图3-1 监测装置硬件结构
3.2检测模块设计
检测模块主要包括5个部分：

1）  电压、电流、温度的测量电路；

2）  通道切换；

3）  A/D转换电路；

4）  微处理器单元；

5）  通讯接口。

检测模块完成数据采集，并将数据传给控制模块。高精度、高时效的数据采集模块采用模块化设计方案，兼顾了专用化与通用化原则，配置灵活，根据采样点种类及规模的需求，各个模块可单独使用，亦可自由组合，能适应不同的监测场合。

电池组是由多个单电池串联构成的，一般的配置情况如表3-1所示。

 电池的串联给采样电路的设计带来困难，目前的主要解决方法有以下几种：

1）  继电器切换 由于机械触点的寿命和可靠性问题，不能使用在需要快速巡检的场合。

2）  分段采样 将电池组分段，使得每段的电压降低，使用常规的巡检电路。由于每段之间需要隔离，带来成本的提高。而且，如果发生电池开路，加在某一段的电压仍然可能很高，同时还存在现场接线顺序出错时可能损坏电路。

3）  电阻分压 在许多的设计中都使用了电阻分压方法，由于可以为每一通道设定标定系数，在一定程度上可以修正因电阻匹配精度不够所带来的共模误差。该方法的长期稳定性受电阻的稳定性制约，在高共模下很难达到需要的准确度。BB公司INA117高共模运算放大器电阻的匹配达到0.005%、温度系数为1ppm时共模抑制比为86dB，在400V共模范围的检测误差达到20mV，对于2V的VRLA电池，浮充电压的检测准确度应该达到10mV或更优。显然，在现实中很难用分压方法获得如此高的准确度。

4）  耐高压电子开关 本课题中使用耐高压电子开关解决巡检的困难。PhotoMOS是一种新型光耦合的耐高压电子开关，它与普通的光耦相似，但输出端为场效应管，克服了晶体管的管压降问题，适合本文所要求的高耐压、高精度、高速的要求。

高共模采样电路原理如图3-2所示，在A/D和CPU之间采用光耦合方式进行电气隔离。

                             图3-2 高共模采样电路

3.3内阻模块设计
内阻模块与系统的分布式结构相适应，接受检测模块的调度。用于向电池组注入内阻测量的激励信号。

内阻模块的设计主要研究解决以下4方面问题：

1）  受控 波形和频率受采样模块CPU控制，可以工作在设计范围内的任意频率点和不同波形。

2）  稳定性和准确性  要保持长期工作的时间稳定性和温度稳定性，模块之间可以互换。

3）  独立性 激励信号不受电池充放电回路的影响。

4）  工作范围宽 能够在电池组的最低放电下限和最高充电上限范围内正常工作。

以上要求主要体现在硬件电路设计中。

3.4控制模块设计
控制模块用于数据传输、处理和人机界面操作，具有远程（集中）管理RS-485（RS-232）接口、检测模块控制口、操作键盘、显示面板、声光报警及报警输出接点。控制单元实时显示电池数据，智能分析数据，对异常的电池运行情况进行及时报警。通过总线结构控制检测模块工作，收集检测模块采集的数据。本单元对发生的事件进行判断处理并发出声光报警，完成数据的通讯、存储和查询功能，这些功能供运行人员进行现场事件处理使用。

四、监测装置应用
在本文的研究过程中，监测装置在电信48V直流系统、电力220V直流系统和石油化工400V不间断电源系统3种典型的阀控铅酸蓄电池应用场合得到实际应用，验证了技术方案的合理性。

以电信局站直流系统为例，电池应用有以下特点：      

1、  48V系统，每组由24只2V单体电池串联，一般2组电池。

2、  大容量电池，摆放合理，运行环境较好。

3、  难于进行周期性容量核对放电。

4、  一般有备用油机，停电后一段时间即启动油机，电池容量下降的问题更难及时发现。

5、  电池数据可通过动力环境集中监控系统传送至中央控制室。

电池监测采用了1个控制模块带2个采样模块和2个内阻模块，该系统接入动力环境集中监控系统，与中心控制室联网。