CN104362969B - 一种太阳能户外电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏应用领域，提供一种增加监控方式的灵活性，便利性，能够随时随地了解户外电源工作状况，能够根据未来天气情况结合户外电源充电情况，提前作出预防方案提示通知用户提早做好预防措施，减少临时突发现象发生的太阳能户外电源系统。

Description

一种太阳能户外电源系统
技术领域
本发明涉及光伏应用领域，特别涉及一种太阳能户外电源系统。
背景技术
地球表面每分钟接受到的太阳辐射能量高达80*1012千瓦，相当于 60 亿吨标准煤，由于太阳辐射的供给可以说是源源不断的，所以太阳能相对而言可以说是取之不尽，用之不竭。利用太阳能发电，不会造成环境污染，利用清洁能源替代传统的化石能源是维持可持续发展道路的最佳选择，太阳能的开发和利用受到越来越多国家的重视，我国的光伏设备制造业已逐渐形成规模，为光伏产业的发展提供了强大的支撑。
太阳能户外电源是利用太阳能进行充电操作，因此，太阳能户外电源的充电操作容易受到外界因素的影响，需要有人员定期定时的对太阳能户外电源的状态进行检测、监视和维护，以确保太阳能户外电源时刻处于正常的工作状态，若对太阳能户外电源的工作状态不能够达到时刻监控，不能对太阳能户外电源的故障异常及时发现，容易造成太阳能户外电源的损坏，供电不正常会影响负载设备的正常工作，造成经济损失，更严重的会导致负载设备受到损坏，但是目前太阳能户外电源的监测方式都过于呆板化，不具有灵活性，监测便捷性低，不利于对故障异常的及时发现，会增加监控人员的工作强度。
其中，太阳能户外电源会受到天气影响，当处于阴天、大雨等天气情况下，太阳辐射能力弱，则太阳能户外电源通过太阳能充电的充电能力较弱，而负载消耗电源能力较强，这种情况下，需要人员为太阳能户外电源外接电池进行充电补充，通过人员进行外接电池的操作，无法判断太阳能户外电源的剩余电量是否处于需要外接电池的情况，若太阳能户外电源的剩余电量还较多，直接外接电池，会形成太阳能户外电源的资源没有得到充分的运用，若等到太阳能户外电源的剩余电量较少的时候进行外接电池，则容易出现电量过低判断失误，在电量过低的时候充电，会对太阳能户外电源形成损伤，会降低太阳能户外电源的使用寿命，也会造成间断停电，将会为负载的正常工作带来极大的影响，造成经济损失；为解决前述问题，目前的现有技术是在太阳能户外电源上设置剩余电量检测电路和自动外接电池的切换电路，当太阳能户外电源的剩余电量检测电路检测到太阳能户外电源的剩余电量低于某个点时，会通过切换电路，将太阳能户外电源外接电池进行充电，能够对太阳能户外电源的剩余电量做出准确判断，能够在最佳时机切换外接电池，保证太阳能户外电源的寿命和负载设备的正常运行，但是无论是人员进行外接的还是通过检测电路和切换电路的结合实现自动切换的方式，都是当处于阴天、大雨等天气情况下采取的紧急措施，即有等情况发生再采取措施的“手忙脚乱”的感觉，若当下外接电池出现问题，则太阳能户外电源电量不足，负载无法正常工作，会造成极大的经济损失，且大雨等恶劣条件下，进行维护工作等较为艰难。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明提出一种增加监控方式的灵活性，便利性，能够随时随地了解户外电源工作状况，能够根据未来天气情况结合户外电源充电情况，提前作出预防方案提示通知用户提早做好预防措施，减少临时突发现象发生的太阳能户外电源系统。
为实现上述技术问题，本发明采取的解决方案为：一种太阳能户外电源系统，包括户外电源端、移动设备监控端和负载设备；所述户外电源端包括太阳能电路板、太阳能电压检测电路、MCU控制电路、充电电路、稳压电路、取样电阻、转换器电流检测电路、开关电路、电池、电池电压检测电路、数据传输模块和过充\过放\过流控制电路，所述太阳能电路板分别与太阳能电压检测电路、充电电路和稳压电路电连接，所述太阳能电压检测电路还与MCU控制模块数据输入端电连接，所述充电电路还分别与MCU控制模块的控制输出端和取样电阻电连接，取样电阻分别与电池和转换器电流检测电路电连接，转换器电流检测电路的输出与MCU控制模块数据输入端电连接，所述电池分别与稳压电路、开关电路和电池电压检测电路电连接，稳压电路的输出端与MCU控制模块的电源端连接，开关电路的信号输入端与MCU控制模块的控制输出端电连接，开关电路的输出端与负载设备电连接，电池电压检测电路与MCU控制模块的数据输入端电连接，所述MCU控制模块分别与数据传输模块和过充\过放\过流控制电路电连接，所述数据传输模块通过无线网络线路与移动设备监控端建立数据传输路径，所述过充\过放\过流控制电路与充电电路电连接；所述移动设备监控端上设置有APP监控客户端，通过所述APP监控客户端远程对户外电源端进行数据调阅查询和电路控制。
进一步的是：所述数据传输模块为GSM模块和或RS485接口模块。
进一步的是：所述户外电源端上还设置有状态显示模块，所述状态显示模块与MCU控制模块电连接。
进一步的是：所述户外电源端的MCU控制模块上存储有IMEI身份编号，在移动设备监控端上的APP监控客户端输入IMEI身份编号，即可通过无线网络连接到相应的户外电源端，进行相应的户外电源端的查询和控制。
进一步的是：所述APP监控客户端可以结合天气情况对户外电源端的电池剩余电量进行预算。
进一步的是：所述APP监控客户端通过无线网络对户外电源端进行定位，获取户外电源端所在位置的地理坐标信息，所述APP监控客户端根据所述地理坐标信息从气象网站获取户外电源端所在位置的当天以及至少未来3天的天气信息；其中APP监控客户端上建立有天气数据库，所述天气数据库里面包含有对应于不同天气情况的太阳能板供电能力，所述太阳能板供电能力由太阳能平均充电电流I充和太阳能可充电时间表示，所述太阳能可充电时间以起始时间T1和结尾时间T2的时间段形式表现；
所述APP监控客户端从户外电源端获取负载设备平均消耗电流I耗，当天当前电池实际电量C实，当天当前太阳能板平均充电电流I实充，电池已工作的时间T3，当前获取参数的具体时间T4，预算当天电池剩余电量C0，首先根据当天天气调取天气数据库中当天天气的太阳能板供电能力数据，判断当前具体时间T4是否位于太阳能可充电时间的起始时间T1和结尾时间T2之间，若不是，则所述电池剩余电量计算方式为：C0＝C实-I耗×（24－T3）；若是，则所述电池剩余电量计算方式为：C0＝C实＋I实充×（T2－T4）-I耗×（24－T3）;
未来N天的电池剩余电量预算，CN＝CN-1＋I充×（T2－T1）-I耗×（24－T3），其中， I充、T1 与T2为根据第N天的天气情况从天气数据库中调取对应于所述天气情况。
进一步的是：所述APP监控客户端设有报警阈值，当CN计算结果低于报警阈值，所述APP监控客户端会提示用户进行预警防护。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：采用如上所述设计的太阳能户外电源系统相对于现有技术具有如下优势：
1、所述户外电源端上取样电阻和转换器电流检测电路对充电电路进行电流取样，而MCU控制模块根据该电流取样结果通过PWM调制进行电流调节，使得充电电路的充电电流处于最佳的充电状态，同时电池电压检测电路实时检测电池自身电压状态并反馈至MCU控制模块，MCU控制模块根据反馈结果进行电池是否处于过充/过放/过流的状态判断且根据判断结果通过过充\过放\过流控制电路控制充电电路的工作状况，若存在异常现象MCU控制模块还会自动通过开关电路切断电池与负载设备的连接，避免对负载设备造成的损伤，整体实现户外电源端的智能充电形式，完善户外电源端的电源管理方式。
2、只要在移动设备监控端上建立APP监控客户端，随即通过无线网络的连接，就可以实现在移动设备上随时随地的对户外电源端进行监控，提高了户外电源远程监控的灵活性，便捷性，降低了监控人员的劳动强度。
3、根据天气数据库内的数据可以对未来天气情况下的户外电源端的电池剩余电量，即对电池的供电能力进行预算，提前作出预防方案提示并通知用户提早做好预防措施，减少临时突发现象发生，用户根据预算结果可以提前进行措施部署，或者进行提前的外接电源的预先维护检测，以确保进行外接电源连接时,外接电源的正常供电，避免突发现象的产生，保证供电的正常。
附图说明
图1是本发明实施例的电路原理框图。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明进一步说明。
本发明实施例揭示的是一种太阳能户外电源系统，包括户外电源端、移动设备监控端和负载设备；所述户外电源端包括太阳能电路板、太阳能电压检测电路、MCU控制电路、充电电路、稳压电路、取样电阻、转换器电流检测电路、开关电路、电池、电池电压检测电路、数据传输模块和过充\过放\过流控制电路，所述MCU控制电路的微控制器为STM32，所述太阳能电路板分别与太阳能电压检测电路、充电电路和稳压电路电连接，所述太阳能电压检测电路还与MCU控制模块数据输入端电连接，所述充电电路还分别与MCU控制模块的控制输出端和取样电阻电连接，取样电阻分别与电池和转换器电流检测电路电连接，转换器电流检测电路的输出与MCU控制模块数据输入端电连接，所述电池分别与稳压电路、开关电路和电池电压检测电路电连接，稳压电路的输出端与MCU控制模块的电源端连接，开关电路的信号输入端与MCU控制模块的控制输出端电连接，开关电路的输出端与负载设备电连接，电池电压检测电路与MCU控制模块的数据输入端电连接，所述MCU控制模块分别与数据传输模块和过充\过放\过流控制电路电连接，所述数据传输模块为GSM模块、GPRS模块和RS485接口模块，其中MCU控制模块中设有报警对象持有的SIM号码，MCU控制模块通过GSM模块可以实现对报警对象持有的SIM号码进行拨号报警功能，所述数据传输模块通过无线网络线路与移动设备监控端建立数据传输路径，所述过充\过放\过流控制电路与充电电路电连接；所述移动设备监控端上设置有APP监控客户端，通过所述APP监控客户端远程对户外电源端进行数据调阅查询和电路控制；所述户外电源端上还设置有状态显示模块，所述状态显示模块与MCU控制模块电连接；所述户外电源端的MCU控制模块上存储有IMEI身份编号，在移动设备监控端上的APP监控客户端输入IMEI身份编号，即可通过无线网络连接到相应的户外电源端，进行相应的户外电源端的查询和控制。
户外电源端上，首先,MCU控制模块通过太阳能电压检测电路获取太阳能电路板的电压状况，进行是否可以实行太阳能充电模式的状态判断：①若不是处于可以实行太阳能充电模式，则MCU控制模块通过电池电压检测电路获取当前电池电量，判断当前电池电量是否处于需要充电状态，若是，则MCU控制模块直接控制GSM模块对报警对象持有的SIM号码进行拨号报警处理，向SIM号码持有者进行拨号报警提示，若不是，则MCU控制模块还会根据负载设备的平均耗电电流，计算当前电池电量能够工作的时间，并将结果反馈至用户，用户可以根据反馈结果对户外电源端采取预防手段；②若是处于可以实行太阳能充电模式，则MCU控制模块通过电池电压检测电路获取当前电池电量，判断当前电池电量是否处于需要充电状态，若电池是需要充电状态，太阳能电路板通过充电电路对电池进行充电，在此过程中，取样电阻和转换器电流检测电路时刻检测充电电路对电池的充电电流并将检测结果实时传送至MCU控制模块，所述MCU控制模块根据检测到的充电电流，利用PWM调制方法调整充电电路的充电电流，以保证充电电流为最佳点的充电电流，避免过流现象，同时，电池电压检测电路实时检测电池的电压状态，一旦电池的电压达到过充电压阈值点，MCU控制模块通过过充\过放\过流控制电路切断充电电路，避免电池出现过充现象，电池对负载设备进行供电，电池电压检测电路依然实时检测电池电压，一旦电池的电压达到过放电压阈值点，则MCU控制模块通过过充\过放\过流控制电路接通充电电路，避免电池出现过放现象；若电池是不需要充电状态，充电电路不接通，直至电池电量低于预先设置的充电阈值，就接通充电电路对电池进行太阳能充电。
移动设备监控端上，建立APP监控客户端，在APP监控客户端输入IMEI身份编号，即可通过无线网络连接到相应的户外电源端，进行相应的户外电源端的查询和控制，所述APP监控客户端可以获取户外电源端的数据，包括有设备的IMEI身份编号、SIM号码、数据采集时间、电池电量、电池电压、太阳能板电压、充电电流、充电时间、放电电流、太阳能板平均充电功率、太阳能板最大充电功率、输出平均功率、输出最大功率、电池容量百分比、电池容量、故障状态、地理坐标、设备温度，充电方式，软件版本号等；并将这些数据进行分析和管理，其中电池电压、太阳能板电压、充电电流、放电电流、充电时间、太阳能板平均功率、太阳能板最大功率、输出平均功率、输出最大功率这几项参数绘制成折线图，供移动设备监控端的监控者能够对主要数据一目了然，有利于对户外电源端的状况的掌握；同时，通过APP监控客户端也可以远程对户外电源进行基本参数的设置，这些参数包括最大输出电流、电池过放保护电压、电压输出开关、通讯模式、报警号码、数据采集周期、数据传送周期、复位开关等。
所述APP监控客户端，还可以结合天气情况对户外电源端的电池剩余电量进行预算:
所述APP监控客户端通过无线网络对户外电源端进行GPRS定位，获取户外电源端所在位置的地理坐标信息，所述APP监控客户端根据所述地理坐标信息自动链接至气象网站，获取户外电源端所在位置的当天以及至少未来3天的天气信息；其中APP监控客户端上建立有天气数据库，所述天气数据库里面包含有对应于不同天气情况的太阳能板供电能力，所述太阳能板供电能力由太阳能平均充电电流I充和太阳能可充电时间表示，所述太阳能可充电时间以起始时间T1和结尾时间T2的时间段形式表现；
所述APP监控客户端从户外电源端获取负载设备平均消耗电流I耗，当天当前电池实际电量C实，当天当前太阳能板平均充电电流I实充，电池已工作的时间T3，当前获取参数的具体时间T4，预算当天电池剩余电量C0，首先根据当天天气调取天气数据库中当天天气的太阳能板供电能力数据，判断当前具体时间T4是否位于太阳能可充电时间的起始时间T1和结尾时间T2之间，若不是，则所述电池剩余电量计算方式为：C0＝C实-I耗×（24－T3）；若是，则所述电池剩余电量计算方式为：C0＝C实＋I实充×（T2－T4）-I耗×（24－T3）;
未来N天的电池剩余电量预算，CN＝CN-1＋I充×（T2－T1）-I耗×（24－T3），其中， I充、T1 与T2为根据第N天的天气情况从天气数据库中调取对应于所述天气情况。
所述APP监控客户端设有报警阈值，当CN计算结果低于报警阈值，所述APP监控客户端会提示用户进行预警防护。
综上所述设计的太阳能户外电源系统，增加监控方式的灵活性，便利性，能够随时随地了解户外电源工作状况，能够根据未来天气情况结合户外电源充电情况，提前作出预防方案提示通知用户提早做好预防措施，减少临时突发现象发生。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (4)

1.一种太阳能户外电源系统，其特征在于：包括户外电源端、移动设备监控端和负载设备；所述户外电源端包括太阳能电路板、太阳能电压检测电路、MCU控制电路、充电电路、稳压电路、取样电阻、转换器电流检测电路、开关电路、电池、电池电压检测电路、数据传输模块和过充\过放\过流控制电路，所述太阳能电路板分别与太阳能电压检测电路、充电电路和稳压电路电连接，所述太阳能电压检测电路还与MCU控制模块数据输入端电连接，所述充电电路还分别与MCU控制模块的控制输出端和取样电阻电连接，取样电阻分别与电池和转换器电流检测电路电连接，转换器电流检测电路的输出与MCU控制模块数据输入端电连接，所述电池分别与稳压电路、开关电路和电池电压检测电路电连接，稳压电路的输出端与MCU控制模块的电源端连接，开关电路的信号输入端与MCU控制模块的控制输出端电连接，开关电路的输出端与负载设备电连接，电池电压检测电路与MCU控制模块的数据输入端电连接，所述MCU控制模块分别与数据传输模块和过充\过放\过流控制电路电连接，所述数据传输模块通过无线网络线路与移动设备监控端建立数据传输路径，所述过充\过放\过流控制电路与充电电路电连接；所述移动设备监控端上设置有APP监控客户端，通过所述APP监控客户端远程对户外电源端进行数据调阅查询和电路控制；
所述户外电源端的MCU控制模块上存储有IMEI身份编号，在移动设备监控端上的APP监控客户端输入IMEI身份编号，即可通过无线网络连接到相应的户外电源端，对相应的户外电源端进行查询和控制；
同时所述APP监控客户端可以结合天气情况对户外电源端的电池剩余电量进行预算；即所述APP监控客户端通过无线网络对户外电源端进行定位，获取户外电源端所在位置的地理坐标信息，所述APP监控客户端根据所述地理坐标信息从气象网站获取户外电源端所在位置的当天以及至少未来3天的天气信息；其中APP监控客户端上建立有天气数据库，所述天气数据库里面包含有对应于不同天气情况的太阳能板供电能力，所述太阳能板供电能力由太阳能平均充电电流I充和太阳能可充电时间表示，所述太阳能可充电时间以起始时间T1和结尾时间T2的时间段形式表现；
所述APP监控客户端从户外电源端获取负载设备平均消耗电流I耗，当天当前电池实际电量C实，当天当前太阳能板平均充电电流I实充，电池已工作的时间T3，当前获取参数的具体时间T4，预算当天电池剩余电量C0，首先根据当天天气调取天气数据库中当天天气的太阳能板供电能力数据，判断当前具体时间T4是否位于太阳能可充电时间的起始时间T1和结尾时间T2之间，若不是，则所述电池剩余电量计算方式为：C0＝C实-I耗×（24－T3）；若是，则所述电池剩余电量计算方式为：C0＝C实＋I实充×（T2－T4）-I耗×（24－T3）;
未来N天的电池剩余电量预算，CN＝CN-1＋I充×（T2－T1）-I耗×（24－T3），其中， I充、T1 与T2为根据第N天的天气情况从天气数据库中调取对应于所述天气情况。
2.根据权利要求1所述的太阳能户外电源系统，其特征在于：所述数据传输模块为GSM模块和/或RS485接口模块和/或GPRS模块。
3.根据权利要求1所述的太阳能户外电源系统，其特征在于：所述户外电源端上还设置有状态显示模块，所述状态显示模块与MCU控制模块电连接。
4.根据权利要求1所述的太阳能户外电源系统，其特征在于：所述APP监控客户端设有报警阈值，当CN计算结果低于报警阈值，所述APP监控客户端会提示用户进行预警防护。
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