CN109917289B - 一种电池监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池监控系统和方法，其中该系统包括监测感知模块、监控模块和预先设定与所述监控模块连接的移动终端，所述的监测感知模块包括汇聚节点和多个传感器节点，所述的传感器节点对应采集所监测电池的电压、电流和温度数据，所述的汇聚节点与所述监控模块通信，以将传感器节点的各种数据发送至该监控模块，所述的监控模块在某一个电池的电压、电流、温度超出所设定的阈值时向所述移动终端发送报警信息。

Description

一种电池监控系统和方法

技术领域

本发明涉及电池监控技术领域，具体涉及一种电池监控系统和方法。

背景技术

相关技术中，电池监控系统主要采用主从结构，检测从板与检测主板通过有线方式如CAN总线、RS485总线等进行通信，多个检测从板与检测主板之间需要大量布线，这样加大了电池组安装布置的复杂性，一旦其中一个检测从板与检测主板之间的通信连接线出现脱落会降低了电池监控系统整体的可靠性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种电池监控系统和方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供了一种电池监控系统，该系统包括监测感知模块、监控模块和预先设定与所述监控模块连接的移动终端，所述的监测感知模块包括汇聚节点和多个传感器节点，所述的传感器节点对应采集所监测电池的电压、电流和温度数据，所述的汇聚节点与所述监控模块通信，以将传感器节点的各种数据发送至该监控模块，所述的监控模块在某一个电池的电压、电流、温度超出所设定的阈值时向所述移动终端发送报警信息。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述的传感器节点设有A/D转换电路以采集所监测电池的正负极输出电压，传感器节点还与设置于所监测电池表面上的温度传感器输出端相连以采集其温度值，以及与感测所监测电池的电流传感器的输出端相连以采集其电流值。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述监控模块包括用于实时显示所述传感器节点的各种数据的显示单元。在一种实施方式中，所述显示单元可以为LCD。

本发明第二方面实施例提供了一种电池监控方法，该方法包括：

监控模块接收监测感知模块发送的所监测电池的电压、电流和温度数据，所述监测感知模块包括汇聚节点和多个传感器节点，所述的传感器节点对应采集所监测电池的电压、电流和温度数据，所述的汇聚节点与所述监控模块通信，以将传感器节点的各种数据发送至该监控模块；

所述监控模块对所述各种数据进行处理，在某一个电池的电压、电流、温度超出所设定的阈值时向预先设定的与其连接的移动终端发送报警信息。

根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：所述监控模块实时显示所述传感器节点的各种数据。

本发明上述实施例减少了监测感知模块与监控模块之间通信布线的工作量，提高了系统的可扩展性，该系统还通过监控模块对所监测电池的电压、电流、温度数据进行显示，当某电池出现欠压、过压、过流、过温时向预先设定的移动终端发送报警信息，能够有助于电池监测管理员在电池发现问题时及时处理，该系统智能化程度高、实时性强、操作简单，适用于各种新能源汽车所需的动力电池应用场合。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的一种电池监控系统的结构连接示意图；

图2是本发明一个示例性实施例的一种电池监控方法的流程示意图。

附图标记：

监测感知模块1、监控模块2、移动终端3。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明第一方面实施例提供了一种电池监控系统，该系统包括监测感知模块1、监控模块2和预先设定与所述监控模块2连接的移动终端3，所述的监测感知模块1包括汇聚节点和多个传感器节点，所述的传感器节点对应采集所监测电池的电压、电流和温度数据，所述的汇聚节点与所述监控模块2通信，以将传感器节点的各种数据发送至该监控模块2，所述的监控模块2在某一个电池的电压、电流、温度超出所设定的阈值时向所述移动终端3发送报警信息。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述的传感器节点设有A/D转换电路以采集所监测电池的正负极输出电压，传感器节点还与设置于所监测电池表面上的温度传感器输出端相连以采集其温度值，以及与感测所监测电池的电流传感器的输出端相连以采集其电流值。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述监控模块2包括用于实时显示所述传感器节点的各种数据的显示单元。在一种实施方式中，所述显示单元可以为LCD。

如图2所示，本发明第二方面实施例提供了一种电池监控方法，该方法包括：

S01监控模块2接收监测感知模块1发送的所监测电池的电压、电流和温度数据，所述监测感知模块1包括汇聚节点和多个传感器节点，所述的传感器节点对应采集所监测电池的电压、电流和温度数据，所述的汇聚节点与所述监控模块2通信，以将传感器节点的各种数据发送至该监控模块2；

S02所述监控模块2对所述各种数据进行处理，在某一个电池的电压、电流、温度超出所设定的阈值时向预先设定的与其连接的移动终端3发送报警信息。

根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：所述监控模块2实时显示所述传感器节点的各种数据。

本发明上述实施例减少了监测感知模块1与监控模块2之间通信布线的工作量，提高了系统的可扩展性，该系统还通过监控模块2对所监测电池的电压、电流、温度数据进行显示，当某电池出现欠压、过压、过流、过温时向预先设定的移动终端3发送报警信息，能够有助于电池监测管理员在电池发现问题时及时处理，该系统智能化程度高、实时性强、操作简单，适用于各种新能源汽车所需的动力电池应用场合。

根据上述实施例的一种电池监控系统和方法的一种能够实现的方式，所述汇聚节点周期性地向各传感器节点广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信阈值h_min，h_min＜y_max，y_max为传感器节点能够调节的最大通信距离；传感器节点接收到所述hello消息后，若传感器节点到汇聚节点的距离不大于h_min，则传感器节点选择与汇聚节点直接通信；若传感器节点到汇聚节点的距离大于h_min，则传感器节点在其通信范围内的传感器节点中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信；所述直接通信阈值按照下列公式确定：

式中，h_min(σ+1)为第σ+1个周期广播的直接通信阈值，h_min(σ)为第σ个周期广播的直接通信阈值，直接通信阈值的初始值为y_min，y_min为传感器节点能够调节的最小通信距离，Q_avg0(0，h_min(σ)]为与汇聚节点的距离在(0，h_min(σ)]范围内的传感器节点的平均初始能量，Q_avg(0，h_min(σ)]为与汇聚节点的距离在(0，h_min(σ)]范围内的传感器节点的平均当前剩余能量。

其中，当所述汇聚节点向各传感器节点广播hello消息的次数达到设定的次数阈值时，停止该hello消息的广播操作。

本实施例中，各传感器节点根据自身到汇聚节点的距离确定直接或者间接的方式与汇聚节点通信，提高了传感器节点路由的灵活性。根据传感器节点的实际部署情况确定直接通信距离阈值h_min，使得h_min的设定更贴近实际情况。根据h_min的计算公式可知，当与汇聚节点较近的传感器节点的平均能耗增大时，h_min将增大，此时使得更多的传感器节点加入到与汇聚节点直接通信，有利于降低与汇聚节点更近的传感器节点的负载，减少能量空洞现象出现的几率。

在一种能够实现的方式中，所述传感器节点在其通信范围内的传感器节点中选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在与其距离未超过当前的直接通信距离阈值的传感器节点中确定相对于其距离汇聚节点更近的传感器节点，归入备选节点集合；

(2)向各备选节点发送请求，接收各备选节点根据该请求反馈的负载能力，所述负载能力的计算公式为：

式中，U_I为传感器节点I的负载能力，Q_I为传感器节点I的当前剩余能量，N_I(h_min)为与传感器节点I距离不大于当前的直接通信距离阈值的传感器节点数量；D_I，O为传感器节点I到汇聚节点的距离，Q_θ为预设的基于距离的单位数据传输能耗；

(3)选择备选节点集合中负载能力最大的传感器节点作为下一跳节点。

本实施例创新性地提出了传感器节点的负载能力指标，用于衡量传感器节点的当前负载情况，本实施例基于负载能力进一步提出了传感器节点选择下一跳节点的工作机制，该机制中，传感器节点选择备选节点集合中负载能力最大的传感器节点作为下一跳节点，有利于在保障数据单向传输至汇聚节点的前提下，尽可能地平衡各传感器节点的负载，从而均衡传感器节点的能量，提升无线传感器网络的性能。

在一种能够实现的方式中，下一跳节点定期计算自身的转发能力，当转发能力小于预设的转发能力阈值下限时，该下一跳节点向其上一跳的传感器节点发送反馈信息，以使该上一跳的传感器节点重新选择下一跳节点；所述转发能力的计算公式为：

式中，B_J为下一跳节点J的转发能力，Q_J为下一跳节点J的当前剩余能量，D_J，O为下一跳节点J到汇聚节点的距离，D_Javg为下一跳节点J到其上一跳的平均距离，N_J(h_min)为与传感器节点J距离不大于当前的直接通信距离阈值的传感器节点数量。

本实施例创新性地提出了转发能力的概念，并以负载能力为基础，相应设计了该转发能力的计算公式。本实施例在当转发能力小于预设的转发能力阈值上限时，该下一跳节点向其上一跳的传感器节点发送反馈信息，以使该上一跳的传感器节点重新选择下一跳节点，有利于降低下一跳节点失效的概率，均衡各传感器节点的能耗，保障数据转发的可靠性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统和终端的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理系统、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储系统、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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实质和范围。

Claims (7)

1.一种电池监控系统，其特征是，该系统包括监测感知模块、监控模块和预先设定与所述监控模块连接的移动终端，所述的监测感知模块包括汇聚节点和多个传感器节点，所述的传感器节点对应采集所监测电池的电压、电流和温度数据，所述的汇聚节点与所述监控模块通信，以将传感器节点的各种数据发送至该监控模块，所述的监控模块在某一个电池的电压、电流或者温度超出所设定的阈值时向所述移动终端发送报警信息；所述汇聚节点周期性地向各传感器节点广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信距离阈值h_T，h_T<h_max，h_max为传感器节点能够调节的最大通信距离；传感器节点接收到所述hello消息后，若传感器节点到汇聚节点的距离不大于h_T，则传感器节点选择与汇聚节点直接通信；若传感器节点到汇聚节点的距离大于h_T，则传感器节点在其通信范围内的传感器节点中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信，具体执行：

(1)在与其距离未超过当前的直接通信距离阈值的传感器节点中确定相对于其距离汇聚节点更近的传感器节点，归入备选节点集合；

(2)向各备选节点发送请求，接收各备选节点根据该请求反馈的负载能力，所述负载能力的计算公式为：

式中，U_I为传感器节点I的负载能力，Q_I为传感器节点I的当前剩余能量，N_I(h_T)为与传感器节点I距离不大于当前的直接通信距离阈值的传感器节点数量；D_I,O为传感器节点I到汇聚节点的距离，Q_θ为预设的基于距离的单位数据传输能耗；

(3)选择备选节点集合中负载能力最大的传感器节点作为下一跳节点。

2.根据权利要求1所述的一种电池监控系统，其特征是，所述直接通信距离阈值按照下列公式确定：

式中，h_T(σ+1)为第σ+1个周期广播的直接通信距离阈值，h_T(σ)为第σ个周期广播的直接通信距离阈值，直接通信距离阈值的初始值为h_min，h_min为传感器节点能够调节的最小通信距离，Q_avg0(0,h_T(σ)]为与汇聚节点的距离在(0,h_T(σ)]范围内的传感器节点的平均初始能量，Q_avg(0,h_T(σ)]为与汇聚节点的距离在(0,h_T(σ)]范围内的传感器节点的平均当前剩余能量。

3.根据权利要求2所述的一种电池监控系统，其特征是，所述的传感器节点设有A/D转换电路以采集所监测电池的正负极输出电压，传感器节点还与设置于所监测电池表面上的温度传感器输出端相连以采集其温度值，以及与感测所监测电池的电流传感器的输出端相连以采集其电流值。

4.根据权利要求2所述的一种电池监控系统，其特征是，所述监控模块包括用于实时显示所述传感器节点的各种数据的显示单元。

5.一种电池监控方法，其特征是，该方法包括：

监控模块接收监测感知模块发送的所监测电池的电压、电流和温度数据，所述监测感知模块包括汇聚节点和多个传感器节点，所述的传感器节点对应采集所监测电池的电压、电流和温度数据，所述的汇聚节点与所述监控模块通信，以将传感器节点的各种数据发送至该监控模块；

所述监控模块对所述各种数据进行处理，在某一个电池的电压、电流或者温度超出所设定的阈值时向预先设定的与其连接的移动终端发送报警信息；

所述汇聚节点周期性地向各传感器节点广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信距离阈值h_T，h_T<h_max，h_max为传感器节点能够调节的最大通信距离；传感器节点接收到所述hello消息后，若传感器节点到汇聚节点的距离不大于h_T，则传感器节点选择与汇聚节点直接通信；若传感器节点到汇聚节点的距离大于h_T，则传感器节点在其通信范围内的传感器节点中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信，具体执行：

(1)在与其距离未超过当前的直接通信距离阈值的传感器节点中确定相对于其距离汇聚节点更近的传感器节点，归入备选节点集合；

(2)向各备选节点发送请求，接收各备选节点根据该请求反馈的负载能力，所述负载能力的计算公式为：

式中，U_I为传感器节点I的负载能力，Q_I为传感器节点I的当前剩余能量，N_I(h_T)为与传感器节点I距离不大于当前的直接通信距离阈值的传感器节点数量；D_I,O为传感器节点I到汇聚节点的距离，Q_θ为预设的基于距离的单位数据传输能耗；

(3)选择备选节点集合中负载能力最大的传感器节点作为下一跳节点。

6.根据权利要求5所述的一种电池监控方法，其特征是，所述直接通信距离阈值按照下列公式确定：

式中，h_T(σ+1)为第σ+1个周期广播的直接通信距离阈值，h_T(σ)为第σ个周期广播的直接通信距离阈值，直接通信距离阈值的初始值为h_min，h_min为传感器节点能够调节的最小通信距离，Q_avg0(0,h_T(σ)]为与汇聚节点的距离在(0,h_T(σ)]范围内的传感器节点的平均初始能量，Q_avg(0,h_T(σ)]为与汇聚节点的距离在(0,h_T(σ)]范围内的传感器节点的平均当前剩余能量。

7.根据权利要求6所述的一种电池监控方法，其特征是，所述方法还包括：所述监控模块实时显示所述传感器节点的各种数据。

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