электрического управления.

Защита ячеек

Одной из основных функций системы управления батареями является обеспечение необходимого контроля для защиты ячеет от выхода за пределы рекомендуемых состояний. Это важно для транспортных систем, поскольку в них батареи работают в непредсказуемых условиях. Так же, как защита отдельных ячеек, автомобильная система может быть спроектирована для защиты от внешних нарушений отключением батареи и сигнализацией неисправности. Например, в случае превышения температуры батарей могут быть включены охлаждающие вентиляторы. Если батарея продолжает перегреваться, она может быть отключена.

Методы защиты подробно рассмотрены в разделе защит.

Состояние заряда батареи (State of Charge)

Определение состояния заряда батареи является второй основной функцией системы управления. Состояние (количество) заряда необходимо не только для определения оставшегося пробега, система управления определяет состояние заряда для каждой отдельной ячейки для проверки факта, что ни одна из ячеек не была перегружена.

Состояние заряда так же используется для определения окончания зарядного или разрядного цикла. Перезаряд и переразряд являются двумя основными случаями выхода из строя батарей и система управления должна обеспечивать их работу в рабочем диапазоне.

Гибридные транспортные средства требуют как высоких значений мощности заряда для обеспечения возможностей рекуперативного торможения, так и высоких значений разрядной мощности для обеспечения возможностей разгона. По этой причине эти батареи должны управляться по системе контроля заряда, которая позволит разряжать с необходимой мощностью, при этом обеспечивая необходимое «пространство» в батарее для приёма рекуперированной энергии без риска перезаряда. Полностью заряженная гибридная батарея будет снижать возможности приёма заряда и, таким образом, снижать эффективность торможения. Нижний предел устанавливается для оптимизации расхода топлива и для предотвращения переразряда, который сокращает срок службы батареи. Точность подсчёта заряда необходима для гибридных автомобилей для обеспечения работы батареи в установленных безопасных диапазонах режимов.

Режимы работы батарей гибридных автомобилей

В соответствующем разделе описаны методы определения состояния заряда.

Система управления батареями

Диаграмма ниже описывает концептуальное воплощение основных функций управления батареями. Она показывает три основных блока, из которых состоит система управления: системы наблюдения, системы контроля и системы коммуникации и их взаимодействия с остальными системами транспортного средства и его энергетической системой. Другие конфигурации возможны со встроенными в ячейки блоками.

На практике система управления батареей может быть объединена с другой системой транспортного средства для взаимодействия через CAN-шину, как система управления температурой или противоугонное устройство, которое отключает батарею. Так же могут существовать требования к системам наблюдения или программирования и доступа к данным с использованием шины RS232.

Система наблюдения за состоянием батарей

Система наблюдения батарей представляет собой микропроцессорный модуль, основанный на трёх функциях или субмодулях. Эти модули не обязательно физически отделены, но представлены так для ясности.

Модель батареи

Модель батареи характеризуется алгоритмом, воплощённым в отклике батареи на различные внутренние и внешние состояния. Модель может использоваться для определения состояния батареи в любой момент времени.

Внутренняя функция модели батареи состоит в подсчёте состояния заряда батарей для указанных выше функций.

Состояние заряда определяется внутренне интегрированием тока по времени, скорректированное для принятия во внимание многих факторов, описанных подробно в разделе состояние заряда.

Эта модель может быть использована для журналирования истории обслуживания или предсказания пробега транспортного средства до необходимости зарядить батарею. Оставшийся пробег определяется статистически на основе предыдущих данных или использует шаблоны, определённые из текущего состояния заряда и потребления энергии на пробег со времени предыдущего заряда (или предыдущего среднего). Расстояние определяется с помощью других датчиков, соединённых с шиной CAN.

Точность вычисления пробега более важна для электромобилей, которые двигаются только за счёт энергии батарей. Гибридные автомобили и велосипеды/скутеры имеют другой источник энергии, чтобы «добраться домой», если батарея окажется полностью разряженной.

Проблема потери всей энергии когда одна из ячеек выходит из строя может быть смягчена добавлением четырёх более мощных переключателей, которые разделяют батарею в два независимых блока. Если ячейка выходит из строя, переключатель изолирует и отключает половину батареи с повреждённой ячейкой и позволяет электромобилю двигаться с половинной мощностью, используя другую исправную половину батареи.

Выходы модели передаются на дисплей с помощью шины CAN.

Мультиплексирование

Для снижения стоимости, вместо наблюдения каждой ячейки батареи параллельно, устройство слежения за состоянием батареи может содержать мультиплексор, который переключает напряжение от каждой ячейки (входной пары) в одну аналоговую или цифровую выходную линию. Снижение стоимости может быть реализовано снижением стоимости аналоговых и цифровых цепей, уменьшая таким образом общее число компонентов. Помехой является то, что одновременно может контролироваться напряжение только одной ячейки. Для переключения требуется высокоскоростной коммутатор, так что все ячейки могут контролироваться последовательно.

Системы управления батареями так же обеспечивают входы для оценки состояния батареи; в связи с тем, что состояние батареи изменяется на протяжении срока службы, требуется значительно меньшая частота опроса. В зависимости от метода, используемого для определения состояния батареи, количество опросов может быть снижено до одного в день. Измерение сопротивления, например, может проводиться в период, когда транспортное средство не используется. Подсчёт циклов, конечно же, может происходить только во время работы.

Модуль потребности

Модуль потребности аналогичен в некотором отношении модели батареи, в которой содержатся сведения относительно допустимых и предельных режимов работы для параметров, отслеживаемых моделью батареи. Этот модуль так же воспринимает инструкции от шины взаимодействий, например, команды от устройства управления, для принятия заряда рекуперативного торможения, или от других сенсоров, как устройства безопасности или непосредственно от водителя. Этот модуль так же используется для установки и контроля параметров режима работы транспортного средства.

Этот модуль иногда называют модулем персонализации, поскольку он включает обеспечение для программирования в систему всех требований, которые могут быть установлены пользователем. Например, производитель батарей может рекомендовать ограничение температуры по причинам безопасности, при котором батареи будут отключены. Производитель автомобилей может установить два более низких уровня, при одном из которых будет включено принудительное охлаждение, а при другом — выведен сигнал на панель управления.

На гибридных автомобилях, этот модуль взаимодействует с электронной системой контроля двигателя через шину CAN. Это обеспечивает взаимодействие между электрическими двигателями и двигателем внутреннего сгорания для установки желаемого состояния заряда и параметров работы батарей.

Модуль потребности так же содержит блок памяти, предназначенный для хранения данных истории использования и наблюдения за состоянием батареи. Данные для отображения состояния батареи и переключения сигнализации могут быть переданы с помощью шины CAN.

Выход этого модуля является опорной точной для установки рабочих состояний батареи или переключения защитных цепей.

Тестовый доступ к системе управления батареей для наблюдения или установки системных параметров и загрузки журнала истории использования так же может осуществляться через шины RS2332 или RS485.

Логический модуль

Логический модуль сравнивает значения измеренных или вычисленных параметров из модели батареи с желаемыми или эталонными параметрами из модуля требований. Логические цепи обеспечивают выдачу сообщенийоб ошибке или инициацию действий, используемых в различных цепях обратной связи системы управления, чтобы привести систему к желаемому состоянию или отключить батарею в случае небезопасного состояния. Эти сообщения являются входными сигналами для системы контроля батареи.

Системное взаимодействие

Системе управления батареей необходим канал связи для передачи сигналов от различных внутренних функциональных блоков. Он должен быть так же взаимосвязан с внешними системами автомобиля для наблюдения или контроля удалённых сенсоров, приводов, дисплеев, систем безопасности и других устройств.

Автомобильные системы управления используют шину CAN, которая была разработана для обеспечения основного коммуникационного канала.

Система должна включать обеспечение для стандартных автомобильных устройств бортовой диагностики и диагностических кодов ошибок, доступных сервисному инженеру. Это соединение важно для идентификации любых выходов из строя батарей по внешней причине.

Модуль контроля батареи

Модуль контроля батареи содержит все элементы силовых электронных цепей. Он принимает управляющие сигналы от системы наблюдения состояния батареи для управления процесса заряда и переключения силовых выключателей к отдельным ячейкам.

Некоторые функции этого модуля:

  • Контроль напряжения и токового профиля зарядного устройства во время зарядки
  • Обеспечение полной зарядки отдельных ячеек для выравнивания заряда в цепи батареи
  • Отключение батареи при выходе из строя или в аварийных режимах
  • Направление заряда рекуперативного торможения в батарею, если необходимо
  • Компенсация лишнего регенеративного заряда, когда батарея полностью заряжена
  • Реакция на изменения в режиме работы автомобиля

Для обеспечения этих функций, каждая ячейка должна быть обеспечена высокомощным переключателем, способным коммутировать ток в 200 ампер или больше для обеспечения необходимых переключений

Двоичный и прогрессивный контроль

В простейшем случае система управления обеспечивает двоичный On/Off ответ на выход из строя батареи или выход за пределы нормальных режимов функционирования и перегрузки простым полным отключением батареи. Прогрессивный контроль позволяет в случае перегрузки использовать шину связи для передачи сигнала и уменьшения требования мощности.

Балансировка ячеек

Это другая встроенная функция автомобильных систем управления. Как отмечено выше, балансировка требуется для компенсации индивидуальных слабых ячеек, которые могут быть причиной выхода из строя батареи. Причины для балансировки и её воплощение подробно описаны на странице балансировки ячеек.

Режим частичной работоспособности

Несмотря на то, что батареи изготавливаются с гарантией не менее трёх лет, всегда есть возможность выхода из строя из–за повреждения отдельной ячейки. Если ячейка имеет обрыв, батарея приходит в негодность. Тем не менее, система управления батареей конструируется таким образом, чтобы контролировать каждую ячейку и определять повреждённый элемент автоматически. Не сложно разделить батарею на две последовательных или параллельных секции, каждая из которых может независимо присоединяться или отключаться. Это позволяет транспортному средству прибыть к ближайшему пункту ремонта или домой с половиной мощности из нормально функционирующей секции батареи. Этот метод, тем не менее, требует двух высокомощных коммутаторов, но такое удорожание будет обосновано только в случае дорогого повреждения на автостраде.

Увеличение надёжности системы

Автомобильные системы управления батареями так же иногда должны обеспечевать различные функции, которые не являются необходимыми для управления батареями. Это может быть удалённый мониторинг состояния батареи из главного офиса, и это может потребовать включения системы GPS в автомобиль. Водитель может быть осведомлён о малом количестве оставшегося заряда, если он находится далеко от зарядных станций.

К счастью, не все системы управления батареями такие сложные, как эта.

Практическая реализация системы управления батареей

Существует много способов воплощения системы управления батареями, два различных примера для систем напряжением 256 вольт из 80 литиевых-железо-фосфатных ячеек показаны ниже.

Ведущие и ведомые

Ведущие и ведомые, топология звезды, организует ячейки в блоки или модули с одним ведомым в каждом модуле. В этом примере 16 ячеек по 3,2 вольта объединены в модули, каждый выходным напряжением 51,2 вольта, но и другие значения выходного напряжения так же возможны.

  • Ведомые. Каждая ячейка имеет температурный сенсор и соединение с блоком измерения напряжения, все из них соединены с ведомым, который контролирует состояние ячеек и осуществляет балансировку.
  • Ведущий. Несколько ведомых может быть присоединено к ведущему, который контролирует ток и интегрирует его во времени для определения общего потока заряда и учитывает напряжение и температуру ведомых для определения статуса заряда. Ведущий контролирует контакты отключения всей батареи для защиты с помощью данных, получаемых от основного датчика тока или напряжений и температур ведомых. Ведущий так же осуществляет системное взаимодействие.

Эта конфигурация имеет преимущество, что не требует печатных плат для соединения отдельных ячеек и высоковольтные батареи могут быть собраны добавлением модулей, и общий ток не проходит через ведомых; эта структура может быть использована для высокомощных батарей. Сигнал проходит между ведущим и ведомыми упрощая систему управления и контроля. Внутренняя коммуникация может быть осуществлена с помощью шины I2C.

Недостатком является то, что взаимодействие между датчиками и ведомыми происходит в аналоговой форме и поэтому является восприимчивым к помехам, требует большое количество проводов от сенсоров — по 4 на каждую ячейку. Оптически изолированное соединение между ведомыми и ведущим так же требуется, поскольку напряжение на ведомых будет больше, достигая полного напряжения батареи, в случае возрастания числа ячеек.

Взаимодействие с окружающим миром (COM-порты на диаграмме) обычно осуществляется с помощью RS232 или, чаще, USB интерфейсов.

Кольцевая топология

Кольцевая топология использует в ведомых небольшие печатные платы, соединённые с каждой ячейкой для соединения датчиков напряжения и температуры с АЦП, а так же токовые шунты для обеспечения балансировки методом зарядных шунтов и коммуникационное устройство со встроенным ёмкостным изолятором для приёма и передачи сигналов в цифровой форме. Ведомые берут питание от ячеек, которые контролируют и один интерфейс RS 485 тремя проводами соединяется с узлом от всех ведомых с мастером, который поочерёдно опрашивает каждого ведомого и обновляет данные. Ведомые не генерируют никаких сигналов, кроме результатов преобразований АЦП, которые генерируются мастером со всеми функциями наблюдения, защиты и взаимодействия в примере выше.

Основным преимуществом этой схемы является простота конструкции и возможности получения высокой надёжности в автомобильной среде.

Недостатком является большое число маленьких ведомых печатных плат, необходимых для её реализации, и сложность установки на некоторые типы ячеек. В дополнение следует отметить высокую нагрузку на ведущий процессор.

results matching ""

    No results matching ""