太阳能电池系统故障检测

摘要：本文介绍一种快捷方便的太阳能电池故障在线检测方法，利用单片机

Atmega16，通

过编写程序控制电池系统电池个体间的电子开关，使电池单体逐个脱出和接入电池系统，
在线检测负载端电压和工作电流来检测和判断电池状态或故障位置。

关键词：光伏电池系统；单片机控制；在线检测

一、概述

在太阳能光伏电池应用系统中，需要将多个小块太阳能电池串联起来提高输出电压以满足
供电需求。在使用过程中，由于电池单体局部故障，如电池板的开路、短路或性能下降，会
使得整个供电系统输出电压下降或功率不足，所以使用中有必要考虑太阳能电池系统的故
障诊断。

目前，对于太阳能电池阵列的检测主要有接触式和非接触式测量两类方法。

非接触式测量是通过测量电池温差来判断电池的工作状态，采用红外摄像仪将图像输入计
算机，经过处理得出检测结论，此法较先进，但成本高，推广有一定难度。

接触式检测可分为直接法和间接法。

直接测量法是直接测量每块电池两端的电压或电流，常用的测量方式有两种。一种是直接在
电池单体间的正负连接点抽头采样，电路见下图

1，此法较直观，但电量信号处理麻烦，

越是处于电池组正极处的电池单体电位越高，进入

AD 采样前的

处理电路就越复杂，而且

AD 转换电路多，成本高。另一种是通过双掷开关把单体电池正负

极都从电池组里脱开，电路如下图

2 所示，此法有两个问题，一是需要在断开电池系统

串联连接的状态下测量；二是在开路状态下测得的电池单体数据，不能完全反映该电池单
体的带载工作特性。

间接测量法接线稍多，但测量电路简洁，系统成本较低，容易实现，实用价值更高。

本文介绍的是一种基于间接法的测量方式

—压差法，利用单片机 Atmega16，通过编写程序

控制电池系统电池个体间的电子开关，使电池单体逐个脱出和接入电池系统。某个电池个体
的故障与否，通过在线和分析检测系统负载端电压和工作电流在该单体电池脱离前后的差
异而判断。某个单体电池脱离电路时，其它电池可以正常连接，所以，在供电电压要求不是
很严格的情况下，可实现在线检测

——应急修复故障。同时，可让电池系统维持工作状态。

二、具体设计方法

以

10 组电池单元串联为例，先把所有电池通过继电器或电子开关的常闭触点接入电路

（

A1 与 B1 通，A2 与 B2 通…），测量电池系统端电压 Vbat，再通过单片机和译码器输出