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1 引 言 應急電源多采用蓄電池提供能源，為了獲得足夠高的電壓通常采用多塊電池串聯的方式進行工作，例如用24、32或48節鉛酸蓄電池組成。電池組的失效往往是從單塊電池失效開始的，尤其對于使用時間較長但又不超過使用期限的電池組，依靠維護人員的日常檢查既耗時又不方便，也不符合現代管理的需要。因此，對于單塊電池的電壓進行自動巡檢，以便及時發現問題，就變得極為重要。而對電池組單塊電池電壓進行測量存在以下主要技術難點。 (1)從降低成本角度考慮可采用多路選擇方式測量，但是其電壓范圍超出了標準模擬開關產品的工作電壓范圍而采用機械繼電器將在速度、使用壽命、工作的可靠性方面都難以令人滿意。 (2)為確保測量的精度，單元電池采用懸浮測量，系統設計時要考慮信號采集電路與信號處理電路采取有效的電氣隔離。 (3)由于電池組串聯電池數的增加，測量電路的功耗難于降低。國內已有很多關于單個單元電池的端電壓側測量方法的提出，構造電阻網絡提取電壓、繼電器切換和V／F轉換無觸點采樣提取電壓。 2 串聯電池組測量方法 2．1 電阻網絡提取電壓 從理論上分析這種方法是可行的，但在實際中卻難以實現。比如，24節標稱電壓為12 V蓄電池，單節電池測試精度為O．5％的測試系統，單節電池測試絕對誤差為±60 mV，24節串聯積累的絕對誤差可達1．44 V，顯然，其相對誤差可達到12％，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。 2．2 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，基本原理如圖1所示。 其基本的測試原理是：首先將繼電器閉合到A區，對電解電容充電；測量時把繼電器閉合到B區，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，測試部分只需測電解電容上的電壓，即可得到相應的蓄電池電壓。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，實踐證明，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。 2．3 V／F轉換無觸點采樣提取電壓 V／F轉換無觸點采樣提取電壓方法雖有提出，但是目前還沒有應用到解決較多電池串聯后單體電壓測量中，本文就借助V／F轉換方法，考慮前面提出的單元電池電壓測量電路設計存在的主要技術難點，設計了一套單元電池電壓測量系統。 3 單元電池電壓測量系統的整體實現方案 在本系統中主要完成以下幾方面的功能。其總體實現如圖2所示。 3．1 工作原理 信號采集采用V／F轉換的方法，單元電池采用分別采樣，取單元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，實現了兩者之間電氣上的隔離。 整機設計從功耗和儀表機械外形考慮，對電路的結構做了處理，采集電路采集和處理分開設計，每塊采集板可采集8路電池電壓信號最為采集部分，可根據所要測量的電池數方便地選擇采集板塊數。另設計一塊主板，通過扁平導線將每塊采集板與主板連接，統一對采集到的信號進行處理。整機供電直流5 V，V／F轉換供電采用開關電源將5 V直流通過DC／DC模塊逆變為V／F轉換電路電源(后面說明)，由于上面電路結構的特殊設計，每塊采集板的供電可控，可節省整機功耗。 4 數據通信 巡檢儀中用到并行、串行、485接口3種通信方式實現數據通信，通信原理如圖3所示，主板采用雙CPU，分別負責數據處理和遠傳通信，他們之間采用了直接并行通信進行數據傳輸，實現簡單并能達到傳輸數據的需要；485接口的使用是為了能夠將采集到的數據遠傳到PC機；為簡化巡檢儀接線，巡檢儀采用了分體式結構，利用串行通信方式將數據通過一根屏蔽線送儀表顯示單片機。幾種通信方式的合理應用方便了安裝，并大大體高了巡檢儀運行的可靠性。 圖3 數據通信原理 5 電源設計 5．1 整機供電 設計中整機供電采用集成開關穩壓電源提供5 V直流，這樣可以滿足設計電源的一致性。 5．2 V／F轉換供電 由于設計中每節蓄電池都需要單獨的V／F轉換電路，而每個壓頻轉換電路都需要單獨的電源，綜合采樣電壓要求和對整機功耗的考慮，由于采樣電壓送到V／F轉換電路前已經進行了分壓處理，所以只需供電，基于以上的考慮，可通過將5 V電源逆變的方法實現，設計電源原理如圖4所示。 每塊采集板需要提供8路直流10V供電電源，由于V/F轉換供電只需滿足比測量電壓高，10V供電輸出不需要穩壓處理就可以滿足要求。 6 結論 （1） 采用V/F轉換的測量方法解決了電池組串聯高電位與測量電路需要共地的矛盾。 （2） 對單電池直接采樣，可充分保證測量的精度。 （3） 儀表采用分體式（把測量和顯示分開）接口有利于儀表的安裝。 （4） 光電隔離提高了測量電池組的能力。 （5） 幾種數據通信的結合，使每個CPU分工明確，提高了儀表運行的可靠性。 （6） 采用高頻升壓電源為V/F轉換采樣電路供電，既解決了多路供電的需要，又縮小了供電變壓器的體積。 |
