一、前言

目前，發電廠、變電站的操作電源系統大多采用直流電源，直流電源系統是發電廠、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。實踐經驗表明，在所有表征蓄電池的參數之中，蓄電池的端電壓最能體現蓄電池的當前狀況。可以根據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

蓄電池工作狀態的監測關鍵在于蓄電池端電壓和電流信號的采集。由于串聯蓄電池組中的電池數量較多，整組電壓很高，而且每個蓄電池之間都有電位聯系，因此直接測量比較困難。在研究蓄電池監測系統過程中。人們提出了許多測量串聯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電池電壓。該方法電路比較簡單，但是測量精度低。比如，24節標稱電壓為12V的蓄電池，單節電池測試精度為0.5%的測試系統，單節電池測試絕對誤差為±60mV,24V 節串聯積累的絕對誤差可達1.44V,顯然，其相對誤差可達到12V,這在應急電源監控系統中經常會造成誤報警，所以不能滿足應急電源監控系統的要求。這種方法只適合串聯電池數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電池進行測量。當串聯電池數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，根據這一原理實現的檢測裝置在速度，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，單節蓄電池采用分別采樣，取單節蓄電池的端電壓經分壓（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。數據采集電路與數據處理電路采用光電隔離和變壓器隔離技術，實現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，在小信號范圍內線性度差，精度低。

圖1 V/F轉換法的原理圖

2.3浮動地技術測量電池端電壓

由于串聯在一起的電池組總電壓達幾十伏，甚至上百伏，遠遠高于模擬開關的正常工作電壓，因此需要使地電位隨測量不同電池電壓時自動浮動來保證測量正常進行，其原理圖如圖2所示。每次工作時，先由模擬開關選通，使其被測電池兩端的電位信號接入測試電路，此信號一方面進入差分放大器；另一方面進入窗口比較器，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量狀態可識別出當前測量地（GND）的電位是太高，太低或者正好（相對于Vr）。如果正好，則可以啟動A/D進行測量。如果太高或太低，則通過控制器對地（GND）電位行浮動控制。由于地電位經常受現場干擾發生變化，而該方法不能對地電位進行實時精確控制，因而影響整個系統的測量精度。

圖2 浮動地技術原理圖