CN113890156A - 结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，包括太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块、温差发电模块、蓄电池、辅助蓄电池、判断控制模块、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ；所述太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块和温差发电模块的输出端与判断控制模块的输入端连接，所述判断控制模块的输出端向负载、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ供电，所述充放电管理电路Ⅰ用于对蓄电池的充放电进行管理，所述充放电管理电路Ⅱ用于对辅助蓄电池进行充放电管理，所述判断控制模块的电源端与辅助蓄电池的正极连接，确保电力检测设备的供电稳定性，进而确保电力监测设备持续稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种供电系统，尤其涉及一种结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统。
背景技术
在电力电网中，电缆的状态监测是关系到电网的稳定性的因素之一，而电缆状态检测的稳定性的一大关键因素为供电的稳定性不足，其主要原因为现有的供电系统的电能获取方式单一，当该供电过程出现过压、欠压问题时，则不能满足监测设备的供电需求，从而影响电缆监测设备的稳定性。
因此，为了解决上述技术问题，继续提出一种新的技术手段。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，在电缆的运行环境中进行在线感应取电、太阳能、温差取电以及振动取电相结合的方式进行供电，确保电力检测设备的供电稳定性，进而确保电力监测设备持续稳定运行。
本发明提供的一种结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，包括太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块、温差发电模块、蓄电池、辅助蓄电池、判断控制模块、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ；
所述太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块和温差发电模块的输出端与判断控制模块的输入端连接，所述判断控制模块的输出端向负载、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ供电，所述充放电管理电路Ⅰ用于对蓄电池的充放电进行管理，所述充放电管理电路Ⅱ用于对辅助蓄电池进行充放电管理，所述判断控制模块的电源端与辅助蓄电池的正极连接。
进一步，所述在线供电模块包括电流互感器、整流电路以及稳压电路；
所述电流互感器设置于电缆进行感应取电，所述电流互感器的输出端连接于整流电路的输入端，所述整流电路的输出端与稳压电路的输入端连接，所述稳压电路的输出端输出连接于判断控制模块的输入端。
进一步，所述振动取能模块包括能量收集芯片和振动取能器件，振动取能器件与能量收集芯片连接，其中，能量收集芯片为LTC3588-1,所述振动取能器件为V20W压电能量采集器。
进一步，所述温差发电模块包括温差发电模块、变压器以及升压模块；
所述温差发电模块的输出端与变压器T1的初级绕组连接，变压器T1的次级绕组与升压模块的输入端连接；升压模块的输出端与判断控制模块的输入端连接；
其中，温差发电模块为TEG-F40550模块，升压模块为LTC3108芯片，变压器T1的变比为1:100。
进一步，充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ电路结构相同，均包括充放电管理芯片BL4056和电池保护芯片R5421。
进一步，所述判断控制模块包括电压检测电路、电流检测电路、模数转换电路、开关控制电路以及控制芯片；
所述开关控制电路包括第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路、第四开关控制电路以及第五开关控制电路；
第一开关控制电路的输入端连接于在线供电模块的输出端ZVCC，第二开关控制电路的输入端连接于振动取能模块的输出端VVCC，第三开关电路的输入端连接于太阳能模块的输出端SVCC，第四开关电路的输入端连接于温差发电模块的输出端TVCC，第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路以及第四开关控制电路的输出端连接于电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接于负载；所述第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路以及第四开关控制电路的控制端均与控制芯片的控制输出端连接，所述电压检测电路用于检测电阻R9的输入端的电压，电流检测电路用于检测流过R9的电流，电压检测电路和电流检测电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，模数转换电路的输出端与控制芯片的输入端连接；第五开关控制电路的输入端连接于蓄电池，第五开关控制电路的输出端连接于负载，第一至第五开关控制电路的控制端连接于控制芯片。
进一步，控制芯片通过如下方式对开关控制电路进行控制：
上电初始，控制芯片控制第三开关控制电路导通，其余开关控制电路截止，由太阳能模块供电；
控制芯片获取电压检测电路和电流检测电路输出的电压信息和电流信息，当实时电压小于设定值或者电流小于设定值，则控制芯片控制第一开关控制电路和第三开关控制电路同时导通；
控制芯片判断电压或者电流是否小于设定值，如是，则控制芯片控制第一开关控制电路、第二开关控制电路以及第三开关控制电路同时导通，控制芯片再次判断电压或者电流是否小于设定值，控制芯片控制第一开关控制电路至第四开关控制电路同时导通，控制芯片判断电压或者电流是否小于设定值，如是，则控制芯片关断第一至第四开关控制电路，控制第五开关控制电路导通，转为蓄电池向负载供电。
本发明的有益效果：通过本发明，在电缆的运行环境中进行在线感应取电、太阳能、温差取电以及振动取电相结合的方式进行供电，确保电力检测设备的供电稳定性，进而确保电力监测设备持续稳定运行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的稳压电路原理图。
图3为本发明振动取能模块原理图。
图4为本发明的温差发电模块原理图。
图5为本发明的电池充放电管理芯片原理图。
图6为本发明的电池保护芯片电路原理图。
图7为本发明的DC-DC电路原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：
本发明提供的一种结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，包括太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块、温差发电模块、蓄电池、辅助蓄电池、判断控制模块、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ；
所述太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块和温差发电模块的输出端与判断控制模块的输入端连接，所述判断控制模块的输出端向负载、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ供电，所述充放电管理电路Ⅰ用于对蓄电池的充放电进行管理，所述充放电管理电路Ⅱ用于对辅助蓄电池进行充放电管理，所述判断控制模块的电源端与辅助蓄电池的正极连接，通过本发明，在电缆的运行环境中进行在线感应取电、太阳能、温差取电以及振动取电相结合的方式进行供电，确保电力检测设备的供电稳定性，进而确保电力监测设备持续稳定运行。其中，太阳能模块采用现有的光伏电池模块，在此不加以赘述。
本实施例中，所述在线供电模块包括电流互感器、整流电路以及稳压电路；
所述电流互感器设置于电缆进行感应取电，所述电流互感器的输出端连接于整流电路的输入端，所述整流电路的输出端与稳压电路的输入端连接，所述稳压电路的输出端输出连接于判断控制模块的输入端，其中，稳压电路采用LM2596稳压芯片及其外围电路，如图所示，该芯片的输入电压最高可达40V，输出电压可通过调节电阻R1和R2的阻值来改变，其调节范围为1.2-37V。
本实施例中，所述振动取能模块包括能量收集芯片和振动取能器件，振动取能器件与能量收集芯片连接，其中，能量收集芯片为LTC3588-1,所述振动取能器件为MIDE公司的VOLTURE系列的V20W压电能量采集器，通过上述结构，能够有效提升振动转化为电能的收集效率。
本实施例中，所述温差发电模块包括温差发电模块、变压器以及升压模块；
所述温差发电模块的输出端与变压器T1的初级绕组连接，变压器T1的次级绕组与升压模块的输入端连接；升压模块的输出端与判断控制模块的输入端连接；
其中，温差发电模块为TEG-F40550模块，升压模块为LTC3108芯片，变压器T1的变比为1:100，通过上述结构，能够提升温差发电的效率，并具有较为稳定的输出电压
本实施例中，充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ电路结构相同，均包括充放电管理芯片BL4056和电池保护芯片R5421。通过上述结构，能够对蓄电池和辅助电池进行良好的保护。
本实施例中，所述判断控制模块包括电压检测电路、电流检测电路、模数转换电路、开关控制电路以及控制芯片；
所述开关控制电路包括第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路、第四开关控制电路以及第五开关控制电路；
第一开关控制电路的输入端连接于在线供电模块的输出端ZVCC，第二开关控制电路的输入端连接于振动取能模块的输出端VVCC，第三开关电路的输入端连接于太阳能模块的输出端SVCC，第四开关电路的输入端连接于温差发电模块的输出端TVCC，第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路以及第四开关控制电路的输出端连接于电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接于负载；所述第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路以及第四开关控制电路的控制端均与控制芯片的控制输出端连接，所述电压检测电路用于检测电阻R9的输入端的电压，电流检测电路用于检测流过R9的电流，电压检测电路和电流检测电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，模数转换电路的输出端与控制芯片的输入端连接；第五开关控制电路的输入端连接于蓄电池，第五开关控制电路的输出端连接于负载，第一至第五开关控制电路的控制端连接于控制芯片；其中，第一至第五开关控制电路的电路结构完全相同(图中给出了第一至第四的结构，第五省略)，其中，电压采集电路和电流采集电路以及模数转换电路均采用现有电路，控制芯片采用现有的单片机；
具体地：控制芯片通过如下方式对开关控制电路进行控制：
上电初始，控制芯片控制第三开关控制电路导通，其余开关控制电路截止，由太阳能模块供电；
控制芯片获取电压检测电路和电流检测电路输出的电压信息和电流信息，当实时电压小于设定值或者电流小于设定值，则控制芯片控制第一开关控制电路和第三开关控制电路同时导通；
控制芯片判断电压或者电流是否小于设定值，如是，则控制芯片控制第一开关控制电路、第二开关控制电路以及第三开关控制电路同时导通，控制芯片再次判断电压或者电流是否小于设定值，控制芯片控制第一开关控制电路至第四开关控制电路同时导通，控制芯片判断电压或者电流是否小于设定值，如是，则控制芯片关断第一至第四开关控制电路，控制第五开关控制电路导通，转为蓄电池向负载供电；通过上述结构和方法，能够有效确保负载用电的稳定性；在上述中，当控制芯片判断太阳能的电压和电流大于设定值，或者太阳能和其他形式的电能叠加后电压和电流大于设定值时，第五控制开关电路均不导通，并且还控制充放电管理电路对蓄电池以及辅助蓄电池进行充电，控制芯片也由太阳能等进行供电，在蓄电池和辅助蓄电池进行供电时，在电池的输出端还设置有DC-DC电路HX8001对输出电压处理后再提供给负载，以确保电池输出的稳定性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，其特征在于：包括太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块、温差发电模块、蓄电池、辅助蓄电池、判断控制模块、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ；
所述太阳能模块、在线供电模块、振动取能模块和温差发电模块的输出端与判断控制模块的输入端连接，所述判断控制模块的输出端向负载、充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ供电，所述充放电管理电路Ⅰ用于对蓄电池的充放电进行管理，所述充放电管理电路Ⅱ用于对辅助蓄电池进行充放电管理，所述判断控制模块的电源端与辅助蓄电池的正极连接。
2.根据权利要求1所述结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，其特征在于：所述在线供电模块包括电流互感器、整流电路以及稳压电路；
所述电流互感器设置于电缆进行感应取电，所述电流互感器的输出端连接于整流电路的输入端，所述整流电路的输出端与稳压电路的输入端连接，所述稳压电路的输出端输出连接于判断控制模块的输入端。
3.根据权利要求1所述结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，其特征在于：所述振动取能模块包括能量收集芯片和振动取能器件，振动取能器件与能量收集芯片连接，其中，能量收集芯片为LTC3588-1,所述振动取能器件为V20W压电能量采集器。
4.根据权利要求1所述结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，其特征在于：所述温差发电模块包括温差发电模块、变压器以及升压模块；
所述温差发电模块的输出端与变压器T1的初级绕组连接，变压器T1的次级绕组与升压模块的输入端连接；升压模块的输出端与判断控制模块的输入端连接；
其中，温差发电模块为TEG-F40550模块，升压模块为LTC3108芯片，变压器T1的变比为1:100。
5.根据权利要求1所述结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，其特征在于：充放电管理电路Ⅰ和充放电管理电路Ⅱ电路结构相同，均包括充放电管理芯片BL4056和电池保护芯片R5421。
6.根据权利要求1所述结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，其特征在于：所述判断控制模块包括电压检测电路、电流检测电路、模数转换电路、开关控制电路以及控制芯片；
所述开关控制电路包括第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路、第四开关控制电路以及第五开关控制电路；
第一开关控制电路的输入端连接于在线供电模块的输出端ZVCC，第二开关控制电路的输入端连接于振动取能模块的输出端VVCC，第三开关电路的输入端连接于太阳能模块的输出端SVCC，第四开关电路的输入端连接于温差发电模块的输出端TVCC，第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路以及第四开关控制电路的输出端连接于电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接于负载；所述第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路以及第四开关控制电路的控制端均与控制芯片的控制输出端连接，所述电压检测电路用于检测电阻R9的输入端的电压，电流检测电路用于检测流过R9的电流，电压检测电路和电流检测电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，模数转换电路的输出端与控制芯片的输入端连接；第五开关控制电路的输入端连接于蓄电池，第五开关控制电路的输出端连接于负载，第一至第五开关控制电路的控制端连接于控制芯片。
7.根据权利要求6所述结合多种取能方式的电缆监测设备供电系统，其特征在于：控制芯片通过如下方式对开关控制电路进行控制：
上电初始，控制芯片控制第三开关控制电路导通，其余开关控制电路截止，由太阳能模块供电；
控制芯片获取电压检测电路和电流检测电路输出的电压信息和电流信息，当实时电压小于设定值或者电流小于设定值，则控制芯片控制第一开关控制电路和第三开关控制电路同时导通；
控制芯片判断电压或者电流是否小于设定值，如是，则控制芯片控制第一开关控制电路、第二开关控制电路以及第三开关控制电路同时导通，控制芯片再次判断电压或者电流是否小于设定值，控制芯片控制第一开关控制电路至第四开关控制电路同时导通，控制芯片判断电压或者电流是否小于设定值，如是，则控制芯片关断第一至第四开关控制电路，控制第五开关控制电路导通，转为蓄电池向负载供电。
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