CN106199163A - 光伏系统蓄电池电流监控设备 - Google Patents

Abstract

一种光伏系统蓄电池电流监控设备，包括：线性电流传感器、模数转换电路、微处理器以及显示设备，所述线性电流传感器的输入端与太阳能光伏板连接，输出端与光伏系统蓄电池、所述模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与所述微处理器连接，所述微处理器与所述显示设备连接；所述线性电流传感器采集所述太阳能光伏板的输出电流并输送至所述模数转换电路，由所述模数转换电路进行模数转换获得蓄电池电流数字量，所述微处理器对所述蓄电池电流数字量进行预定换算处理，并将换算处理后的蓄电池电流信息在所述显示设备上进行显示。本发明实施例实现了对光伏系统蓄电池电流的结构可视化的监控。

Description

光伏系统蓄电池电流监控设备

技术领域

本发明涉及光伏系统监控技术，特别是涉及一种光伏系统蓄电池电流监控设备。

背景技术

光伏监控系统是统筹光伏系统太阳能光伏阵列和铅酸蓄电池模块(储能单元)的关键，也是整个光伏系统的智能核心，它不仅控制整个系统的工作状态，还为系统的可靠运行提供保障。由于太阳能光伏阵列工作状态和蓄电池充放电的工作状态与自身系统和外界环境有关，若没有明确或有意义的监控策略，将导致储能蓄电池的使用寿命短于预期。因此，合理的充放电监控系统对提高光伏蓄电池的使用寿命与光伏系统的配置有很大的研究作用。目前还没有一种较为理想的蓄电池电流充放电监控方案。

发明内容

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种光伏系统蓄电池电流监控设备。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种光伏系统蓄电池电流监控设备，包括：线性电流传感器、模数转换电路、微处理器以及显示设备，所述线性电流传感器的输入端与太阳能光伏板连接，输出端与光伏系统蓄电池、所述模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与所述微处理器连接，所述微处理器与所述显示设备连接；

所述线性电流传感器采集所述太阳能光伏板的输出电流并输送至所述模数转换电路，由所述模数转换电路进行模数转换获得蓄电池电流数字量，所述微处理器对所述蓄电池电流数字量进行预定换算处理，并将换算处理后的蓄电池电流信息在所述显示设备上进行显示。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其微处理器通过模数转换电路与线性电流传感器连接，且线性电路传感器是连接在太阳能光伏板与光伏系统蓄电池之间，因此，线性电流传感器可以采集太阳能光伏板的输出电流并输送至模数转换电路，由模数转换电路进行模数转换获得蓄电池电流数字量后，微处理器对该蓄电池电流数字量进行预定换算处理后得到蓄电池电流信息在显示设备上进行显示，从而实现了对光伏系统蓄电池电流的结构可视化的监控。

附图说明

图1是一个实施例中本发明的光伏系统蓄电池电流监控设备的结构示意图；

图2是一个具体示例中本发明的光伏系统蓄电池电流监控设备的电路电气结构示意图；

图3是一个具体测试实验示例中的测试结果界面示意图；

图4是另一个具体测试实验示例中的测试结果界面示意图；

图5是另一个具体测试实验示例中的测试结果界面示意图；

图6是另一个具体测试实验示例中的测试结果界面示意图；

图7是另一个具体测试实验示例中的测试结果界面示意图；

图8是在一个具体的工程项目中的配置安装的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出了一个实施例中本发明的光伏系统蓄电池电流监控设备的结构示意图。如图1所示，本发明的光伏系统蓄电池电流监控设备：线性电流传感器、模数转换电路、微处理器以及显示设备，所述线性电流传感器的输入端与太阳能光伏板连接，输出端与光伏系统蓄电池、所述模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与所述微处理器连接，所述微处理器与所述显示设备连接。

工作时，所述线性电流传感器采集所述太阳能光伏板的输出电流并输送至所述模数转换电路，由所述模数转换电路进行模数转换获得蓄电池电流数字量，所述微处理器对所述蓄电池电流数字量进行预定换算处理，并将换算处理后的蓄电池电流信息在所述显示设备上进行显示。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其微处理器通过模数转换电路与线性电流传感器连接，且线性电路传感器是连接在太阳能光伏板与光伏系统蓄电池之间，因此，线性电流传感器可以采集太阳能光伏板的输出电流(该输出电流也为蓄电池的充电电流)并输送至模数转换电路，由模数转换电路进行模数转换获得蓄电池电流数字量后，微处理器对该蓄电池电流数字量进行预定换算处理后得到蓄电池电流信息在显示设备上进行显示，从而实现了对光伏系统蓄电池电流的结构可视化的监控。由于蓄电池的特性与其使用时间有关，其储能量不能以充电时间的长短来确定，因为蓄电池在使用一段时间后其电介质或内阻等发生变化，造成用较短的时间就能充满电(达到额定的电压值)，但是蓄电池的储能量却在减小。因此，通过监控蓄电池的充电电流更能反应蓄电池的性能，具有更为重要的意义。

另一方面，在一个实施例的方案中，上述光伏系统蓄电池可以是包含有相互串联的多个(例如至少两个)，此时，上述线性电流传感器的输出端是与其中一个光伏系统蓄电池连接，该光伏系统蓄电池的另一端通过相互串联的方式与依次与其他蓄电池连接，从而，不仅可以实现对单个普通蓄电池的监控，还可以对串联的多个蓄电池进行监控，对单个普通蓄电池和多个串联蓄电池的电流充放电监控具有通用性。

在一个具体示例中，上述换算处理后的蓄电池电流信息可以包括瞬间电流、平均电流、累加电流中的任意一项或者任意组合。具体的计算确定瞬间电流、平均电流以及累加电流的方式，可以采用目前已有以及以后可能出现的任何方式进行。

由于光伏系统主要由光伏板、逆变器和储能蓄电池组成。根据环境、负载等情况合理配置系统容量，不仅使系统寿命长、效率高、维护及时，而且工程造价投入等优化配置系统方案。例如，区域光照度、光伏板功率、逆变器功率和蓄电池储能容量等都能从光伏板提供的最大瞬间电流、每小时的平均电流和一天累加的总电流分析出配置的蓄电池容量的合理性，也就是说，当光照度强和负载额定的情况下，蓄电池仅在日光长度的二分之一时间就充满，则说明蓄电池容量配置小，反之亦然。因此，通过监控蓄电池的充电电流，进行换算处理获得蓄电池的瞬间电流、平均电流、累加电流，可以用以进一步的分析系统方案的匹配性。

其中，在一个具体示例中，可以以小时为时间段来计算上述平均电流、累加电流，即上述平均电流为每个小时时间段的平均电流，上述累加电流为每个小时时间段的累加电流。

此外，在上述获得瞬间电流、平均电流、累加电路之后，微处理器可以将将平均电流以柱形图的方式在显示设备进行显示，从而使得对光伏系统蓄电池的监控更为直观和形象。

上述瞬时电流在进行显示时，可以对其最小值和最大值进行设置，例如最小值为0.2A，最大值为10.0A，刷新时间可以为1秒。瞬时电流的精度可以结合实际需要来设置，例如精度可以设置为小数点后1位。

类似地，上述平均电流在进行显示时，求取平均电流的时间段可以结合实际需要来设置，例如以小时为单位。此外，根据光照强度，在1小时中，平均电流显示的最小值为0.1A/h，最大值为10.0A/h，而平均电流的步进显示时间间隔为(3600秒/m)＝n秒，其中m为3600秒的划分等份值。也就是说，以每秒的瞬时电流值的累加值为基本取值时间单元(即，n秒)再取平均值。由于在1小时中共划分了m等份，每一等份为n秒，因此，1小时的平均电流值正是由时间单元项的逐项累加再取平均的结果。由于每天的日照度不同，午间日照度为最强，并且每小时的日照度也不一样。通过以小时为单位来确定平均电流，可以了解一天中每小时对蓄电池的充电量，此时该平均电流表征了1小时内由开始到结束。另一方面，通过光伏板的充电电流总值与负载的输出电流总值的差值，也可以大概估算出可剩余的平均电流，本领域技术人员理解，也可以用功率来换算出平均电流。

而上述累加电流，由于体现的是各时间的电流的和值，因此，可以只对其最大值进行设置，例如可以将累加电流的显示最大值可以设置为250.0A。

在其中一个具体示例中，如图1所示，本实施例的光伏系统蓄电池电流监控设备还可以包括与所述微处理器连接的无线通信模块，所述微处理器将所述换算处理后的蓄电池电流信息通过所述无线传输模块传输给用户终端。这里的用户终端可以是用户的移动终端、智能平板、个人计算机等任何终端设备，便于将监控的光伏电池蓄电池的电流的信息通知到用户，实现人机交互的智能控制。可视化参数可以使用户更加直观地了解系统的应用情况，其中包括现场监控与远程终端监控。

上述无线传输模块可以为Zigbee(一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术)无线传输模块。

在一个具体示例中，上述线性电流传感器可以包括至少一个，例如两个以上的多个，任意一个线性电流传感器与一条光伏支路连接，从而可以通过不同的线性电流传感器与不同的光伏支路连接，实现对不同的光伏支路的电流的监控。此时，微处理器可以通过检测至少一条光伏支路的充电电流确定所述瞬间电流，即瞬间电流可以由一条光伏支路的电流确定，也可以由N(N为大于等于2的整数)条光伏支路的电流确定，以使用户了解当前的充电情况，了解每条支路光伏板的光电效应。具体的基于各支路的充电电流确定瞬间电流的方式，可以采用任何可能的方式进行。

通过对各光伏支路的电流进行检测，可以实现不同的应用。

其中一种应用方式中，如果光伏系统蓄电池在使用一段时间后，在同等的光照度而支路瞬间充电电流明显减小，则说明蓄电池可能已经老化或者光伏板的光电效应变低。

在另一种应用方式中，可以据此判断支路充电电流之和是否符合蓄电池最大充电流的原则。上述微处理器还可以将各支路的充电电流之和与蓄电池最大充电电流进行比较，根据比较结果配置光伏板输出功率。以12V120AH的电池为例，其平均充电电流为12.0A，即0.1C。因此，通过据此合理配置光伏板输出功率，避免大电流充电，对蓄电池的使用寿命起着至关重要的作用。

另一方面，还可以基于各光伏支路的电流，为确定平均电流提供依据。

在一个实施例中，如图1所示，本实施例中的光伏系统蓄电池电流监控设备还可以包括时间设置模块，所述微处理器根据所述时间设置模块设置的时间间隔将所述换算处理后的蓄电池电流信息通过所述无线传输模块传输给用户终端。

如图1所示，在一个具体示例中，本发明实施例的光伏系统蓄电池电压监控设备还可以包括与所述微处理器连接的时钟电路，所述微处理器可以检测所述时钟电路的时间，并将检测到的时间信息在所述显示设备进行显示。另一方面，微处理器也可以基于时钟电路的时间来实现对其他模块的控制，例如基于时钟电路的时间定时对显示设备的显示内容进行刷新等等。

此外，如图1所示，在一个具体示例中，本发明实施例的光伏系统蓄电池电压监控设备还可以包括节能控制模块，该节能控制模块与所述微处理器连接，所述显示设备在所述节能控制模块监测到人体靠近距离小于预设节能控制距离时，点亮所述显示设备的背光灯，并持续预定延时时间后，关闭所述背光灯。从而，在人体靠近该监控设备时，该监控设备将自动点亮显示设备的背光灯，例如LCD液晶背光灯，并持续预定延时时间后，再自动关闭背光灯，起到节能的控制作用。该预定延时时间可以结合实际需要进行设置，例如可以设置为10秒至20秒。

此外，如图1所示，在一个具体示例中，本发明实施例的光伏系统蓄电池电压监控设备还可以包括与所述光伏系统蓄电池连接的DC-DC开关电源，该DC-DC开关电源的输入端与所述光伏系统蓄电池连接。DC-DC电源的输出端输出的电源给其他各电源供电。从而，供电电源由光伏系统蓄电池经DC-DC开关电源提供，其输入电压范围较宽,能满足蓄电池电压波动的需求。

基于如上所述的实施例，图2中示出了一个具体示例中本发明的光伏系统蓄电池电流监控设备的电路电气结构示意图。

如图2所示，在图2所示的具体示例中，线性电流传感器可以选用霍尔电流传感器，例如ACS712线性电流传感器，ACS712作为一种线性电流传感器，其内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压。上述微处理器可以选用单片机嵌入式系统，例如AT89S52微处理器。上述显示设备可以选用LCD(LiquidCrystal Display)液晶显示屏，例如LM4229液晶显示器，LM4229是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及240×128全点阵液晶显示器组成，可完成图形和汉字的显示，且终端字体大小可以选择。上述模数转换电路可以为ADC0831转换器。ADC0831转换器作为8脚双列直插式单通道A/D转换器，能对模拟信号实现模—数转换，其采用串行通信方式，进行串行数据输出。上述时钟电路可以包括DS1302时钟芯片，其可以实现对秒、分钟、小时、月、星期、年的计数。且其有31*8位的额外数据暂存寄存器，最少的I/O引脚传输。DC-DC开关电源可以采用WD10-110S05B1电源模块。

结合图2中所示的示例，以下对本发明实施例的光伏系统蓄电池电流监控设备进行系统实验和误差分析。

在设定模数转换电路输出恒定的2.0A电流的条件下,经10个小时的系统运行,其实验测试结果的显示界面如图3所示。

测量值的分布服从正态分布时，用最小二乘法原理可以证明：在一组等精度的测量中，算术平均值为最佳值或最可信赖值。其定义为：

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{x_1+x_2+......+x_n}{n}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_i}{n}$

其中，x₁、x₂……x_n分别为各次的实验值，n为观测次数。

据此，上述实验结果得到的算数平均值为：

$\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{x}=\frac{9.9+10.0+10.0+10.0+10.0+10.0+10.0+10.0+10.0+10.0}{n}\\ =\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\Σ}}{x}_i}{10}=19.9\left(A\right)\end{array}$

而算术平均误差(平均偏差)是表示误差的较好方法，其定义为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}|x_i-\stackrel{\‾}{x}|}{n}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|d_i\right|}{n}$

式中，n为观测次数，d_i为试验值x_i与算术平均值之间的偏差。

在此实验测试中，以每小时2(A)的恒定电流进行测试值，经10小时后，其算术平均误差为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}|x_i-\stackrel{\‾}{x}|}{n}=\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\Σ}}|20.0-19.9|}{10}=0.01$

在设定恒定5.0A电流的条件下,经18个小时的系统运行,其实验测试结果的显示界面如图4所示。

在此实验测试中，以每小时5(A)的恒定电流进行测试，经18小时后，其算术平均误差为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}|x_i-\stackrel{\‾}{x}|}{n}=\frac{\underset{i=1}{\overset{18}{\Σ}}|90.0-89.9|}{18}=0.01$

在设定恒定10.0A电流的条件下,经10个小时的系统运行,其实验测试结果如图5所示。

在此实验测试中，以每小时10(A)的恒定电流进行测试值，经10小时后，其算术平均误差为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}|x_i-\stackrel{\‾}{x}|}{n}=\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\Σ}}|100.0-99.8|}{10}=0.02$

在每小时设置不同的恒定电流的条件下(例如模拟一天的日光强度),经18个小时的系统实验运行后,其实验测试结果分别如图6、图7所示。

日光强度为发光强度，简称光强，国际单位是candela(简写cd，坎德拉)，光照强度＝光通量/单位面积。光是一种辐射能，故各种光源所发出的光能都有一定的强度，这种光能的强度，叫“光强度”。它一般以烛光为计算单位。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。1标准烛光＝10.76Lux.例如130瓦的日光灯，在一米处的光张强度为30×10.76＝322.8Lux。在具体应用到工程项目中时，该电流监控设备可以有多个，在一个具体示例中，工程项目在25000Lux情况下，项目的电流监控设备的配置安装示意图可如图8所示。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，包括：线性电流传感器、模数转换电路、微处理器以及显示设备，所述线性电流传感器的输入端与太阳能光伏板连接，输出端与光伏系统蓄电池、所述模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与所述微处理器连接，所述微处理器与所述显示设备连接；

所述线性电流传感器采集所述太阳能光伏板的输出电流并输送至所述模数转换电路，由所述模数转换电路进行模数转换获得蓄电池电流数字量，所述微处理器对所述蓄电池电流数字量进行预定换算处理，并将换算处理后的蓄电池电流信息在所述显示设备上进行显示。

2.根据权利要求1所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，所述换算处理后的蓄电池电流信息包括瞬间电流、平均电流、累加电流中的任意一项或者任意组合。

3.根据权利要求2所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，所述平均电流为每个小时时间段的平均电流，所述累加电流为每个小时时间段的累加电流。

4.根据权利要求1所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，所述线性电流传感器包括至少一个，任意一个线性电流传感器与一条光伏支路连接，所述微处理器通过检测至少一条支路的充电电流确定所述瞬间电流。

5.根据权利要求4所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，所述微处理器将各支路的充电电流之和与蓄电池最大充电电流进行比较，根据比较结果配置光伏板输出功率。

6.根据权利要求1所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的无线通信模块，所述微处理器将所述换算处理后的蓄电池电流信息通过所述无线传输模块传输给用户终端。

7.根据权利要求6所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，所述无线传输模块为Zigbee无线通信模块。

8.根据权利要求1所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，还包括：时间设置模块，所述微处理器根据所述时间设置模块设置的时间间隔将所述换算处理后的蓄电池电流信息通过所述无线传输模块传输给用户终端。

9.根据权利要求1所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于：

还包括时钟电路、DC-DC开关电源，所述时钟电路与所述微处理器连接，所述DC-DC开关电源的输入端与所述光伏系统蓄电池连接。

10.根据权利要求1所述的光伏系统蓄电池电流监控设备，其特征在于，还包括节能控制模块,所述节能控制模块与所述微处理器连接，所述显示设备在所述节能控制模块监测到人体靠近距离小于预设节能控制距离时，点亮所述显示设备的背光灯，并持续预定延时时间后，关闭所述背光灯。