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(shè)備，它的主要任務(wù)就是給繼電保護(hù)、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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(dāng)前狀況。可以根據(jù)端電壓判斷蓄電池的充、放電進(jìn)程，當(dāng)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(duì)蓄電池的端電壓的測(cè)量十分重要。

二、不同端電壓測(cè)量方法的分析和比較

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

1.共模測(cè)量法

共模測(cè)量是相對(duì)同一參考點(diǎn)，用精密電阻等比例衰減各測(cè)量點(diǎn)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(jiǎn)單，但是測(cè)量精度低。比如，24節(jié)標(biāo)稱電壓為12V的蓄電池，單節(jié)電池測(cè)試精度為0.5%的測(cè)試系統(tǒng)，單節(jié)電池測(cè)試絕對(duì)誤差為±60mV,24V 節(jié)串聯(lián)積累的絕對(duì)誤差可達(dá)1.44V,顯然，其相對(duì)誤差可達(dá)到12V,這在應(yīng)急電源監(jiān)控系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)造成誤報(bào)警，所以不能滿足應(yīng)急電源監(jiān)控系統(tǒng)的要求。這種方法只適合串聯(lián)電池?cái)?shù)量較少或者對(duì)測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。

2.差模測(cè)量法

差模測(cè)量是通過電氣或電子元件選通單節(jié)電池進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)串聯(lián)電池?cái)?shù)量較多而且對(duì)測(cè)量精度要求較高時(shí)，一般應(yīng)采用差模測(cè)量方法。

2.1繼電器切換提取電壓

傳統(tǒng)的比較成熟的測(cè)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(cè)試原理是：首先將繼電器閉合到蓄電池一側(cè)，對(duì)電解電容充電；測(cè)量時(shí)把繼電器閉合到測(cè)量電路一側(cè)，將電解電容和蓄電池隔離開來(lái)，由于電解電容保持有該蓄電池的電壓信號(hào)，因此，測(cè)試部分只需測(cè)量電解電容上的電壓，即可得到相應(yīng)的單體蓄電池電壓。此方法具有原理簡(jiǎn)單，造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。但是由于繼電器存在著機(jī)械動(dòng)作慢，使用壽命低等缺陷，根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)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(jī)械繼電器改用光耦繼電器，這樣無(wú)需外加電解電容提高了可靠性，速度和使用壽命也隨之達(dá)到要求，但相對(duì)成本要大大提高。用光電隔離器件和大電解電容器構(gòu)成采樣，保持電路來(lái)測(cè)量蓄電池組中單只電池電壓。此電路缺點(diǎn)是：在A/D轉(zhuǎn)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(shí)間及晶體管和隔離芯等器件動(dòng)作延遲決定采樣時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

2.2 V/F轉(zhuǎn)換無(wú)觸點(diǎn)采樣提取電壓

V/F轉(zhuǎn)換法的原理圖如圖1所示，其工作原理如下：信號(hào)采集采用V/F轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的輸入，分壓電阻的分散性可通過V/F轉(zhuǎn)換電路調(diào)整V/F轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出通過光電隔離器件送到模擬開關(guān)，處理器通過控制模擬開關(guān)采集頻率信號(hào)。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(shù)，實(shí)現(xiàn)兩者之間電氣上的隔離。但采用V/F轉(zhuǎn)換作為A/D轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，在小信號(hào)范圍內(nèi)線性度差，精度低。

圖1 V/F轉(zhuǎn)換法的原理圖

2.3浮動(dòng)地技術(shù)測(cè)量電池端電壓

由于串聯(lián)在一起的電池組總電壓達(dá)幾十伏，甚至上百伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬開關(guān)的正常工作電壓，因此需要使地電位隨測(cè)量不同電池電壓時(shí)自動(dòng)浮動(dòng)來(lái)保證測(cè)量正常進(jìn)行，其原理圖如圖2所示。每次工作時(shí)，先由模擬開關(guān)選通，使其被測(cè)電池兩端的電位信號(hào)接入測(cè)試電路，此信號(hào)一方面進(jìn)入差分放大器；另一方面進(jìn)入窗口比較器，在窗口比較器中與固定電位Vr相比較， 從窗口比較器輸出的開關(guān)量狀態(tài)可識(shí)別出當(dāng)前測(cè)量地（GND）的電位是太高，太低或者正好（相對(duì)于Vr）。如果正好，則可以啟動(dòng)A/D進(jìn)行測(cè)量。如果太高或太低，則通過控制器對(duì)地（GND）電位行浮動(dòng)控制。由于地電位經(jīng)常受現(xiàn)場(chǎng)干擾發(fā)生變化，而該方法不能對(duì)地電位進(jìn)行實(shí)時(shí)精確控制，因而影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。

圖2 浮動(dòng)地技術(shù)原理圖