一种输电线路可视化监拍供电系统

技术领域

本发明属于输电线路监拍技术领域，尤其涉及一种输电线路可视化监拍供电系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

现有可视化监拍系统安装于输电线路的杆塔之上，随着可视化监拍系统应用范围越来越广，遇到的气象环境越来越复杂，例如南方梅雨季节长时间的阴雨天气、四川盆地的多雾天气、东北冬季的低日照时长，对系统的充电效率与储电量都是巨大考验。

现有可视化监拍系统的供电多采用蓄电池供电或蓄电池与超级电容混合供电。蓄电池电压比较稳定，如6.4V磷酸铁锂电池的工作电压在5.5V～7.2V，而超级电容的工作电压范围较宽，可达0～10.8V，现有的蓄电池与超级电容混合供电中，蓄电池与超级电容通过二极管并联，根据电压高低为后级负载供电方式，当超级电容放电电压达到或低于蓄电池电压时，系统即从蓄电池取电，这样超级电容剩余电量无法释放，没有充分利用超级电容的容量。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种输电线路可视化监拍供电系统，通过设置电源选通电路，保证超级电容的电量被充分利用，延长蓄电池使用寿命；并且通过对功能模块的供电进行分级管理，保障了监拍装置核心功能的长时间运行。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种输电线路可视化监拍供电系统，包括：监拍装置、储能装置和控制板；所述储能装置的输出端与监拍装置连接，控制板与监拍装置和储能装置分别连接；所述控制板根据储能装置的当前电量、以及监拍装置中各个功能模块的重要性和所需能耗，控制储能装置为所述各个功能模块的供电策略。

进一步地，所述储能装置与太阳能电池板连接，且所述储能装置的上表面与太阳能电池板下表面贴合设置，监拍装置通过支架与储能装置连接。

进一步地，所述储能装置包括壳体，用于安装电池。

进一步地，所述壳体采用不锈钢材质，进出线接口均采用防水端子。

进一步地，所述壳体还设有接地端子。

进一步地，所述储能装置包括：超级电容、电池和DC/DC转换器，所述太阳能电池板的输出端分别连接超级电容和电池的输入端，超级电容和电池的输出端均连接至DC/DC转换器的输入端，DC/DC转换器的输出端连接至监拍装置。

进一步地，所述太阳能电池板、超级电容和电池分别通过第一电压监测模块、第二电压监测模块和第三电压监测模块连接至控制板；所述控制板，用于获取输入电源的电压和蓄电池电量，若太阳能电池板的输入电源电压达到第一预设电压，则为超级电容充电；若当前蓄电池电量未满，则同时为蓄电池充电。

进一步地，太阳能电池板与超级电容之间，以及太阳能电池板与电池之间，均包括至少两个并联连接的充电管理芯片，且充电管理芯片均连接至控制板，其中，所述充电管理芯片的初始数量根据与其连接的超级电容或电池的容量设定。

进一步地，所述控制板根据超级电容或电池的剩余电量，控制与超级电容或电池连接的充电管理芯片的启动数量；或

所述控制板监测当前工作状态的充电管理芯片的状态，若出现异常，关闭异常充电管理芯片，启动非工作状态充电管理芯片。

进一步地，所述超级电容和电池的输出端均经由备用电源选通电路与DC/DC转换器连接；所述备用电源选通电路用于控制采用超级电容还是电池为后级电路进行供电。

进一步地，备用电源选择电路在超级电容电压高于第二预设电压时,使用超级电容供电；当超级电容电压低于第三预设电压时，切换为电池供电。

进一步地，所述备用电源选通电路包括：超级电容的输出端分两路，一路连接迟滞比较器的正输入端，另一路连接至P沟道MOS管D1的漏极；D1的源极连接D2的源极；迟滞比较器的输出端一路连接N沟道MOS管D3的门极，另一路连接N沟道MOS管D6的门极；D3的漏极通过电阻R2连接至D1和D2门极的连通线路上；

锂电池的输出端连接至P沟道MOS管D4的漏极；D4的源极连接D5的源极；N沟道MOS管D6的漏极一路经由电阻R5连接至P沟道MOS管D4的漏极，另一路连接至N沟道MOS管D7的门极；D7的漏极通过电阻R4连接至D4和D5门极的连通线路上；

P沟道MOS管D2和P沟道MOS管D5的漏极均连接至DC/DC转换器。

进一步地，D1的源极分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接P沟道MOS管D2的源极；D1的门极分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接D2的门极；P沟道MOS管D4的源极分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接P沟道MOS管D5的源极；D4的门极分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接D5的门极。

进一步地，所述控制板中存储供电策略，所述供电策略中包括供电模块当前电量与功能模块的对应关系，控制板获取供电模块当前电量，控制供电模块为相应的功能模块供电。

进一步地，所述控制板中还存储电量和功能模块的等级划分信息；所述供电策略中包括供电模块当前电量等级与功能模块等级的对应关系；根据所述供电策略，控制板获取当前电量后，判断所述当前电量所属的电量等级，根据电量等级获取要供电的功能模块等级，为相应等级的功能模块供电。

进一步地，所述控制板能够与客户端建立通信连接，基于所述客户端，能够针对电量和功能模块的等级划分信息、以及供电策略进行修改。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明提出了分体式储能供电系统，将可视化监拍系统的锂电池与超级电容等储能部件由监拍装置内部移到太阳能电池板的背部空间，增加电源变换电路构成储能装置，直接输出标准12V电压为监拍装置供电，这样可以充分利用太阳能电池板后方的空间，在不影响监拍系统整体大小的情况下实现了电池容量的可扩充，解决了以往可视化监拍系统一体化供电结构无法灵活应对复杂气象环境的续航时长要求，可根据现场应用气象环境的不同，配置不同容量的锂电池以适应不同的续航要求。

本发明解决了原有可视化监拍系统太阳能电池板与支架结构导致的包装空间浪费问题，增加的储能模块占用原有太阳能电池板与支架在包装箱内的空闲空间，缩小的监拍装置可采用更小包装。

本发明的供电方法还可直接应用于现有可视化监拍系统，将太阳能电池板、储能装置和支架直接移植到可视化监拍系统并进行相应设置，即可满足更严苛的续航要求，降低产品升级换代成本。

本发明针对现有蓄电池与超级电容通过二极管并联使用，超级电容电压低于蓄电池电压时不再输出能量，超级电容容量利用率低的问题，设计了多源异构储能系统深度放电切换技术，优先采用超级电容的电量，提高了超级电容的容量利用率，延长超级电容供电时间，与此同时，减少了蓄电池使用时间，提高了蓄电池的使用寿命。

本发明在太阳能电池板与超级电容/电池之间的充电电路上，设有并联的至少两个充电单元，能够根据超级电容/电池的剩余容量自适应调整充电单元的接通数量，实现了电流自适应充电均衡；并且，在大功率充电的时候，相较于单一充电单元进行充电，多个充电单元的散热效果更好，可靠性也增加，当有充电管理芯片异常时，自动关闭该异常芯片，系统依然可以正常工作。

本发明引入了电源负载功耗分级管理机制，对可视化监拍系统内部功能模块根据重要性和耗能进行分级，并结合剩余电量进行供电管理，有效保障了监拍系统核心功能的工作时长。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有可视化监拍系统结构图；

图2为本发明一个或多个实施例中可视化监拍系统结构图；

图3为本发明一个或多个实施例中可视化监拍系统整体供电线路图；

图4为本发明一个或多个实施例中供电和储能电路连接整体结构图；

图5为本发明一个或多个实施例中电源选通电路的电路图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例公开了一种输电线路可视化监拍供电系统，包括：监拍装置、储能装置和控制板；储能装置的输出端与监拍装置连接，控制板与监拍装置和储能装置分别连接；控制板根据储能装置的当前电量、以及监拍装置中各个功能模块的重要性和所需能耗，控制储能装置为所述各个功能模块的供电策略。

需要说明的是，本发明的输电线路可视化监拍供电系统可以是一体式的，也可以是分体式的。

图1给出了一体式的输电线路可视化监拍供电系统的结构示意图，监拍系统监拍装置位于太阳能电池板下方，并通过支架连接，而且由于可视化监拍系统的太阳能电池板斜向安装，在太阳能电池板与监拍装置之间存在大量空间浪费。

图2给出了分体式的输电线路可视化监拍供电系统的结构示意图，储能装置与太阳能电池板连接，并置于太阳能电池板下方，且所述储能装置的上表面与太阳能电池板下表面贴合设置，监拍装置通过支架与储能装置连接。

所述储能模块包括壳体，所述壳体用于安装电池，所述电池的容量可以根据所需续航时间进行调整。所述壳体尺寸可根据太阳能电池板的尺寸进行最大化设计，实际应用时根据现场气象环境对储能模块安装的电池容量进行增加或删减。在满足使用条件的前提下进行成本优化。

所述壳体采用不锈钢材质，结构为I P66防护等级；壳体上的进出线接口均采用防水端子；壳体具有接地端子，安装于杆塔时能够可靠接地。进一步地，壳体内部电池由阻燃EVA泡棉包裹，用于防震。保证了在恶劣气候环境下电池也能够安全持续的供电。

通过将储能装置设于太阳能电池板下方，一方面，便于对电池容量进行灵活扩展，满足长时间的续航需求，另一方面，有效利用了监拍装置与太阳能电池板之间的空闲空间，在不影响监拍系统整体大小的情况下实现了电池容量的可扩充。如图2所示，将储能装置设于太阳能电池板下方后，太阳能电池板与监拍装置之间的相对位置没有发生变化，即监拍系统的整体大小不变。

本领域技术人员可以理解，也可以在现有监拍装置基础上设置储能装置，如果不期望对已有的监拍装置外壳做修改，则可将太阳能电池板、储能装置、支架直接安装于旧有的监拍装置之上，12VDC供电可兼容于旧有监拍装置的12V太阳能供电接口。

如图3所示，所述储能装置包括：超级电容、电池、DC/DC转换器、第一电压监测模块、第二电压监测模块和第三电压监测模块，所述太阳能电池板的输出端分别连接超级电容和电池的输入端，具体地，所述太阳能电池板的输出端连接两个充电电路：第一充电电路和第二充电电路，所述第一充电电路和第二充电电路的输出端分别连接超级电容和电池；超级电容和电池的输出端均连接至DC/DC转换器的输入端，DC/DC转换器的输出端连接至监拍装置。第一电压监测模块、第二电压监测模块和第三电压监测模块的一端分别与太阳能电池板、超级电容和电池连接，用于监测太阳能电池板、超级电容和电池的当前电压，另一端均连接至控制板。

所述控制板设于可视化监拍内部，基于监测的电压获取输入电源的电压和蓄电池电量，若所述电压达到第一预设电压，则控制第一充电电路工作，为超级电容充电和为后级电路供电；若当前蓄电池电量未满，则控制第二充电电路同时工作，为蓄电池充电。作为一个示例，当太阳能电池作为输入电源时，因太阳能板的伏安特性，其具有最大功率电压值，第一预设电压设为太阳能板的最大功率电压，当电源输入电压达到第一预设电压时，充电电路工作。

所述第一充电电路和第二充电电路均包括至少两个并联连接的充电管理芯片，即，太阳能电池板分别通过至少两个并联的充电管理芯片与超级电容和电池相连。所述充电管理芯片均与控制板相连，所述控制板用于控制充电管理芯片的启停状态。

所述第一充电电路上的充电管理芯片初始数量根据超级电容的容量设定，第二充电电路上的充电管理芯片初始数量根据电池的容量设定。

所述控制板对第一充电电路和第二充电电路上的至少两个并联的充电管理芯片均进行监测，若存在充电管理芯片工作异常，自动关闭该充电管理芯片。进一步地，还可在根据超级电容或电池的容量设定基础上增加充电管理芯片的数量，作为候补，在存在管理芯片异常时启用。

具体地，第一充电电路上的充电管理芯片初始数量m＝2；第二充电电路上的充电管理芯片初始数量n根据电池的容量设定，

作为一种实施方式，控制板通过第二电压检测电路实时监测超级电容的电压，通过第三电压检测电路实时监测超级电容的电压，基于超级电容的剩余电量控制第一充电电路上充电管理芯片启动的数量；基于电池的剩余电量控制第二充电电路上充电管理芯片启动的数量。

作为一种实施方式，所述充电管理芯片还与温度传感器相连，所述温度传感器用于实时采集充电管理芯片的工作温度并传送至控制板。若当前启动的充电管理芯片温度过高时，关闭温度过高的充电管理芯片，启动非工作状态下的充电管理芯片。在大功率充电的时候，防止电路板局部温度过高，本实施例利用温度传感器用于实时采集充电管理芯片的工作温度并传送至控制板，由控制板再控制充电管理芯片的启停，实现了分时散热，保障了电源系统的稳定运行。

其中，第一电压检测电路、第二电压检测电路和第三电压检测电路可采用ADC芯片或分压电阻来实现，也可采用电压互感器来实现。

如图4所示，所述储能装置还包括备用电源选通电路，超级电容和电池的输出端均连接至备用电源选通电路。所述备用电源选通电路用于控制采用超级电容还是电池进行供电。备用电源选通电路的输出端经由DC/DC转换器与监拍装置连接。

备用电源选择电路在超级电容电压高于第三预设电压(可低于蓄电池电压)时优先使用超级电容供电；当超级电容电压低于第四预设电压时，切换为蓄电池供电；该电路将超级电容电压和蓄电池电压升压至设定值，为后级DC/DC提供稳定的输入电压。

供电方式切换的依据是电容电压跟两个预设电压点的对应关系以及电容电压的变化趋势。备用电源选择电路在超级电容电压高于第二预设电压(可低于蓄电池电压)时优先使用超级电容供电；当超级电容电压低于第三预设电压时，切换为蓄电池供电；该电路将超级电容电压和蓄电池电压升压至设定值，为后级DC/DC提供稳定的输入电压。

具体地，若当前为超级电容供电，且，如果当前为电池为负载供电，且，则超级电容电压逐渐升高，当超级电容电压高于7V时，切换为超级电容为负载供电。

超级电容电压高于第二预设电压时，采用超级电容供电，若超级电容电压为下降趋势(即第一充电电路处于未工作状态)，当超级电容电压下降至小于第三预设电压时，切换为电池为负载供电；若超级电容电压下降至小于第二预设电压且高于第三预设电压时，电压开始升高(即第一充电电路开始工作)，则供电方式不发生切换；

超级电容电压小于第三预设电压时，采用电池供电，若超级电容电压为上升趋势(即第一充电电路处于工作状态)，当超级电容电压上升至高于第二预设电压时，切换为电池为负载供电；若超级电容电压上升至小于第二预设电压且高于第三预设电压时，电压不再升高(即第一充电电路不工作了)，则供电方式不发生切换。

本实施例中，第二和第三预设电压分别设置为7V和2V。

所述备用电源选通电路如图5所示，包括：

超级电容的输出端分两路，一路连接迟滞比较器的正输入端，另一路连接至P沟道MOS管D1的漏极(D极)；D1的源极(S极)分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接P沟道MOS管D2的源极(S极)；D1的门极(G极)分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接D2的门极(G极)；迟滞比较器的输出端一路连接N沟道MOS管D3的门极(G极)，另一路连接N沟道MOS管D6的门极；N沟道MOS管D3的漏极(D极)通过电阻R2连接至D1和D2门极的连通线路上；N沟道MOS管D6的漏极(D极)一路经由电阻R5连接至P沟道MOS管D4的漏极，另一路连接至N沟道MOS管D7的门极(G极)；锂电池的输出端连接至P沟道MOS管D4的漏极(D极)；P沟道MOS管D4的源极(S极)分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接P沟道MOS管D5的源极(S极)；D4的门极(G极)分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接D5的门极(G极)；N沟道MOS管D7的漏极(D极)通过电阻R4连接至D4和D5门极的连通线路上；P沟道MOS管D2和P沟道MOS管D5的漏极(D极)均连接至DC/DC转换器。

工作原理如下：比较器UB与电阻R6、R7构成迟滞比较器，参考电压4.5V，配置R6与R7的阻值使迟滞门限为±2.5V，即升压门限7V，降压门限2V。迟滞比较器的正输入连接于超级电容供电通路，当超级电容电压由低升高达到7V时，比较器UB的输出为高电平，使得N沟道MOS管D3、D6导通，对于超级电容供电通路，由于D3的导通拉低了P沟道MOS管D1和D2的门极，使得D1与D2导通；而对于锂电池供电通路，D6的导通导致N沟道MOS管D7的门极被拉到低电平，D7不导通，P沟道MOS管D4的体二极管及电阻R3使得P沟道MOS管D5的门极被拉到高电平，D5不导通，如此一来，仅由超级电容为后级DC/DC供电；当超级电容电压由高到低达到2V时，比较器UB的输出为低电平D3、D6不导通，对于超级电容供电通道，由于P沟道MOS管D1的体二极管与电阻R1使得P沟道MOS管D2的门极被拉到高电平，D2不导通，而对于锂电池供电通路，D6不导通，使得D7的门极被拉到高电平而导通，这样D4与D5导通，如此一来，仅由锂电池为后级DC/DC供电。这样实现了超级电容可以充分放电到2V才切换为锂电池为负载供电，当超级电容被充电且电压足够高时可切换回来为后级负载供电。

DC/DC将前级的稳定电压转换为后级负载或各功能模块需要的工作电压，输出标准12V直流电压，为监拍装置供电。

可视化监拍系统根据实现的功能划分了若干功能模块，包括图像采集处理模块、后台4G通信模块、声光报警模块、传感器无线通信模块等。

控制板中存储供电策略，所述供电策略中包括供电模块当前电量与功能模块的对应关系，控制板获取供电模块当前电量，控制供电模块为相应的功能模块供电。

具体地，所述控制板对各功能模块的供电进行分级管理，分别为电量和功能模块划分等级。所述供电策略中包括供电模块当前电量等级与功能模块等级的对应关系，控制板获取供电模块当前电量等级，控制供电模块为相应等级的功能模块供电。

所述功能模块等级的划分根据功能模块的重要性与功耗，重要低功耗的功能模块等级最高，非重要高功耗的等级最低。本实施例中，将功能模块划分为4级，优先级先后顺序为4级(重要低功耗模块，如后台4G通信模块等)>3级(重要高功耗模块，如图像采集处理模块)>2级(非重要低功耗模块，如传感器无线通信模块)>1级(非重要高功耗模块，如声光报警模块)；本领域技术人员可以理解，功能模块的划分不限于4级，可根据功能模块的数量等因素合理调整。

所述电量的等级划分根据剩余电量高低情况。本实施例中，划分为4级：高电量(如≥75％)、次高电量(如50％-75％)、次低电量(如25％-50％)和低电量(如<25％)；本领域技术人员可以理解，电量等级的划分不限于4级，可根据功能模块的数量等因素合理增减。

在功能模块和电量均划分了4个等级的基础上，所述供电策略中包含的供电模块当前电量等级与功能模块等级的对应关系如表1。

表1当前电量等级与功能模块等级的对应关系

根据该供电策略，控制板获取当前电量后，判断所述当前电量所属的电量等级，根据电量等级获取要供电的功能模块等级，为相应等级的功能模块供电。即，高电量(如≥75％)时，为1-4级功能模块供电；次高电量(如50％-75％)时，为2-4级功能模块供电；次低电量(如25％-50％)时，为3-4级功能模块供电；低电量(如<25％)时，则仅为4级功能模块供电。

所述控制板为低功耗型，通过BMS监测蓄电池电量，通过超级电容电压检测其电量。

所述控制板可通过无线通信模块与客户端(个人PC、智能手机等)建立连接，通过客户端修改供电策略，以及电量和功能模块的分级策略。

其中，所述无线通信模块为NB-IoT模块或Wifi模块。

在具体实施中，所述控制板包括控制器，所述控制器与存储器相连。其中，控制器可采用51系列单片机或其他型号的单片机来实现。存储器可为ROM或RAM存储器。充电管理芯片可采用LT3652芯片来实现。需要说明的是，本领域技术人员根据实际需求，也可选择其他型号来实现充电管理芯片。充电电池可采用锂电池来实现。

以上一个或多个实施例具有以下技术效果：

本发明则是将可视化监拍系统的锂电池与超级电容等储能部件由监拍装置内部移到太阳能电池板的背部空间，增加电源变换电路构成储能装置，直接输出标准12V电压为监拍装置供电，这样可以充分利用太阳能电池板后方的空间，在不影响监拍系统整体大小的情况下实现了电池容量的可扩充，解决了以往可视化监拍系统一体化供电结构无法灵活应对复杂气象环境的续航时长要求，可根据现场应用气象环境的不同，配置不同容量的锂电池以适应不同的续航要求。

本发明解决了原有可视化监拍系统太阳能电池板与支架结构导致的包装空间浪费问题，增加的储能模块占用原有太阳能电池板与支架在包装箱内的空闲空间，缩小的监拍装置可采用更小包装。

本发明的供电方法还可直接应用于现有可视化监拍系统，将太阳能电池板、储能装置和支架直接移植到可视化监拍系统并进行相应设置，即可满足更严苛的续航要求，降低产品升级换代成本。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。