EN
Батареямен жұмыс істейтін құрылғылардың сенімділігі мен өнімділігін қамтамасыз ету үшін батарея кернеуін дәл өлшеу маңызды. Тұтынушылық электроникада, автомобиль жүйелерінде немесе қайталанатын энергия сақтау жүйелерінде болсын, батарея кернеуін қалай дәл өлшеуге болатынын білу құрылғылардың істен шығуын болдырмауға, батарея қызмет ету мерзімін ұзартуға және қауіпсіздікті қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Бұл мақала сізге батарея кернеуін өлшеудің принциптері, әдістері, қателермен жұмыс істеу, байланыс шешімдері және қолдану мысалдары туралы түсінік береді және батарея кернеуін қалай дәл өлшеуге болатыны туралы толық мағлұмат ұсынады.
Батарея кернеуін өлшеудің негізгі принципі
Батарея кернеуін дәл қалай өлшеуге болатынын түсіну үшін, біріншіден, оның артындағы негізгі принципті түсінуіміз керек. Батарея химиялық реакциялар арқылы электр энергиясын шығарады және оның оң және теріс шығыстары арасында потенциалдар айырымын (кернеу) туғызады. Вольтметр осы шығыстарға қосылған кезде, ол осы потенциалдар айырымын өлшейді.
Дәл өлшеудің кілті — бұл процесте батареядан алынатын токты ең аз деңгейде ұстау. Батареялардың ішкі кедергісі бар болғандықтан, маңызды ток ағымы осы кедергіде кернеудің түсуіне әкеліп соғады және нәтижесінде дұрыс емес көрсеткіш береді. Сондықтан жақсы вольтметр өте жоғары кіріс импедансына ие болуы керек, сонда тек елеусіз ток ғана тартылады.
Жоғарыдағы схема LM3915 чипін қолданып, аккумулятор кернеуінің деңгейін көрсететін тізбекті көрсетеді. Ол тек кернеуді ғана емес, сонымен қатар LED-тер сериясы арқылы деңгейді де көрсетеді. Бұл аккумулятор кернеуі жөнінде сандық және сапалық ақпаратты қамтамасыз ету үшін кернеу өлшеу тізбектерін қалай жобалауға болатынын көрсетеді.
Аккумулятор кернеуін өлшеу бойынша қадамдық нұсқаулық
Аккумулятор кернеуін өлшеу қиын болуы міндетті емес. Дұрыс құралдар мен дұрыс техникаларды пайдаланып, сіз дәл нәтижелерге қол жеткізе аласыз. Төменде қадамдық нұсқаулық келтірілген:
- Қажетті құралдарды дайындаңыз : Сізге кернеу өлшеу функциясы бар сандық мультиметрге (DMM) қажет. DMM-дің тиісті кернеу диапазонына орнатылғанына көз жеткізіңіз. Көптеген аккумуляторлар үшін 0 - 20 В диапазоны жеткілікті болады.
- Құрылғыны өшіріңіз (қажет болса) : Егер аккумулятор құрылғыға орнатылған болса, өлшеуге әсер етуі мүмкін жүктеме тогын болдырмау үшін құрылғыны өшіріңіз.
- Аккумулятор терминалдарын анықтаңыз : Аккумулятордың оң (+) және теріс (-) тұйықтарын табыңыз. Олар әдетте аккумулятор корпусында белгіленеді.
- Мультиметр сымдарын қосыңыз : DMM-нің қызыл сымын оң тұйыққа, қара сымын теріс тұйыққа жалғаңыз. Нақты байланысты қамтамасыз ету үшін тығыз қосылуына көз жеткізіңіз.
- Өлшеу нәтижесін оқыңыз : DMM дисплейінің тұрақтана түсуін күтіп, көрсеткішті жазып алыңыз. Бұл аккумулятордың ашық тізбектегі кернеуі.
Бұл сурет цифровой мультиметрмен аккумулятор кернеуін өлшеудің нақты орнатылымын көрсетеді. Сымдардың аккумулятор тұйықтарына қалай жалғанғанына және мультиметрдің анық көрсеткіш беруіне назар аударыңыз. Бұл қадамдарды қадағалай отырып, сіз көптеген жағдайларда аккумулятор кернеуін дәл өлшей аласыз.
Жиі кездесетін өлшеу қателерінің себептері және олармен жұмыс жасау тәсілдері
Ұқыпты өлшегенге қарамастан, қателер пайда болуы мүмкін. Мұндай қателерді түсіну және оларды болдырмау аккумулятор кернеуін дәл өлшеу үшін маңызды.
Қосылым кедергісі : Мультиметр ұштарын аккумулятор терминалдарына қосқанда, нашар контакт кедергіні енгізуі және кернеудің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Оны азайту үшін ұштардың таза болатынын және терминалдармен тығыз байланысатынын қамтамасыз етіңіз. Қысқыштары сүйір, жақсы күйде болатын ұштарды пайдалану да көмектеседі.
Температураның әсері : Аккумулятор кернеуі температураға байланысты. Аккумулятордағы химиялық реакциялар жоғары температурада жылдамдайды, кернеуді арттырады, ал төмен температурада баяулайды, кернеуді төмендетеді. Егер жоғары дәлдік қажет болса, белгілі, тұрақты температурада аккумуляторды өлшеңіз және түзету үшін аккумулятордың температуралық коэффициенті деректеріне жүгініңіз.
Жүктеме тогы : Бұрын айтылғандай, өлшеу кезінде ағып отырған жүктеме тогы аккумулятордың ішкі кедергісіне байланысты кернеудің төмендеуіне әкеледі. Мүмкіндігінше әрқашан аккумуляторды ашық тізбекте (жүктемесіз) өлшеңіз. Егер аккумулятор жүктеме астында болуы керек болса, қосымша кедергі әсерін жою үшін төрт сымды өлшеу әдісін (Кельвин сезімталдығы) қолданыңыз.
Мультиметр дәлдігі : Мультиметрдің өзінің дәлдігі де фактор болып табылады. Маңызды өлшеулер үшін кемінде ±0,5% дәлдік класы бар калибрленген мультиметрді пайдаланыңыз. Регулярлы калибрлеу мультиметрдің уақыт өте келе дәлдігін сақтауға көмектеседі.
Бұл қате көздеріне назар аударып және тиісті шаралар қолдана отырып, сіз батарея кернеуін өлшеудің дәлдігін едәуір арттыра аласыз.
Батарея кернеуін өлшеу жүйелері үшін байланыс шешімдері
Көптеген қолданбаларда, әсіресе бірнеше батарея немесе аккумуляторлық блоктар қатысқан кезде, кернеуді өлшеу деректерін орталықтық бақылау жүйесіне жеткізу қажет. Осы мақсат үшін бірнеше байланыс протоколдары мен топологиялар қолданылады, олардың әрқайсысының өзіндік артықшылықтары бар.
CAN BUS контроллер аймағының желісі (CAN) автокөлік және өнеркәсіптік қолданбаларда жоғары сенімділігі мен нақты уақытта жұмыс істеуіне байланысты кеңінен қолданылады. Ол электромагниттік ынталандыруға (EMI) төзімді болатын дифференциалды сигнал беру схемасын қолданады. CAN-шина бір шинада бірнеше түйінді қолдайды, бұл батареяны бақылау модульдерін оңай интеграциялауға мүмкіндік береді.
Жоғарыдағы суретте CAN-шинаның кернеу сигналдары мен түйіндердің берілуі көрсетілген. CAN_H және CAN_L желілері арасындағы дифференциалды кернеу тіршілік иелері бар орталарда тіпті берік байланысты қамтамасыз етеді.
RS485 rS485 өнеркәсіптік байланыс үшін басқа да танымал таңдау болып табылады. Ол ұзақ қашықтықта (1200 метрге дейін) байланысты қолдайды және бір шинада 32 құрылғыға дейін қосылуға мүмкіндік береді. CAN секілді RS485 тауекелділіктің болмауы үшін дифференциалды сигнал беруді қолданады. Күн энергиясын сақтау және UPS қолданбалары үшін аккумуляторларды басқару жүйелерінде жиі қолданылады.
Бұл схема RS485-ке тән дифференциалды шиналы байланыс жүйесін көрсетеді. Бұрылған жұп сымдар мен шеткі резисторларды қолдану сигналдың шағылуын азайтуға және сенімді деректер берілуін қамтамасыз етуге көмектеседі.
Modbus modbus RS485 және Ethernet желілерімен жиі қолданылатын протокол. Ол құрылғылар арасында деректерді қалай құрылымдау мен беруді анықтайды. Modbus протоколін іске асыру оңай және кеңінен қолдау көрсетілетіндіктен, батарея кернеуін өлшеуді бар мониторинг жүйелеріне интеграциялау үшін жақсы таңдау болып табылады.
Жоғарыдағы схемада сұраныс пен жауап үшін Modbus хабарламаларының фреймдері көрсетілген. Modbus хабарламаларының қарапайым құрылымы оны іске асыруды және қателерді түзетуді оңайлатады.
Тізбектелген құрылым : Шығын тізбегіндегі топологияда әрбір аккумуляторды бақылау модулі келесісіне тізбектей жалғанады, осылайша тізбек құрылады. Бұл сымдарды жалғау үшін қарапайым және модульдер сызықты түрде орналасқан қолданыстар үшін қолайлы. Дегенмен, егер бір модуль істен шықса, одан әрігі модульдермен байланыс бұзылуы мүмкін. Оны болдырмау үшін кейбір шығын тізбегінің жүзеге асырулары өткізу тізбектерін қосады.
RS232 : RS232 — қысқа арақашықтықтағы (15 метрге дейін) нүктеден-нүктеге байланыс үшін қарапайым, төмен жылдамдықты байланыс протоколы. Көбінесе зертханалық орнатуларда бір ғана аккумуляторды өлшеу құрылғысын компьютерге қосу үшін қолданылады.
Байланыс шешімін таңдағанда түйіндер саны, байланыс қашықтығы, дабыл ортасы және бар интеграцияланған жүйелермен ынтымақтастық сияқты факторларды ескеріңіз. КӨПШІЛІК жүйесі мен RS485 көбінесе өнеркәсіптік және автомобиль қолданыстары үшін үздік таңдау болып табылады, ал Modbus деректер алмасу үшін икемді протокол ұсынады.
Өнімділік тестілеу сценарийлеріндегі қолданыс мысалдары
Батарея кернеуін өлшеу әртүрлі салалардағы өнімділікті сынақтан өткізудің негізгі бөлігі болып табылады. Дәлме-дәл кернеу өлшемі маңызды болып табылатын бірнеше қолданыс жағдайларын қарастырайық.
Тұтынушылық электрониканы сынау : Смартфондар, ноутбуктер мен планшеттерді әзірлеу кезінде аккумулятордың жұмыс істеу уақыты мен өнімділігі негізгі сату ерекшеліктері болып табылады. Өндірушілер батареяның әртүрлі жүктемелер кезінде (мысалы, бейнені ойнату, ойындар, дайындық режимі) қалай жұмыс істейтінін бағалау үшін кең көлемді кернеу сынақтарын жүргізеді. Уақыт өте кемуін өлшеу арқылы олар қуатты басқару алгоритмдерін тиімдестіре алады және аккумулятордың жұмыс істеу уақытын дәл бағалай алады.
Электрлік көліктердің аккумулятор блоктары : Электр көліктер (EV) жүздеген немесе мыңдаған жеке ұяшықтардан тұратын үлкен батареялық қораптарға сүйенеді. Әрбір ұяшықтың кернеуі зарядтаудың және разрядтаудың тепе-теңдігін қамтамасыз ету үшін үздіксіз бақылануы керек, бұл қораптың сыйымдылығы мен қызмет ету мерзімін ең жоғары деңгейге көтереді. Ұяшық кернеулеріндегі тепе-теңдіктің болмауы жүріс қашықтығының азаюына, уақытынан бұрын шығындалуға немесе тіпті қауіпсіздікке қауіп-қатерге әкелуі мүмкін. EV аккумуляторларын басқару жүйелерінде әрбір ұяшық модулінен кернеу деректерін жинау үшін жиі CAN bus қолданылады.
Возобновляемые системы хранения энергии : Күн және жел энергиясын сақтау жүйелері артық энергияны сақтау үшін батареяларды пайдаланады. Батареялық банкінің заряд күйін (SOC) және денсаулық күйін (SOH) бақылау үшін кернеуді өлшеу маңызды. RS485 байланысы жиі таратылған батареялық бақылау бірліктерін орталықтандырылған басқару құрылғысына қосу үшін қолданылады, бұл өлшенген кернеуге негізделе отырып, зарядтау мен разрядтауды басқарады.
Үзіліссіз қуаттама жабдықтары (UPS) uPS жүйелері желілік қуат беру тоқтаған кезде резервтік қуатты қамтамасыз етеді. Батареяның кернеуі үнемі бақыланып отырады, сондықтан резервтік қуатқа ауысу уақытын дәл анықтауға және батарея толық зарядталғанына көз жеткізуге болады. Modbus протоколі UPS жүйелерінде жиі қолданылады, ол батареяны бақылауды жалпы қуат басқару жүйесімен интеграциялау үшін қажет.
Бұл барлық жағдайларда батарея кернеуін дәл өлшеу және деректерді сенімді түрде жеткізу мүмкіндігі жұмыс өнімділігін арттыру, қауіпсіздікті қамтамасыз ету және батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту үшін маңызды. Жоғарыда талқыланған байланыс шешімдері осы мақсаттарға жету үшін маңызды рөл атқарады.
Қорытынды
Тұтынушы электроникасынан бастап өнеркәсіптік жүйелерге дейінгі көптеген қолданыстарда дәл батарея кернеуін өлшеу өте маңызды. Негізгі принциптерді түсіну, дұрыс өлшеу әдістерін қолдану, пайда болуы мүмкін қателерді шешу және сәйкес байланыс шешімдерін таңдау арқылы сіз дәл және сенімді кернеу өлшеулерін қамтамасыз ете аласыз.
Негізгі қадамдарға потенциалдар айырмасын өлшеу принципін түсіну, дұрыс құралдар мен әдістерді қолдану, контактілік кедергі мен температурадан туындайтын қателерді болдырмау және деректерді беру үшін CAN bus, RS485 немесе Modbus сияқты қолайлы байланыс протоколдарын таңдау енеді. Өнімділікті сынау бойынша қолдану мысалдары батареяның өнімділігін оптимизациялауда және қауіпсіздікті қамтамасыз етуде осы өлшемдердің маңызын көрсетеді.
Сіз қандай дағды иесі, инженер немесе техник болып тұрсаңыз да, бұл мақалада келтірілген білім мен әдістер сізге батарея кернеуін дәл және тиімді өлшеуге көмектеседі. Батарея технологиясы дамуды жалғастырған сайын, дәл кернеу өлшеудің қажеттілігі тек арта түседі, бұл күнделікті өмірде технологияға негізделген құнды дағды болып табылады.