串聯(lián)電池組電壓測量方法分析與研究

    一、前言

    目前，發(fā)電廠、變電站的操作電源系統(tǒng)大多采用直流電源，直流電源系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站非常重要的一種二次設備，它的主要任務就是給繼電保護、斷路器分合閘及其它控制提供可靠的直流操作電源和控制電源，它要求配置蓄電池系統(tǒng)。實踐經(jīng)驗表明，在所有表征蓄電池的參數(shù)之中，蓄電池的端電壓最能體現(xiàn)蓄電池的當前狀況。可以根據(jù)端電壓判斷蓄電池的充、放電進程，當前電壓是否超出允許的極限電壓。還可以判斷蓄電池組的均一性好壞等。 因此，對蓄電池的端電壓的測量十分重要。

    二、不同端電壓測量方法的分析和比較

    蓄電池工作狀態(tài)的監(jiān)測關鍵在于蓄電池端電壓和電流信號的采集。由于串聯(lián)蓄電池組中的電池數(shù)量較多，整組電壓很高，而且每個蓄電池之間都有電位聯(lián)系，因此直接測量比較困難。在研究蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)過程中。人們提出了許多測量串聯(lián)電池組單只電池端電壓的方法。概括起來，主要有以幾種：

    1.共模測量法

    共模測量是相對同一參考點，用精密電阻等比例衰減各測量點電壓，然后依次相減得到各節(jié)電池電壓。該方法電路比較簡單，但是測量精度低。比如，24節(jié)標稱電壓為12V的蓄電池，單節(jié)電池測試精度為0.5%的測試系統(tǒng)，單節(jié)電池測試絕對誤差為±60mV,24V 節(jié)串聯(lián)積累的絕對誤差可達1.44V,顯然，其相對誤差可達到12V,這在應急電源監(jiān)控系統(tǒng)中經(jīng)常會造成誤報警，所以不能滿足應急電源監(jiān)控系統(tǒng)的要求。這種方法只適合串聯(lián)電池數(shù)量較少或者對測量精度要求不高的場合。

    2.差模測量法

    差模測量是通過電氣或電子元件選通單節(jié)電池進行測量。當串聯(lián)電池數(shù)量較多而且對測量精度要求較高時，一般應采用差模測量方法。

    2.1繼電器切換提取電壓

    傳統(tǒng)的比較成熟的測試方法是用繼電器和大的電解電容做隔離處理，其基本的測試原理是：首先將繼電器閉合到蓄電池一側，對電解電容充電；測量時把繼電器閉合到測量電路一側，將電解電容和蓄電池隔離開來，由于電解電容保持有該蓄電池的電壓信號，因此，測試部分只需測量電解電容上的電壓，即可得到相應的單體蓄電池電壓。此方法具有原理簡單，造價低的優(yōu)點。但是由于繼電器存在著機械動作慢，使用壽命低等缺陷，根據(jù)這一原理實現(xiàn)的檢測裝置在速度，使用壽命，工作的可靠性方面都難以令人滿意。為解決上面問題可將機械繼電器改用光耦繼電器，這樣無需外加電解電容提高了可靠性，速度和使用壽命也隨之達到要求，但相對成本要大大提高。用光電隔離器件和大電解電容器構成采樣，保持電路來測量蓄電池組中單只電池電壓。此電路缺點是：在A/D轉換過程中1電容上的電壓能發(fā)生變化，使精度趨低，而且電容充放電時間及晶體管和隔離芯等器件動作延遲決定采樣時間長等缺點。

    2.2 V/F轉換無觸點采樣提取電壓

    V/F轉換法的原理圖如圖1所示，其工作原理如下：信號采集采用V/F轉換的方法，單節(jié)蓄電池采用分別采樣，取單節(jié)蓄電池的端電壓經(jīng)分壓（降低功耗）后作為V/F轉換的輸入，分壓電阻的分散性可通過V/F轉換電路調(diào)整V/F轉換信號輸出通過光電隔離器件送到模擬開關，處理器通過控制模擬開關采集頻率信號。數(shù)據(jù)采集電路與數(shù)據(jù)處理電路采用光電隔離和變壓器隔離技術，實現(xiàn)兩者之間電氣上的隔離。但采用V/F轉換作為A/D轉換器的缺點是響應速度慢，在小信號范圍內(nèi)線性度差，精度低。