怎样测量串联电池组电压

怎样测量串联电池组电压目前，发电厂、变电站的操作电源系统大多采用直流电源，直流电源系统是发电厂、变电站非常重要的一种二次设备，它的主要任务就是给继电保护、断路器分合闸及其它控制提供可靠的直流操作电源和控制电源，它要求配置蓄电池系统。

实践经验表明，在所有表征蓄电池的参数之中，蓄电池的端电压最能体现蓄电池的当前状况。

可以根据端电压判断蓄电池的充、放电进程，当前电压是否超出允许的极限电压。

还可以判断蓄电池组的均一性好坏等。

因此，对蓄电池的端电压的测量十分重要。

1共模测量法共模测量是相对同一参考点，用精密电阻等比例衰减各测量点电压，然后依次相减得到各节电池电压。

该方法电路比较简单，但是测量精度低。

比如，24节标称电压为12V的蓄电池，单节电池测试精度为0.5%的测试系统，单节电池测试绝对误差为±60mV，24V节串联积累的绝对误差可达1.44V，显然，其相对误差可达到12V，这在应急电源监控系统中经常会造成误报警，所以不能满足应急电源监控系统的要求。

这种方法只适合串联电池数量较少或者对测量精度要求不高的场合。

2差模测量法差模测量是通过电气或电子元件选通单节电池进行测量。

当串联电池数量较多而且对测量精度要求较高时，一般应采用差模测量方法。

2.1继电器切换提取电压传统的比较成熟的测试方法是用继电器和大的电解电容做隔离处理，其基本的测试原理是：首先将继电器闭合到蓄电池一侧，对电解电容充电；测量时把继电器闭合到测量电路一侧，将电解电容和蓄电池隔离开来，由于电解电容保持有该蓄电池的电压信号，因此，测试部分只需测量电解电容上的电压，即可得到相应的单体蓄电池电压。

此方法具有原理简单，造价低的优点。

但是由于继电器存在着机械动作慢，使用寿命低等缺陷，根据这一原理实现的检测装置在速度，使用寿命，的可靠性方面都难以令人满意。

为解决上面问题可将机械继电器改用光耦继电器，这样无需外加电解电容提高了可靠性，速度和使用寿命也随之达到要求，但相对成本要大大提高。

用光电隔离器件和大电解电容器构成采样，保持电路来测量蓄电池组中单只电池电压。

此电路缺点是：在A/D转换过程中1电容上的电压能发生变化，使精度趋低，而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯等器件动作延迟决定采样时间长等缺点。

2.2V/F转换无触点采样提取电压V/F转换法的原理图1所示，其原理如下：信号采集采用V/F转换的方法，单节蓄电池采用分别采样，取单节蓄电池的端电压经分压（降低功耗）后作为V/F转换的输入，分压电阻的分散性可通过V/F转换电路调整V/F转换信号输出通过光电隔离器件送到模拟开关，处理器通过控制模拟开关采集频率信号。

数据采集电路与数据处理电路采用光电隔离和变压器隔离技术，实现两者之间电气上的隔离。

但采用V/F转换作为A/D转换器的缺点是响应速度慢，在小信号范围内线性度差，精度低。

图1V/F转换法的原理图2.3浮动地技术测量电池端电压由于串联在一起的电池组总电压达几十伏，甚至上百伏，远远高于模拟开关的正常电压，因此需要使地电位随测量不同电池电压时自动浮动来保证测量正常进行，其原理图2所示。

每次时，先由模拟开关选通，使其被测电池两端的电位信号接入测试电路，此信号一方面进入差分放大器；另一方面进入窗口比较器，在窗口比较器中与固定电位Vr相比较，从窗口比较器输出的开关量状态可识别出当前测量地（GND）的电位是太高，太低或者正好（相对于Vr）。

如果正好，则可以启动A/D进行测量。

如果太高或太低，则通过控制器对地（GND）电位行浮动控制。

由于地电位经常受现场干扰发生变化，而该方法不能对地电位进行实时精确控制，因而影响整个系统的测量精度。

图2浮动地技术原理图3线性电路直接采样法线性电路直接采样法是为每个蓄电池配置一块采集板，贴近蓄电池安装，就近完成信号的采集和转换，将转换后的数字信号传输给单片机系统进行处理和传输。

该方法的原理框图3所示。

图3线性电路直接采样法原理框图该方法采用线性运算放大器组成线性采样电路、后经电压跟随器送入A/D转换器、转换后的数字信号传输给单片机系统、无须外加采样保持电路，根据串联电池组总电压的大小、选择适当的放大倍数、无须电阻分压网络或改变地电位、就可以直接测量任意一只电池的电压。

线性电路图4所示，该电路为典型的增益可调性能优良的差动运算线性电路。

图中A1和A2构成精密电压跟随器、A3是差动放大输出电路、A4是增益调节辅助放大器。

根据运算放大器的特性，可分析计算出经过采样电路后的输出电压为：取Rn1=Rn2=Rn3=Rn4，则有第-节蓄电池经采样电路变换后的电压为：图4差动运算线性电路原理图电路增益的调节由电阻R决定、范围很宽、而且线性很好、这就保证了差动运算的精度，只要两个输入运算放大器的基本特性相同，则失调电压的影响就很小，满足条件Rn1/Rn2=Rn3/Rn4时、电路就有良好的共模抑制特性。

由于A4的输出阻抗很低、调节R改变增益时、电路的共模抑制能力不受影响，为了确保该电路的优良特性、运算放大器A4的选择十分重要，如果要求共模抑制能力很强、则除选择精密绕线电阻Rn1、Rn2、Rn3、Rn4以外、A4应选择高增益型的运算放大器。

该电路的输出电压就是单节蓄电池的端电压，由于是线性电路，因此可以快速跟踪测量单节蓄电池电压的变化。

该电路的输入阻抗很大，而蓄电池的内阻很小（一般只有几毫欧、甚至零点几毫欧），因而保证了很高的测量精度，为正确判断蓄电池组的当前状态提供了准确的技术参数。

另外、该电路还有很好的可扩展性能，选择适当的Rn1~Rn5的值、可以测量标称电压是2V、6V和12V，的电池、还可以测量电池组总电压。

电池保养常识：1记忆效应镍氢充电电池上常见的现象。

具体表现就是：如果长期不充满电就开始使用电池的话，电池的电量就会明显下降，就算以后想充满也充不满了。

所以保养镍氢电池的重要方式就是：电必须用完了才能开始充电，充满了电了才允许投入使用。

现在常用的锂电池的记忆效应是可以小到忽略不计的。

2完全充电，完全放电是针对锂电池来说的。

完全放电就是指把用电智能设备，如手机，调整到最低功率状态耗去电量直到手机自动关机的过程。

完全充电就是指把完全放电的用电智能设备，如手机，接到充电器上直到手机上提示“充满”的过程。

3过度放电是针对锂电池来说的。

完全放电后锂电池内部还会留有少量电量，但这部分电量对于锂电池的活性和寿命至关重要。

过度放电：完全放电后，如果继续采用其它方式，如：强行再次开启手机、电池接小灯泡耗费残留电量的话，这叫过度放电，会对锂电池造成不可逆转的伤害。

4保护芯片锂电池对充放电时对接入的电流电压有极为严格的要求，为了保护电池不因为外界电环境失常而损坏，电池本体内部会设置管理电池状态的芯片。

这个芯片同时还有记录电池容量，校正电池容量的功能。

现在，就算是山寨手机电池也是不会节省这个关键的保护芯片的，不然山寨手机电池根本不可能用很久。

5过冲过放保护电路用电智能设备内置的全面管理电池的芯片及电路。

比如手机上，就有这样的电路，大概功能如下：6电时，提供最合适的电压电流给电池。

在合适的时机停止充电。

7充电时，时刻检查电池残留电量，在合适的时机命令手机关机，防止过度放电。

8开机时，检查电池是否已被完全放电，如果已被完全放电，则提示用户充电，然后关机。

9避免电池或充电线电力异常，发现异常时断开电路，保护手机。

10 过度充电：是针对锂电池来说的。

正常情况下，锂电池充到一定电压（也就是充满）就会被上级电路截断充电电流，但由于某些设备内置的过冲过放保护电路的电压电流参数不同（如手机电池座充），导致虽已充满，但还未停止充电的现象。

过度充电也会导致电池性能伤害。

11激活锂电池长期（三个月以上）不使用，会产生电极材料钝化，电池性能下降，可以采用三次完全充电、完全放电来解除纯化，发挥出电池的最高性能。

二、常见错误观点：1首先使用必须进行完全放电，然后进行完全充电，重复三次，以便于激活电池。

否则电池就永远都不好用了！！解答：如果实在闲的没事做，这么做可以，但不是必须的，因为激活操作不是必须放在第一次使用就做的。

只要随着不断的使用,电极钝化无需刻意激活也可以慢慢消失。

2，充电时不要使用手机，对电池有害，也会产生超大量辐射伤害人体。

解答：充电时使用手机是否对电池有害要根据情况来说（本文后会说明），但是有一点可以确定的是，充电时使用手机绝对不会产生比平时使用手机多的辐射。

锂电池在寿命周期内只能充放电XXX次，所以每次用就尽量用到自动关机，每次充就尽量充到满电。

第一个子句是对的，后面是错的。

这个次数中的每一次，都是指完整的一次，比如从20%充电到30%停止充电，这个只算是1/10次，从80%放电到60%,只能算是1/5次。

前三次充电必须达到12小时，否则就影响电池性能。

如果是为了激活电池，只需要手机提示充满电就已经足够，一般手机，都会在5小时内提示充满，完成后如果继续接着充电器，过冲过放保护电路会截断手机的充电电流。

之后电池就处于不状态，和充满后马上拨除充电线的效果是一样的。

前三次充电必须达到12小时是针对镍氢充电电池来说的，结果被很多厂家习惯性地、无知地写在锂电池用户手册上，没文化真可怕。

国际大厂，如戴尔，联想，华硕，apple的产品上是绝对不会出现“12小时”这样的文字的。

而且对于锂电池来说，这是共性，也是原理的一部分，不可能有的厂家生产的需要12小时，有的厂家的不需要。

需要注意的是，如果采用座充，由于绝大部分座充达不到官方线充的最高电流，充电时间可能会超过6小时，但只要充满电，坐充也会自动断电，和用线充是一样的。

充满电了就最好马上拨除充电线，防止过充。

过冲过放保护电路不是吃素的，OK！！！如果发生过充，多半是因为过冲过放保护电路损坏，但以现在的电子产品工艺和抗压能力来说,这概率实在低到不行，不必提心吊胆。

手机一旦开始提示用户充电，就一定要马上充电，或者马上关机，避免过放。

过冲过放保护电路不是吃素的，OK！！！这个电路会在必要的时候（也就是过放之前）强制关机，不会损坏电池的。

手机的提示是为了让用户提前知道，以提前做好处理或者心理准备。

需要注意的是，如果手机已经自动关机就千万不能为了打个电话而强行开机了，因为很有可能造成过放，而且由于保护的存在，开机未完成前多半会被过冲过放保护电路强行断电。

三、正确地使用1新出厂的电池：无需任何处理，如激活等，可直接投入正常使用。

2 闲置不长时间的电池（三个月内）：无需任何处理（如激活等），可直接投入正常使用。

3置较长时间的电池（三个月以上）：可做激活处理，使得电池活性达到最高，也可不做，使其随着正常使用自然恢复到最高活性。

4 子产品的评测人员，为了保证对电池续航时间的正确统计，有必要在测试前进行激活处理。