智能型太阳能蓄电装置监控系统设计

辽宁石油化工大学信息与控制工程学院 董 旭 单海欧 王天施

引言：随着科学技术的发展，变配电所的智能化要求也越来越高，本设计提出电阻放电的方式对太阳能蓄电池进行恒流放电，并设计智能截止电路，使用蓄电池监测模块监测蓄电池放电过程中的状态。系统界面简单易用，整个系统操作简单，已推广应用。

1.前言

目前，生活工业环境用电的场所越来越多，对电能要求质量也越来越严格，而在电能质量管理系统中，准确测量、断电保护、失电保护等的检测环节是要解决的主要问题。蓄电池的应用也越来越广泛，蓄电池存在充放电过程，电池的两端变化范围非常小，如何检测变化值，对于检测环节要求精度非常高，同时电池在充放电过程中，端电压和流过的电流的变化，会对用电设备产生影响，测量保护环节准确程度会受很大干扰，当前，对于电池电量的预测检测技术有许多，但是由于电池内部的非线性以及不确定性，影响算法的实施，本设计的太阳能蓄电池检测系统很好的解决了此问题。

2.系统设计

本系统设计开发的太阳能智能蓄电池监测系统，是由蓄电池太阳能放电和智能监测系统构成，如图1所示。对于太阳能同时对储能系统进行充电，当太阳能能量不足，由电路并联的蓄电池系统解决此问题，同时检测测量环节观测蓄电池端电压和流过电流的变化值。蓄电池放电环节由专用检测放电系统构成，当电压值达到给定截止电压后，电池智能停电，实现智能系统控制要求。第二个系统由测量芯片DS2438构成，监控电池的变化规律和指标，采用单片机芯片AT89S52，控制采集蓄电池的电压和流过的电流值，传输到显示芯片。本设计通过测试在外在因素变化时，仍然能够对蓄电池的电压维持稳定，并且自动停电，同时对整个过程实现动态跟随监视，通过使用本系统设计能延长蓄电池的使用寿命。

图1 充放电系统

监控系统主要由电流传感器、电压传感器、A/D转换器等多种传感器构成，同时监测使用专用芯片DS2438与AT89S52单片机。根据设计要求的数值指标，要监视太阳能和蓄电池系统实际电流的变化，同时也要检测在充电和放电过程指标的动态变化，在检测电流的同时也要使蓄电池两端的电压跟随电流的动态变化规律，在电流电压变化的同时要求调整和监控、显示数值，达到控制要求。本设计能在天气光照不足的情况下，启动蓄电池系统，进行稳定放电，同时智能检测控制电压电流数值；使数值基本跟随平稳跟随给定数值，变化范围控制在10%范围，智能断电；而且在放电结束，对于蓄电池的剩余电压值进行检测，进行充电环节和显示、保护回流。

3.系统组成

本设计采用恒流放电模块，放电截止模块，放电监测模块，太阳能模块，安全保护模块，显示模块，控制模块组成。系统设计完整的系统框图如图2所示。通过光敏探头监测阳光的光照状态，根据所述光照状态及位置监测设备启动水平方位直流伺服电机连接的太阳能追踪采集系统；将所述光信号及所述风信号转变为电能；将所述剩余的电量通过三端口双向DC/DC变流器向储能系统中充电；或通过三端口双向DC/DC变流器从所述储能系统提取电量，向负载进行发电。通过监控器及管理器按照预设的优化控制算法对太阳能追踪采集系统、智能充电装置、储能系统进行控制，以便太阳能追踪采集系统及风能系统将电能经过三端口双向DC/DC变流器向负载发电，和/或将剩余电量通过三端口双向DC/DC变流器存储在储能系统中，所述监控器包括系统状态监控、充放电控制、参数设定、能量管理、联网通信，所述管理器包括数据采集、并网协调。

图2 系统组成

1、蓄电池组：可对蓄电池进行恒流放电。

2、恒流放电模块：主要由全控电力MOSFET管和晶体管组成的运放构成，关键解决对蓄电池的稳定放电问题。

3、放电截止模块：主要由电力IGBT等器件构成，用比较放大器实现蓄电池端电压如何跟随给定指标的问题，当蓄电池两端电压值降落到给定的截止电压值时候，此模块去控制蓄电池放电停止。

4、放电监测模块：主要由52系列单片机及DS2348专用电池监测芯片够成，解决如何在动态过程中准确实时采集蓄电池两端的电压、流过电流的数值，同时通过显示环节显示电压电流数值。

5、显示模块：由液晶显示芯片构成，解决蓄电池充放电的动态工作过程的显示，以及充放电过程中电流电压的数值。

6、控制模块：由控制电力电子器件构成，根据控制要求和指标、显示数值，启动此模块。

7、太阳能模块：由MPPT环节构成，使太阳能的采集能达到最大功率要求，通过DC/DC电路进行转换。

8、安全保护模块：对整个电路提供短路、过流过压和电池反向保护。

本设计的恒流放电模块电阻R放电方式决定，通过使用MOSFET场效应管和运放芯片、以及隔离保护电路构成，放电电路达到的程度要求很高，如果额定值0.5AH镉镍蓄电池，本设计能使其输出电流恒定在80mA左右，如果额定值0.11AH镉镍蓄电池，本设计能使输出电流恒定在33mA左右。系统采用电力电子器件的工作特性与运放的线性反馈特效穴，综合作用来实现蓄电池的平稳充放电过程。

4.结束语

本设计采用电阻的方式方法对太阳能蓄电池进行恒流充放电，同时针对使用整流滤波环节来解决放电过程中存在的不足问题，最终实现精准的蓄电池恒流放电，在系统中加入了智能截止电路，在蓄电池恒流放电到截止电压时自动停止放电，防止蓄电池出现过放现象，损坏蓄电池，通过监测模块监测动态监视电压电流的变化规律，实现最优控制，达到了生活中对电能质量的要求，系统结构简单，实现方便，具有非常大的实用价值，满足人们生活生产需要。