CN113872306A - 一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，在光伏系统安装后通过蓄能电池充电检测模块对蓄能电池最初10次充放电过程进行跟踪，待蓄能电池满充后输出电流采集模块与输出电压采集模块开始监控放电过程，在放电过程中关闭充电系统电路，利用负载消耗蓄能电池能量放电至最低电压，计算得到待测蓄能电池的最大输出能量值；微处理器系统内保存指定放电下限电压值，放电周期从满电蓄能电池放电开始，若无放电至指定放电下限电压值，即检测到充电信号，则判定健康；若放电至指定放电下限电压值还未充电，则蓄能电池停止供电进入保护状态，此时微处理器系统计算蓄能电池放出的能量值，并与最大输出能量值进行比较，自动判定蓄能电池健康，检测效率高。

Description

一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法
技术领域
本发明涉及电池评估技术领域，尤其涉及一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法。
背景技术
蓄能电池是光伏系统中的重要组成部分，在光照充足时存储电能，在夜晚或者阴天等光照不足的情况为负载提供能量。判断蓄电池失效标准是荷电状态(SOC)在使用过程中的变化情况，文献“蓄电池性能及剩余容量检测仪设计”中认为当SOC小于额定值的70％后，蓄电池即处于接近失效状态，然而，SOC的测量需要蓄电池长时间静置(静置时间需要4～8小时)，在光伏系统中处于工作状态的蓄电池没法实现。并且由于光伏系统的蓄电池充电过程受光照强度变化的影响，不可能实现恒流充电；且在放电过程中也受负载工作状态变化的影响，难以实现恒流放电，因此，直接测量SOC误差较大，不利于评估蓄电池的健康状态。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，采用一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估系统对光伏蓄能电池在线健康状况进行评估，具体步骤如下：
1)在光伏系统安装后通过蓄能电池充电检测模块对蓄能电池最初10次充放电过程进行跟踪，待蓄能电池满充后，输出电流采集模块与输出电压采集模块开始实时采集放电的电流和电压，在放电过程中关闭充电系统电路，利用负载消耗蓄能电池能量，放电至最低电压，每次放电的输出能量
Figure BDA0003341868060000011
其中，ut和it为每个采样时刻采集的输出电压和输出电流的值，t0是放电开始时刻，t1是放电结束时刻，ΔEtem为温度修正能量值，补偿由于工作温度差异造成的输出能量偏差，计算最初10次测得的输出能量取平均值，并将此平均值作为待测蓄能电池的最大输出能量值Emax；为消除蓄能电池工作温度对放电能力的影响，同时通过温度传感器采集蓄能电池每次放电时的温度值并记录，再根据放电时的环境温度对放电能量进行补偿，即将每次放电能量转换为对应环境温度为25℃时的值，该补偿值ΔEtem事先根据实验获得，以表格的形式放在存储器中；
2)通过蓄能电池充电检测模块，实时监控蓄能电池的充电状态，在充电停止后，输出电流采集模块与输出电压采集模块开始工作，当检测到蓄能电池开始放电时，实时记录放电的输出电压值与输出电流值，存储器采用首尾连接的环形队列保存采集数据，队列中保存的始终是最近采集的N组数据，一个完整的放电过程输出电压值与输出电流值采样的数据量不大于N，这种队列保存方式有利于存储器的分配和原始记录的保存；
3)所述微处理器系统内保存有放电下限电压值，一个放电周期从满电蓄能电池放电开始，若无放电至指定放电下限电压值，即检测到充电信号，则认为目前蓄电池健康；若放电至指定放电下限电压值还未充电，则蓄能电池停止供电进入保护状态，此时微处理器系统计算蓄能电池放出的能量值，用
Figure BDA0003341868060000021
计算，Ei表示第i次放电的能量，ΔEtem为温度修正能量值，Emax为最大放电能量，蓄能电池的健康系数
Figure BDA0003341868060000022
当h的数值小于0.75时，微处理器系统产生蓄能电池接近失效状态警告，并记录至存储器中，后续再连续进行4次健康系数测量，共5次测量，然后采用表决的方法，若健康系数低于0.75的次数大于等于3次，则判定蓄能电池处于报废状态，微处理器系统发送蓄能电池失效信息；若健康警告的次数不大于2次，则删除警告记录。
在本发明中，一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估系统包括微处理器系统、蓄能电池充电检测模块、输出电流采集模块、输出电压采集模块、存储器、温度传感器及电源系统，其中，所述蓄能电池充电检测模块、输出电流采集模块、输出电压采集模块、存储器、温度传感器及电源系统分别与微处理器系统连接。
在本发明中，所述微处理器系统自带两个12位A/D转换器，16路模拟输入通道，可实现微秒级A/D转换。
在本发明中，所述微处理器系统使用无人值守系统自带的无线传输模块，将蓄能电池健康状况传输至后台。
有益效果：本发明能够实时在线评估独立光伏系统中蓄能电池的健康状况，且评估过程自动进行，无需人工干预，检测效率高；同时不影响光伏系统正常运行，利用无线传输模块传送电池健康状况，为无人值守光伏系统的蓄电池健康状况提供实时监控。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例中的光伏蓄能电池的在线健康状况评估系统框架示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，由于光伏系统中的蓄能电池充放电过程存在周期性，在每个光伏系统设计之初，均充分考虑蓄能电池对应于负载的供电能力，即在下次充电开始之前，蓄能电池的能量不会耗光，而蓄能电池负载功耗基本固定，故采用如图1所示的一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估系统对光伏蓄能电池在线健康状况进行评估，具体步骤如下：
1)由于蓄能电池初始的蓄电能力最强，随着使用次数的增加，逐渐减弱直至失效，故在光伏系统安装后即开始运行，对最初10次充放电过程进行跟踪，待蓄能电池满充后，输出电流采集模块与输出电压采集模块开始实时采集放电的电流和电压，在放电过程中关闭充电系统电路，利用负载消耗蓄能电池能量，放电至最低电压，每次放电的输出能量
Figure BDA0003341868060000031
其中，ut和it为每个采样时刻采集的输出电压和输出电流的值，t0是放电开始时刻，t1是放电结束时刻，ΔEtem为温度修正能量值，补偿由于工作温度差异造成的输出能量偏差，计算最初10次测得的输出能量取平均值，并将此平均值作为待测蓄能电池的最大输出能量值Emax；为消除蓄能电池工作温度对放电能力的影响，同时通过温度传感器采集蓄能电池每次放电时的温度值并记录，再根据放电时的环境温度对放电能量进行补偿，即将每次放电能量转换为对应环境温度为25℃时的值，该补偿值ΔEtem为事先根据实验获得，以表格的形式放在存储器中；
2)通过蓄能电池充电检测模块，实时监控蓄能电池的充电状态，在充电停止后，输出电流采集模块与输出电压采集模块开始工作，当检测到蓄能电池开始放电时，实时记录放电的输出电压值与输出电流值，存储器采用首尾连接的环形队列保存采集数据，队列中保存的始终是最近采集的N组数据，一次放电过程输出电压值与输出电流值采样的数据量不大于N，这种队列保存方式有利于存储器的分配和原始记录的保存；
3)所述微处理器系统内保存有指定放电下限电压值，一个放电周期从蓄能电池的满充电状态放电开始，若无放电至指定放电下限电压值，即检测到充电信号，则认为目前蓄电池健康；若放电至指定放电下限电压值还未充电，则蓄能电池停止供电，进入保护状态，此时微处理器系统计算蓄能电池放出的能量值，用
Figure BDA0003341868060000041
计算，Ei表示第i次放电的能量，ΔEtem为温度修正能量值，Emax为最大放电能量，蓄能电池的健康系数
Figure BDA0003341868060000042
当h的数值小于0.75时，微处理器系统产生蓄能电池接近失效状态警告，记录至存储器中，后续再连续进行4次健康系数测量，共5次测量，然后采用表决的方法，若健康系数低于0.75的次数大于等于3次，则判定蓄能电池处于报废状态，微处理器系统发送蓄能电池失效信息；若健康警告的次数不大于2次，则删除警告记录。
在本实施例中，一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估系统包括微处理器系统、蓄能电池充电检测模块、输出电流采集模块、输出电压采集模块、存储器、温度传感器及电源系统，其中，所述蓄能电池充电检测模块、输出电流采集模块、输出电压采集模块、温度传感器及电源系统分别与微处理器系统连接，所述存储器与微处理器系统连接；微处理器系统负责各个模块总体调度，蓄能电池充电检测模块用于检测蓄能电池充电过程，在充电结束(充电电压达至指定充电上限电压值)后断开充电线路，但蓄能电池充电检测模块继续检测是否有充电信号存在；输出电压采集模块用于周期性实时采集输出电压ut，输出电流采集模块用于周期性采集输出电流it，电流和电压的采集同步进行；采集的每个周期为Δt，此周期内的输出电能为utitΔt，用
Figure BDA0003341868060000051
作为
Figure BDA0003341868060000052
的值，作为输出电能的值；温度传感器选择采集放电电流恒定时的温度，采集时机根据输出电流的数值决定。
在本实施例中，所述微处理器系统主控芯片使用嵌入式微处理器ARM系列芯片STM32F103Rx，自带两个12位A/D转换器，16路模拟输入通道，可实现微秒级A/D转换；选择用ADC1完成充电电压的检测，ADC2用双通道完成输出电压和电流的实时采集；温度传感器型号为DS18B20，单数据线与微处理器系统通信，放置在蓄能电池上方；
所述蓄能电池充电检测模块需要检测充电开始和充电截止时的电压值，将蓄能电池充电线路间的电压经过滤波、分压后直接输入ADC1即可，充电电压达到截止电压时，通过微处理器系统的引脚控制继电器，断开充电线路即可；蓄能电池充电检测模块既可监控充电的过程，掌握截止时间，为放电电路的检测提供依据，还可防止过充电，对蓄能电池起到保护作用；
所述输出电压采集模块采集蓄能电池放电时的端电压，信号经过调理后输入至ADC2的一个通道，读取输出电压值；输出电流采集模块先将电流信号转换为电压信号后再输入到ADC2的另一个通道，获得相应的输出电流值；
所述微处理器自带的存储器包含20K的RAM和128K的flash，无需另外扩展存储器，若选用其它内存容量较小的单片机，需要扩展存储器。
在本实施例中，所述微处理器系统使用无人值守系统自带的无线传输模块，将蓄能电池健康状况传输至后台。

Claims (5)

1.一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，采用一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估系统对光伏蓄能电池在线健康状况进行评估，具体步骤如下：
1)在光伏系统安装后通过蓄能电池充电检测模块对蓄能电池最初10次充放电过程进行跟踪，待蓄能电池满充后，输出电流采集模块与输出电压采集模块开始实时采集放电的电流和电压，在放电过程中关闭充电系统电路，利用负载消耗蓄能电池能量，放电至最低电压，每次放电的输出能量
Figure FDA0003341868050000011
其中，ut和it为每个采样时刻采集的输出电压和输出电流的值，t0是放电开始时刻，t1是放电结束时刻，ΔEtem为温度修正能量值，计算最初10次测得的输出能量取平均值，并将此平均值作为待测蓄能电池的最大输出能量值Emax；
2)通过蓄能电池充电检测模块，实时监控蓄能电池的充电状态，在充电停止后，输出电流采集模块与输出电压采集模块开始工作，当检测到蓄能电池开始放电时，实时记录放电的输出电压值与输出电流值并储存至存储器；
3)所述微处理器系统内保存有指定放电下限电压值，一个放电周期从满电蓄能电池放电开始，若无放电至指定放电下限电压值，即检测到充电信号，则判定目前蓄电池健康；若放电至指定放电下限电压值还未充电，则蓄能电池停止供电，进入保护状态，此时微处理器系统计算蓄能电池放出的能量值，
Figure FDA0003341868050000012
Ei表示第i次放电的能量，ΔEtem为温度修正能量值，Emax为最大放电能量，蓄能电池的健康系数
Figure FDA0003341868050000013
当h的数值小于0.75时，此时微处理器系统产生蓄能电池接近失效状态警告，并记录至存储器中，后续再连续进行4次健康系数测量，共5次测量，然后采用表决的方法，若健康系数低于0.75的次数大于等于3次，则判定蓄能电池处于报废状态，微处理器系统发送蓄能电池失效信息；若健康警告的次数不大于2次，则删除警告记录。
2.根据权利要求1所述的一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，其特征在于，步骤1)中，所述温度修正能量值ΔEtem的计算方法是：
通过温度传感器采集蓄能电池每次放电时的温度值并记录，再根据放电时的环境温度对放电能量进行补偿，即将每次放电能量转换为对应环境温度为25℃时的值。
3.根据权利要求1所述的一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，其特征在于，步骤2)中，所述存储器采用首尾连接的环形队列保存采集数据，且队列中保存的始终是最近采集的N组数据，同时一次放电过程输出电压值与输出电流值采样的数据量不大于N。
4.根据权利要求1所述的一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，其特征在于，一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估系统包括微处理器系统、蓄能电池充电检测模块、输出电流采集模块、输出电压采集模块、存储器、温度传感器及电源系统，其中，所述蓄能电池充电检测模块、输出电流采集模块、输出电压采集模块、存储器、温度传感器及电源系统分别与微处理器系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种光伏蓄能电池的在线健康状况评估方法，其特征在于，所述微处理器系统自带两个12位A/D转换器，16路模拟输入通道。
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