CN218335427U - 一种离网光储电源系统健康诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及离网光储电源系统领域，尤其为一种离网光储电源系统健康诊断装置，包括：壁挂式外壳具有门板；控制模块安装在机架式外壳内，用于数据的和通信；HMI单元安装在门板上，且与控制模块连接，用于提供用户直接在终端上进行数据的查询与设置；所述控制模块包括监控单元、采集单元以及存储单元，所述监控单元与采集单元连接，所述存储单元与监控单元、采集单元连接，传感器单元用于采集数据信息，并上传到采集单元进行处理，通信单元用于监控单元与后台上位机之间建立通信。本实用新型，外壳采用壁挂式安装结构，具备体积小、重量轻、便于安置和简单易用的特点，能够实现在线连续自动监测及预警的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及离网光储电源系统技术领域，具体为一种离网光储电源系统健康诊断装置。
背景技术
清洁绿色能源近年来的应用较为迅猛，其代表有光伏、风力发电等。通过光伏板或风力驱动发电机产生电能，通过处理，然后可以利用蓄电池组将电能进行存储。现有技术中，公告号CN102768342B公开的离网光伏发电系统中蓄电池电量监测装置，包括单片机MCU内设置有第一模数转换器、第二模数转换器、第三模数转换器和乘法器等，能够有效地解决了蓄电池电量易变性的问题，准确判断了蓄电池的满电状态，放电至截止电压时，LED指示灯的闪烁情况显示了放电率，用户根据LED指示灯闪烁的个数估测蓄电池剩余电量的大小。但是上述监测装置仅采用一个处理单元，所以处理效率还有待加强；而且是根据LED灯闪烁来估算蓄电池余电量，不够直观；还有就是无法实现与后台终端进行通信从而实现数据交互等，鉴于此，提出一种离网光储电源系统健康诊断装置，从而解决以上问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种离网光储电源系统健康诊断装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种离网光储电源系统健康诊断装置，包括：
壁挂式外壳，具有门板；
控制模块，安装在所述壁挂式外壳内，用于数据的和通信；
HMI单元，安装在所述门板上，且与控制模块连接，用于提供用户直接在终端上进行数据的查询与设置；
所述控制模块包括监控单元、采集单元以及存储单元，所述监控单元与采集单元连接，所述存储单元与监控单元、采集单元连接，传感器单元用于采集数据信息，并上传到采集单元进行处理，通信单元用于监控单元与后台上位机之间建立通信，所述存储单元用于存储数据。
进一步的，所述控制模块包括两个处理器，分别是CPUⅠ和CPUⅡ，所述CPUⅠ通过10/100网口或RS485串口与CPUⅡ连接，所述CPUⅡ通过 10/100网口、RS485串口或LoRa网关与传感器单元连接，所述CPUⅡ通过 LCDC/SPI接口与HMI单元连接。
进一步的，所述通信单元采用4G/5G模块，所述传感器单元包括光伏组件传感器、蓄电池组传感器以及环境传感器，所述存储单元包括ROM和 RAM。
进一步的，还包括与控制模块连接的AC-DC电源转换模块，该AC-DC 电源转换模块与光伏充电装置连接。
进一步的，所述CPUⅠ还连接有USB接口，所述HMI单元基于触摸屏。
进一步的，所述CPUⅠ基于MCIMX6Y2CVM08AB芯片，所述CPUⅡ基于RK3128芯片。
进一步的，还包括电池管理模块，该电池管理模块与CPUⅠ连接，用于估算蓄电池组的等效参数。
进一步的，所述电池管理模块包括电池管理单元和电池控制单元，所述电池管理单元用于采集电池砖信息，并将信息上传至与其通信的电池控制单元，所述电池控制单元接收与其通信连接的电池管理单元上传的电池砖信息，并进行SOC估测及均衡控制运算。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型，以壁挂式外壳制作成终端形式用于实现离网光触电源系统各部分功能的信息采集及诊断，提供就地终端显示屏实现光储电源系统健康诊断的全功能显示，并与后台上位机交互进行采集数据的计算分析。
本实用新型，针对离网光储最小系统，针对储能电池组件相关元器件的运行状况进行监测诊断与集成。
本实用新型外壳采用机架式安装结构，具备体积小、重量轻、便于安置和简单易用的特点，能够实现在线连续自动监测及预警的效果。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型侧视示意图。
图3为本实用新型仰视图示意图。
图4为本实用新型控制模块原理框图。
图5为本实用新型电池管理模块系统架构示意图。
图中：1-壁挂式外壳、2-门板、3-HMI单元、4-门锁、5-进线孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案：
一种离网光储电源系统健康诊断装置，包括壁挂机架式外壳1，在该壁挂式外壳1的正面安装有门板2，在该门板2上嵌装HMI单元3，同时柜门2 上也配备了门锁4，外壳底部设置了进线孔5，装置涉及的接线从外壳底部进线孔穿入。在壁挂式外壳1内安装控制模块，用于数据采集处理的以及该装置与外部的后台上位机进行通信连接。
下面将具体的介绍：
装置设计分为以下几个部分：
装置以边缘计算设备作为核心控制终端基础，组成包括了硬件及软件系统。硬件部分：单片机、通信单元、存储器、电源以及其他。单片机采用主流ARM嵌入式芯片，芯片具有较高的主频及丰富的I/O端口，开发过程中有较成熟的应用方案支持，可以减少硬件开发难度。同时主流芯片运算能力的冗余，足够支撑未来几年的应用升级的可能。通信接口方面，为满足设备接口标准化，配备RS485接口、网口以及4G/5G无线模块，用于传感器数据的采集、设备维护以及后台上位机的数据交互。
存储器方面，为了实现运行数据的存储和断点续传的要求以及存储的便捷性。除内置存储空间外还采用外设存储卡方式，可根据项目存储要求相应配置。
HMI设计采用触控显示屏，功能针对光储电源系统各类专题问题进行设计，提供用户直接在终端上进行详尽数据的查询与设置。
电源方面，由于传感器及边缘计算设备电源通常为直流设备，而离网光储电源系统所提供能源主要为交流电源AC220V，因此，装置内部采用交流输入的AC-DC转换模块将装置外部供能进行统一管理。
由于设备投运环境的不确定性，为了实现装置后续与外界的交互，采用无线和有线相配合通信方式。使用者可根据实际情况选择，通信方式。
装置软件系统部为嵌入式系统具有内核小、系统精简、支持多任务的特点，适合用于专用场合与硬件结合程度高。采用Linux 4.1.15及以上版本作为操作系统。
由于离网光储电源系统使用地普遍偏远、地域分散性广，为了减少人力成本、提高维护效率应制定方便的信息查询方式。提供多种信息查询方式，供各种场景组合使用。就地信息查询，提供就地的HMI工运维人员现场查询，便于现场维护工作；web及app查询，方便运维人员随时随地的进行信息的查询。短信息推送。推送紧急度较高的告警信息，供维护人员及时处理。
本实用新型，通过有线和无线的通信单元，分别预置了4G/5G模块和网口，这样便于通过4G/5G模块与后台上位机比如手机进行无线通信，而采用网口则可以与计算机等网口通信。
本实用新型，HMI单元3包括可以采用液晶显示提供一个交互式图形用户界面给现场操作人员，通过调用存储器中存储的采集到的各种数据，可以直观地了解现场设备的各项参数。
本实用新型，光伏组件传感器包括RN8208G芯片是一种单相电量计量芯，可以对蓄电池组以及光伏组件的电压、电流等运行电源数据参数的采集，从而上传到主控芯片进行处理分析。采集内容包括日发电量、用电量，从而计算存储电量情况。以侧面反映科学考察设备的运行情况及发电系统状况(如直流输出电压、光伏组串电压、光伏组串电流、光伏组串功率、蓄电池电压、剩余电池电量、预计使用时间、系统预计充满时间)。
通过设置传感器单元，该传感器单元可以包括环境传感器(温度、湿度、烟雾等方面)，作为采集环境运行数据。采集内容包括内外环境温湿度、环境设备运行情况、水浸情况、烟感情况、安防状态等。利用现有传感器对相关数据进行直接间接的采集，并在诊断装置中分析处理，用于分析光伏电源系统环境因素产生的变化影响。
如图5所示，通过设置电池管理模块可以了解蓄电池组健康诊断数据。采集内容包括电源部件单体的发电数据、内阻、组间电参数据的不平衡度等。对蓄电池组件用电情况等指标进行系统性评估。具体的，利用现有模块，以 ARM处理器与之串口通信，从而实现电池管理模能够实时估算法估算出电池的等效参数，从而精确地估算出电池组的SOC状态，以便能够知晓电池内阻变化趋势、剩余电量以及异常状态记录的目的。包括BMU和BCU组合而成。BMS采用分布式主从结构，由多个BMU和单个BCU组成，其中BCU负责与外界主控芯片(ARM处理器Ⅱ)的系统通讯，获取指令、上传并显示电池组信息，同时BCU接收各单体BMU上传的电池砖信息，进行SOC估测及均衡控制运算。其硬件架构，主控芯片MPC5744P加系统芯片MC33908，基于数据驱动型融合模型的自适应Sigma卡尔曼粒子滤波电池剩余寿命预测方法。实现电池SOC的精确估算以及实现健康状态估算，具备可靠的过充/过放保护、过流/过温/低温保护、多级故障诊断保护，实现电压温度采集线断线诊断功能。
本实用新型，通过设置电池管理模块，从而可以为离网光储电源系统中的蓄电池组提供蓄电池组异常分析及更换提醒，同时能够实现组件的寿命预测且显示直观，系统续航预测以及节能保供的目的。
本实用新型：
1)采用壁挂式箱体作为装置的固定结构，可以广泛的适用于各类工程场合；
2)装置由外壳、触摸屏、控制模块、AC-DC电源转换模块组成；
3)采用安装于壁挂式箱体的触摸显示屏，作为终端的人机交互界面；
4)由采集单元和监控单元构成控制模块；
5)采集单元负责接入兼容构成离网光储电源系统各个部件的监测数据并向监控单元提供标准数据，以消除接口和数据定义的差异性；
6)监控单元负责接入标准的离网光储电源系统数据，存储并按照既定流程对数据进行运算以反映光储电源系统信息，并利用4G/5G技术，向云平台传输数据并接收云平台的算法更新；
7)通过独立的电源模块实现装置的整体供电，可以依照项目需求更换匹配的等级电源，可以广泛的适用于各类项目现场；
8)监控单元设置节能管理策略，通过采集单元接口连接并控制用电设备或者用电设备电源，从而达到非重要负荷用电控制，保障重要负荷用电；
9)通过4G/5G通信模块实现站点的定位功能。
本实用新型，方便各类型离网光储电源系统项目现场装设；精细化管理离网光储电源系统，有利于延长设备使用寿命；装置可以及时的保证设备健康诊断策略的更新，提高预测诊断的精确度；能用提供及时的预警，方便为运维计划提供依据，减少维护成本；通过节电控制，可以延长离网光储电源系统供给的重要负荷的供电时长。
如图4所示：
1)离网光储电源健康诊断装置电气部件由触摸屏、AC-DC电源转换模块、控制模块组成；
2)控制模块采用双主控单元设计，包括监控单元和采集单元；
3)采集单元负责将离网光储电源系统中各品牌设备包括光伏充电装置、光伏组件传感器、蓄电池组传感器、环境传感器、系统内用电设备等设备数据，通过10/100M网口、Lora、RS485串口等方式接入，并转成标准的数据接口供监控单元使用；
4)监控单元负责将采集单元传入的接口数据进行存储、按照既定规则运算并形成诊断结论，同时上传至上位机，并接收上位机的策略更新；
5)采集单元与监控单元之间根据数据量大小，选择10/100M网口或RS485 串口进行连接；
6)触摸屏与监控单元采用LCDC接口和SPI口进行连接；
7)诊断装置与后台上位机采用监控单元的4G或5G模块进行连接；
8)AC-DC电源转换模块负责接入光伏充电转置输出的电源，并进行转换供离网光储电源健康诊断装置使用；
9)监控单元采用ARM Cortex-A7系列处理器，型号RK3128或以上等级；
10)RK3128处理器有丰富的端口资源，可以扩展USB、触摸屏、10/100M 网口、RS485串口；
11)USB接入外接存储装置供断点续传场景，装置与上位机离线时存储数据使用；
12)采集单元采用ARM Cortex-A7系列处理器，型号 MCIMX6Y2CVM08AB或以上等级；
13)MCIMX6Y2CVM08AB处理器有丰富的通信接口，可扩展Lora、 10/100M网口、RS485串口。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，包括：
壁挂式外壳(1)，具有门板(2)；
控制模块，安装在所述壁挂式外壳(1)内，用于数据的和通信；
HMI单元(3)，安装在所述门板(2)上，且与控制模块连接，用于提供用户直接在终端上进行数据的查询与设置；
所述控制模块包括监控单元、采集单元以及存储单元，所述监控单元与采集单元连接，所述存储单元与监控单元、采集单元连接，传感器单元用于采集数据信息，并上传到采集单元进行处理，通信单元用于监控单元与后台上位机之间建立通信，所述存储单元用于存储数据。
2.如权利要求1所述的一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，所述控制模块包括两个处理器，分别是CPUⅠ和CPUⅡ，所述CPUⅠ通过10/100网口或RS485串口与CPUⅡ连接，所述CPUⅡ通过10/100网口、RS485串口或LoRa网关与传感器单元连接，所述CPUⅡ通过LCDC/SPI接口与HMI单元(3)连接。
3.如权利要求2所述的一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，所述通信单元采用4G/5G模块，所述传感器单元包括光伏组件传感器、蓄电池组传感器以及环境传感器，所述存储单元包括ROM和RAM。
4.如权利要求1所述的一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，还包括与控制模块连接的AC-DC电源转换模块，该AC-DC电源转换模块与光伏充电装置连接。
5.如权利要求2所述的一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，所述CPUⅠ还连接有USB接口，所述HMI单元(3)基于触摸屏。
6.如权利要求2所述的一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，所述CPUⅠ基于MCIMX6Y2CVM08AB芯片，所述CPUⅡ基于RK3128芯片。
7.如权利要求2所述的一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，还包括电池管理模块，该电池管理模块与CPUⅠ连接，用于估算蓄电池组的等效参数。
8.如权利要求7所述的一种离网光储电源系统健康诊断装置，其特征在于，所述电池管理模块包括电池管理单元和电池控制单元，所述电池管理单元用于采集电池砖信息，并将信息上传至与其通信的电池控制单元，所述电池控制单元接收与其通信连接的电池管理单元上传的电池砖信息，并进行SOC估测。
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Legal Events
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Denomination of utility model: A Health Diagnosis Device for Off grid Optical Storage Power Supply System Granted publication date: 20230117 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Xiamen Lianqian Branch Pledgor: EMK (XIAMEN) INTELLIGENT ELECTRIC CO.,LTD. Registration number: Y2024980003540 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |