怎樣測(cè)量串聯(lián)電池組電壓

1、怎樣測(cè)量串聯(lián)電池組電壓目前，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。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)

2、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 數(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

3、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，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，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

4、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)。2.2V/F轉(zhuǎn)換無觸點(diǎn)采樣提取電壓V/F轉(zhuǎn)換法的原理圖1所示，其原理如下：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

5、度低。圖1V/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 保證測(cè)量正常進(jìn)行，其原理圖2所示。每次時(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)

6、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3線性電路直接采樣法線性電路直接采樣法是為每個(gè)蓄電池配置一塊采集板，貼近蓄電池安 裝，就近完成信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行處理和傳輸。該方法的原理框圖3所示。圖3線性電路直接采樣法原理框圖該方法采用線性運(yùn)算放大器組成線性采樣電路、后經(jīng)電壓跟隨器送入 A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)系統(tǒng)、無須外加采樣保持電 路，根據(jù)串聯(lián)電池組總電壓的大小、選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)、無須電阻分壓 網(wǎng)絡(luò)或改變地電位、就可以直接測(cè)量任意一只電池的電壓。線性電路圖4所示，該電路為典型的

7、增益可調(diào)性能優(yōu)良的差動(dòng)運(yùn)算線 性電路。圖中A1和A2構(gòu)成精密電壓跟隨器、A3是差動(dòng)放大輸出電路、A4 是增益調(diào)節(jié)輔助放大器。根據(jù)運(yùn)算放大器的特性，可分析計(jì)算出經(jīng)過采樣 電路后的輸出電壓為：取Rn1=Rn2=Rn3=Rn4，則有第-節(jié)蓄電池經(jīng)采樣電路變換后的電壓為：圖4差動(dòng)運(yùn)算線性電路原理圖電路增益的調(diào)節(jié)由電阻R決定、范圍很寬、而且線性很好、這就保證 了差動(dòng)運(yùn)算的精度，只要兩個(gè)輸入運(yùn)算放大器的基本特性相同，則失調(diào)電 壓的影響就很小，滿足條件Rn1/Rn2=Rn3/Rn4時(shí)、電路就有良好的共模抑 制特性。由于A4的輸出阻抗很低、調(diào)節(jié)R改變?cè)鲆鏁r(shí)、電路的共模抑制 能力不受影響，為了確保該電路的優(yōu)良特

8、性、運(yùn)算放大器A4的選擇十分 重要，如果要求共模抑制能力很強(qiáng)、則除選擇精密繞線電阻Rn1、Rn2、Rn3、 Rn4以外、A4應(yīng)選擇高增益型的運(yùn)算放大器。該電路的輸出電壓就是單節(jié)蓄電池的端電壓，由于是線性電路，因此 可以快速跟蹤測(cè)量單節(jié)蓄電池電壓的變化。該電路的輸入阻抗很大，而蓄 電池的內(nèi)阻很?。ㄒ话阒挥袔缀翚W、甚至零點(diǎn)幾毫歐），因而保證了很高 的測(cè)量精度，為正確判斷蓄電池組的當(dāng)前狀態(tài)提供了準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)。另 外、該電路還有很好的可擴(kuò)展性能，選擇適當(dāng)?shù)腞n1Rn5的值、可以測(cè)量 標(biāo)稱電壓是2V、6V和12V，的電池、還可以測(cè)量電池組總電壓。電池保養(yǎng)常識(shí)：1記憶效應(yīng)鎳氫充電電池上常見的現(xiàn)象。具體表

9、現(xiàn)就是：如果長(zhǎng)期不充 滿電就開始使用電池的話，電池的電量就會(huì)明顯下降，就算以后想充滿也 充不滿了。所以保養(yǎng)鎳氫電池的重要方式就是：電必須用完了才能開始充 電，充滿了電了才允許投入使用。現(xiàn)在常用的鋰電池的記憶效應(yīng)是可以小 到忽略不計(jì)的。2完全充電，完全放電是針對(duì)鋰電池來說的。完全放電就是指把用電智能設(shè)備，如手機(jī)，調(diào)整到最低功率狀態(tài)耗去 電量直到手機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)的過程。完全充電就是指把完全放電的用電智能設(shè)備，如手機(jī)，接到充電器上 直到手機(jī)上提示“充滿”的過程。3過度放電是針對(duì)鋰電池來說的。完全放電后鋰電池內(nèi)部還會(huì)留有少量電量，但這部分電量對(duì)于鋰電池 的活性和壽命至關(guān)重要。過度放電：完全放電后，如果繼續(xù)

10、采用其它方式，如：強(qiáng)行再次開啟 手機(jī)、電池接小燈泡耗費(fèi)殘留電量的話，這叫過度放電，會(huì)對(duì)鋰電池造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。4保護(hù)芯片鋰電池對(duì)充放電時(shí)對(duì)接入的電流電壓有極為嚴(yán)格的要求，為了保護(hù)電 池不因?yàn)橥饨珉姯h(huán)境失常而損壞，電池本體內(nèi)部會(huì)設(shè)置管理電池狀態(tài)的芯 片。這個(gè)芯片同時(shí)還有記錄電池容量，校正電池容量的功能?，F(xiàn)在，就算 是山寨手機(jī)電池也是不會(huì)節(jié)省這個(gè)關(guān)鍵的保護(hù)芯片的，不然山寨手機(jī)電池 根本不可能用很久。5過沖過放保護(hù)電路用電智能設(shè)備內(nèi)置的全面管理電池的芯片及電路。比如手機(jī)上，就有這樣的電路，大概功能如下：6電時(shí)，提供最合適的電壓電流給電池。在合適的時(shí)機(jī)停止充電。7充電時(shí)，時(shí)刻檢查電池殘留電量，在合適

11、的時(shí)機(jī)命令手機(jī)關(guān)機(jī)，防止 過度放電。8開機(jī)時(shí)，檢查電池是否已被完全放電，如果已被完全放電，則提示用 戶充電，然后關(guān)機(jī)。9避免電池或充電線電力異常，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)斷開電路，保護(hù)手機(jī)。10過度充電：是針對(duì)鋰電池來說的。正常情況下，鋰電池充到一定電壓（也就是充滿）就會(huì)被上級(jí)電路截 斷充電電流，但由于某些設(shè)備內(nèi)置的過沖過放保護(hù)電路的電壓電流參數(shù)不 同（如手機(jī)電池座充），導(dǎo)致雖已充滿，但還未停止充電的現(xiàn)象。過度充電也會(huì)導(dǎo)致電池性能傷害。11激活鋰電池長(zhǎng)期（三個(gè)月以上）不使用，會(huì)產(chǎn)生電極材料鈍化，電池性能 下降，可以采用三次完全充電、完全放電來解除純化，發(fā)揮出電池的最高 性能。二、常見錯(cuò)誤觀點(diǎn)：1首先使用必須

12、進(jìn)行完全放電，然后進(jìn)行完全充電，重復(fù)三次，以便于 激活電池。否則電池就永遠(yuǎn)都不好用了！ ！解答：如果實(shí)在閑的沒事做， 這么做可以，但不是必須的，因?yàn)榧せ畈僮鞑皇潜仨毞旁诘谝淮问褂镁妥?的。只要隨著不斷的使用，電極鈍化無需刻意激活也可以慢慢消失。2，充電時(shí)不要使用手機(jī)，對(duì)電池有害，也會(huì)產(chǎn)生超大量輻射傷害人體。解答：充電時(shí)使用手機(jī)是否對(duì)電池有害要根據(jù)情況來說（本文后會(huì)說 明），但是有一點(diǎn)可以確定的是，充電時(shí)使用手機(jī)絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生比平時(shí)使用手機(jī)多的輻射。鋰電池在壽命周期內(nèi)只能充放電XXX次，所以每次用就盡量用到自動(dòng) 關(guān)機(jī)，每次充就盡量充到滿電。第一個(gè)子句是對(duì)的，后面是錯(cuò)的。這個(gè)次數(shù)中的每一次，都是指完

13、整的一次，比如從20%充電到30%停 止充電，這個(gè)只算是1/10次，從80%放電到60%,只能算是1/5次。前三次充電必須達(dá)到12小時(shí)，否則就影響電池性能。如果是為了激活電池，只需要手機(jī)提示充滿電就已經(jīng)足夠，一般手機(jī)， 都會(huì)在5小時(shí)內(nèi)提示充滿，完成后如果繼續(xù)接著充電器，過沖過放保護(hù)電 路會(huì)截?cái)嗍謾C(jī)的充電電流。之后電池就處于不狀態(tài)，和充滿后馬上撥除充 電線的效果是一樣的。前三次充電必須達(dá)到12小時(shí)是針對(duì)鎳氫充電電池來說的，結(jié)果被很 多廠家習(xí)慣性地、無知地寫在鋰電池用戶手冊(cè)上，沒文化真可怕。國(guó)際大 廠，如戴爾，聯(lián)想，華碩，apple的產(chǎn)品上是絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)“12小時(shí)”這 樣的文字的。而且對(duì)于鋰電池來

14、說，這是共性，也是原理的一部分，不可 能有的廠家生產(chǎn)的需要12小時(shí)，有的廠家的不需要。需要注意的是，如果采用座充，由于絕大部分座充達(dá)不到官方線充的 最高電流，充電時(shí)間可能會(huì)超過6小時(shí)，但只要充滿電，坐充也會(huì)自動(dòng)斷 電，和用線充是一樣的。充滿電了就最好馬上撥除充電線，防止過充。過沖過放保護(hù)電路不是吃素的，OK！如果發(fā)生過充，多半是因?yàn)檫^ 沖過放保護(hù)電路損壞，但以現(xiàn)在的電子產(chǎn)品工藝和抗壓能力來說，這概率 實(shí)在低到不行，不必提心吊膽。手機(jī)一旦開始提示用戶充電，就一定要馬上充電，或者馬上關(guān)機(jī)，避 免過放。過沖過放保護(hù)電路不是吃素的，OK！這個(gè)電路會(huì)在必要的時(shí)候（也 就是過放之前）強(qiáng)制關(guān)機(jī)，不會(huì)損壞電池

15、的。手機(jī)的提示是為了讓用戶提 前知道，以提前做好處理或者心理準(zhǔn)備。需要注意的是，如果手機(jī)已經(jīng)自動(dòng)關(guān)機(jī)就千萬不能為了打個(gè)電話而強(qiáng) 行開機(jī)了，因?yàn)楹苡锌赡茉斐蛇^放，而且由于保護(hù)的存在，開機(jī)未完成前 多半會(huì)被過沖過放保護(hù)電路強(qiáng)行斷電。三、正確地使用1新出廠的電池：無需任何處理，如激活等，可直接投入正常使用。2閑置不長(zhǎng)時(shí)間的電池（三個(gè)月內(nèi)）：無需任何處理（如激活等），可直 接投入正常使用。3置較長(zhǎng)時(shí)間的電池（三個(gè)月以上）：可做激活處理，使得電池活性達(dá) 到最高，也可不做，使其隨著正常使用自然恢復(fù)到最高活性。4子產(chǎn)品的評(píng)測(cè)人員，為了保證對(duì)電池續(xù)航時(shí)間的正確統(tǒng)計(jì)，有必要在 測(cè)試前進(jìn)行激活處理。5鋰電池正常充

16、電方法：隨時(shí)充電，并可隨時(shí)停止充電，不要有所顧忌。這點(diǎn)是鋰電池的重要 優(yōu)點(diǎn)一一無記憶效應(yīng)決定的，請(qǐng)正視這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，并讓您的鋰電盡量展現(xiàn)它 的這個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。四、中的鋰電池最怕什么1100C以上高溫會(huì)嚴(yán)重影響電池壽命和儲(chǔ)電能力，并可能成造成電池熔化，或爆炸。 所以，請(qǐng)讓鋰電池遠(yuǎn)離火源及其它熱源。25C到100C高溫是的，你沒有看錯(cuò)，從35C開始（人體溫一般為36.2C-37.2C ）電 池壽命就開始被溫度明顯影響，溫度越高，影響越大。鋰電池的設(shè)計(jì)壽命最少也有400次完全充放電，按手機(jī)平均每三天充 一次電來算，一塊電池應(yīng)該至少能用三年半。但絕大多數(shù)電池都沒有能活 那么久，很大部分的原因是因?yàn)殡姵乇蝗说?/p>

17、體溫影響，另一部分原因是因 為被手機(jī)其它芯片發(fā)熱所影響。為什么筆記本電腦的電池為怎么總感覺沒有手機(jī)的耐用，那是因?yàn)椋?其一、筆記本電腦發(fā)熱比手機(jī)多的多，電腦芯片的熱量很容易傳導(dǎo)到電池 上，超過40C輕輕松。其二、為了更快的充電，筆記本充電電流一般較高， 電池容量大，充電放電電池本身也會(huì)發(fā)熱。其三、電池一般位于下面板處， 更不容易散熱。再，如果您的設(shè)備在使用中會(huì)產(chǎn)生更大的熱量，如手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間打電話， 手機(jī)玩大型游戲，筆記本電腦玩游戲，并且這個(gè)熱量會(huì)傳導(dǎo)到電池上，加 上充電時(shí)電池本身的發(fā)熱，雖然不會(huì)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，但也會(huì)影響到電池。所以如果，發(fā)現(xiàn)充電使用中的設(shè)備發(fā)熱明顯（如iphone手機(jī)邊充電 邊玩3D游戲），則可以考慮先等充滿電了，再連著充電線玩。3-40C低溫以下會(huì)到達(dá)冰點(diǎn)徹底凍壞。410C到-40C低溫會(huì)降低電池續(xù)航能力，但不會(huì)對(duì)電池造成永久傷害，只要溫度回到室 溫，電量又