CN112550069A - 一种农业植保无人机电池管理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农业植保无人机电池管理方法及装置，所述方法包括：获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量；根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数，并显示基本数据和可放置天数。本发明实施例的技术方案根据农业植保无人机电池的电池剩余电量及日耗电量，计算所述农业植保无人机电池的可放置天数；本发明采用物联网接入技术，能够获得每一个处于静置状态且需要管理维护的无人机电池的信息，以使所有无人机的电池均处理管理范围内，从而提高了无人机电池的使用寿命，降低资产的损耗和浪费。

Description

一种农业植保无人机电池管理方法及装置
技术领域
本发明涉及农业植保无人机的电池健康管理技术领域，特别涉及一种农业植保无人机电池管理方法及系统。
背景技术
农业植保无人机(以下简称无人机)是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机。根据我国农林作业的特点，农业植保无人机在使用和管理方面的特点比较鲜明：第一，具有较为特殊的工作节奏，每年真正工作的时间累计起来大约只有一个月，其余时间则长期处于停泊、静置等状态；第二，作业时间集中，在作业时间中，需要大量的无人机同时工作，而除此以外的时间中，无人机处于静置状态，还需要对这些大量的无人机进行维护。
对农业植保无人机来说，电池是最重要的耗材。无人机所使用的电池价格高、易损耗、对保存环境要求严格。一旦保存不当，则很容易损伤电池寿命，从而加大了农业植保无人机的成本。而且电池状态不好，也会影响农业生产的效率和效果。
目前在其他用途的无人机电池管理领域有针对单个电池进行管理的电池管理系统(BMS)，但用于农业的农业植保无人机的数量较大，在非农林植物保护作业期间，工作人员常常仅是进行人工随机抽查或事故后派人维修，大多数无人机电池处于无序管理的存放状态。农业植保无人机的应用场景主要在田间地头，其配件的使用和保存环境比较恶劣。在这种环境下，无人机电池的功能与性能均会发生不可避免的退化，最终导致电池失效。电池失效既可能可能会造成经济损失，又可能会引发重大的事故灾难。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种便于对电池进行管理、以便于延长电池使用寿命的无人机电池管理方法及装置。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种无人机电池管理方法，包括：
获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；其中，所述基本数据至少包括电池剩余电量和警戒电量；
根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量；
根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数；
显示所述待维护农业植保无人机电池的基本数据和可放置天数。
优选地，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，所述方法还包括：
根据电池性能参数对所述可放置天数进行校准。
优选地，所述电池性能参数至少包括：电池出厂时间、电压低于警戒线的次数、上次充电时间、循环次数占额定循环百分比。
优选地，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，所述方法包括：
存储所述待维护农业植保无人机电池的基本数据；
其中所述基本数据还包括：电池ID、电压数据。
优选地，根据预设模型计算所述农业植保无人机电池的日耗电量，包括：
采集所述待维护农业植保无人机电池的数据样本；
根据所述数据样本，采用线性回归方法构建所述预设电量模型。
优选地，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，所述方法包括：
当所述基本数据达到预设警戒值时，根据所述警戒值的级别发送相应的级别的报警信息。
本发明实施例还提供一种农业植保无人机电池管理装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；其中，所述基本数据至少包括电池剩余电量和警戒电量；
第一计算模块，用于根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量；
第二计算模块，用于根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数；
显示模块，用于显示所述待维护农业植保无人机电池的基本数据和可放置天数。
优选地，所述装置还包括：
校准模块，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，用于根据电池性能参数对所述可放置天数进行校准。
优选地，所述装置还包括：
存储模块，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，用于存储所述待维护农业植保无人机电池的基本数据；
其中所述基本数据还包括：电池ID、电压数据。
优选地，所述装置还包括：
报警模块，用于根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，当所述基本数据达到预设警戒值时，根据所述警戒值的级别发送相应的级别的报警信息。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：本发明实施例的技术方案根据农业植保无人机电池的电池剩余电量，以及农业植保无人机电池的日耗电量，计算所述农业植保无人机电池的可放置天数；本发明采用物联网接入技术，能够获得每一个处于静置状态且需要管理维护的无人机电池的信息，以使所有无人机的电池均处理管理范围内，从而提高了无人机电池的使用寿命，降低资产的损耗和浪费。
附图说明
图1为本发明的农业植保无人机电池管理方法的实施例一的流程图；
图2为本发明的农业植保无人机电池管理方法的实施例一的电池管理系统与电池的系统结构关系图；
图3为本发明的农业植保无人机电池管理方法的实施例二的流程图；
图4为本发明的农业植保无人机电池管理方法的实施例二的电池性能曲线示意图；
图5为本发明的农业植保无人机电池管理方法的实施例二的电池管理系统可视化界面截图；
图6为本发明的农业植保无人机电池管理装置的实施例一的示意图。
具体实施方式
此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
本说明书可使用词组"在一种实施例中"、"在另一个实施例中"、" 在又一实施例中"或"在其他实施例中"，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
本实施例提供的农业植保无人机电池管理方法针对非农林作业时段，也就是长期处于静置状态下的无人机电池的管理方法。根据农业生长的特点，农林作业时间一般比较集中，而其他时间无人机都长时间处于闲置状态。尽管无人机电池处于闲置状态，电池电量仍在不断消耗。如果经常电量过低，会使电池的寿命减少。另外，而农林作业用的无人机数量多，无法对每一台无人机的电池逐一进行管理维护。而无人机常用的锂电池，造价较高，如果电池寿命减少，也会显著增加农业成本。基于此，本发明提供一种便于维护管理无人机电池的方法。
本发明基于物联网技术和工业数理模型技术，通过可视化的监测技术进行农业植保无人机系统及其主要耗材电池部件的预测性维护。图1为本发明的农业植保无人机电池管理方法的实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的农业植保无人机电池管理方法，具体可以包括如下步骤：
S101，获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；其中，所述基本数据至少包括电池剩余电量和警戒电量。
其中，待维护农业植保无人机电池是指非农林作业时间段的时间。例如，我国北方大部分无人机作业时间为8月份，则从当年9月份至次年7月份为非农林作业时间段时间，这段时间为待维护农业植保无人机电池的维护时间。
本发明实施例采用物联网技术，将待维护的农业植保无人机上取出电池，用传感器将连接入电池管理系统(例如，BMS电池管理系统)，传感器采集电池的各项基本数据，例如，采集电池ID、电池剩余电量、警戒电量和电压数据等。可而同时将基本数据存储至电池管理系统。
物联网(The Internet of Things，简称IOT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。
现在市场上有些无人机电池自带传感器以及显示屏，可以利用自带的传感器采集基本数据，并在显示屏上显示出来，电池管理系统的显示模块可以显示这些基本数据，并计算电池可放置天数，并显示。对于没有传感器或显示屏的电池，当电池接入电池管理系统时，电池管理系统利用RFID射频技术读取电池机身标示，然后利用电池外接的显示器采集电池的剩余电量、电压数据等，并显示这些基本数据然后存储。
本发明实施例警戒电量，由工作人员根据电池的实际使用情况，在电池管理系统中设置的。如果低于该警戒电量，则需要对电池进行维护。
目前常用的无人机电池有锂电池等。
S102，根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量。
本发明实施例首先需要构建预设电量模型来计算无人机电池的日耗电量。
本发实施例中采用多变量线性回归算法构建预设模型。首先采集尽可能多的样本，然后计算出日耗电量。具体建模过程如下：
首先采集相同型号一组电池样本数据，然后代入以下方程。
Q＝Q0+Qα×T
Q1＝Q0+Qα×T1
Q2＝Q0+Qα×T2
……
Qn＝Q0+Qα×Tn
由以上多变量线性回归方法可以推出：
Figure BDA0002800827020000071
其中，Qn为采集的电池剩余电量；Q0为警戒电量；Qα为日耗电量； Tn为可放置天数。
其中，可放置天数是指，电池如果放置Tn天，将会达到或低于警戒天量，电池管理系统将会报警，以通知工作人员对电池进行维护。
值得注意的是，本发明实施例涉及的预测模型虽然是一种通用的计算电池日耗电量的模型，但是从准确度的角度考虑，不同型号电池之间的日耗电量是不同，也就是说当电池型号不同时，需要再次代入公式，计算该型号的日耗电量。相同型号间电池日耗电量相差不大，只代入模型一次即可。例如，共有100台无人机，存在A型号电池30 个、B型号电池30个、C型号电池40个。可将A型号电池数据代理预设电量模量计算出日耗电量a，将B型号电池数据代理预设电量模量计算出日耗电量b，将C型号电池数据代理预设电量模量计算出日耗电量c，并不用将这100个电话分别代入上述预设电量模型100次。有三个型号，只代入三次即可算出三个耗电量。然后根据这三个耗电量，以及采集的电池基本数据，分别算出这100台无人机的可放置天数。
值得注意的是，本发明实施例并不限于线性回归算法构建模型，采用其他算法，例如机器学习算法构建的模型也可以。只要能够算出某一型号电池的日耗电量即可。
S103，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数。
根据上述预设电量模型可以推算出可以放置天数据的公式为：
Figure BDA0002800827020000072
其中，其中，Qn为采集的电池剩余电量；Q0为警戒电量；Qα为日耗电量；Tn为可放置天数。
S104，显示所述待维护农业植保无人机电池的基本数据和可放置天数。
如图2所示，为电池与电池管理系统的系统结构关系图。其中，通过物联网技术采集的电池的基本数据将发送给预设电量模型，然后电池管理系统根据电池的实际电量计算出日耗电量，并由电池管理系统的可视化界面显示出为。
本发明实施可以将采集的电池各项基本数据以及计算的可放置天数显示电池管理系统的显示界面上，以使工作人员及时了解电池的情况，便于对故障进行预防和处理。
本发明实施例的技术方案根据农业植保无人机电池的电池剩余电量，以及农业植保无人机电池的日耗电量，计算所述农业植保无人机电池的可放置天数；本发明采用物联网接入技术，能够获得每一个处于静置状态且需要管理维护的无人机电池的信息，以使所有无人机的电池均处理管理范围内，从而提高了无人机电池的使用寿命，降低资产的损耗和浪费。
图3为本发明的无人机电池管理方法的实施例二的流程图。本实施例的无人机电池管理方法在上述实施例一的基础上，进一步更加详细地介绍本发明的技术方案。如图3所示，本实施例的无人机电池管理方法，具体可以包括如下步骤：
S201，获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；其中，所述基本数据至少包括电池剩余电量和警戒电量。
步骤S201与本发明实施例一的步骤S101相对应。
S202，采集所述待维护农业植保无人机电池的数据样本。
如本发明实施例一部分所述，现在市场上有些无人机电池自带传感器以及显示屏，可以利用自带的传感器采集基本数据，并在显示屏上显示出来。对于没有传感器或显示屏的电池，当电池接入电池管理系统时，电池管理系统利用RFID射频技术读取电池机身标示，然后利用电池外接的显示器采集电池的剩余电量、电压数据等。
S203，根据所述数据样本，采用线性回归方法构建所述预设电量模型。
参见本发明实施例一部分所述的建模方法。
步骤S202和步骤S203与本发明实施例一的步骤S102相对应。
S204，根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量。
步骤S204与本发明实施例一的步骤S103相对应。
值得注意的是，此时计算得出的是理想状态下的数值，对于性能良好的电池来说可当做一个理想的固定值来计算。
S205，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数，并根据电池性能参数对所述可放置天数进行校准。
如图4所示为电池性能曲线示意图。其中，点状曲线为理想状态下的电量与电压的情况，线状曲线为实际状态下电量与电压的情况，可见理想状态下和实际状态下电池的参数是不同的。
在实际使用过程中，电池的性能会使用和保养的程度逐渐降低，因此电池日耗电量并不是唯一固定的，需要根据电池性能参数进行校准。继续结合图2，在通过预设电量模型计算日耗电量时，需要通过性能分值来进行校准。具体地，所述用于校准的电池性能参数至少包括：电池出厂时间、电压低于警戒线的次数、上次充电时间、循环次数占额定循环百分比。
具体，由于电池的使用状态不同。因此对于其储存电量的性能亦不同。例如，同样型号的两块电池，剩余电量均为10000mAH,由于其中一块经常使用，已经有几次发生低于警戒值的情况，性能大大减分，那么这块电池可放置天数一定是小于另一块电池的。基于此，本发明实施例对电池性能做以评价。首先根据电池的使用历史为电池进行量化的性能评分。
例如，电池的性能分值Δx，每次电池联网时系统获取其历史电量、电压、充电次数、充电量等数值，根据模型估算其性能分值，系统将提供默认的性能分值，默认性能分值如下：
刚出厂的性能良好的电池性能评分：1分；
电压低于警戒值一次，性能评分减0.01分；
超过1天没有充电减0.02分；
单次超过7天没有充电减0.05分；
单次超过10天没有充电减0.1分；
单次超过30天没有充电减0.2分；
循环次数为额定循环的50％以上减0.2分；80％以上减0.3分；100％减0.5分；
不同型号电池性能分值，管理人员可在构建模型时自定义调整，以便更加符合实际应用之需。通过性能分值的校准，所计算出来的可放置天数将会大大提高精确度。
以上情况可以累积减分，例如，电压低于警戒值一次，并且单次超过10天未充电，则电池性能分值为1-0.01-0.1＝0.89。
在其中一个实施例中，以上性能分值可以作为权重，与上述步骤 S205计算得出的可放置相乘获得一个较为准确的可放置天数。例如步骤205计算出的可放置天数为30天，权重为0.89，则经过校准得出的可放置天数为26.7天。
设备性能参数校准模块考虑到实践过程中的不确定性因素，定义影响电池性能的重要贡献元素权限，通过接入数据校准性能分值，可以进一步提高系统预测的准确度。
步骤S204和步骤S205与本发明实施例一的步骤S103相对应。
S206，显示所述待维护农业植保无人机电池的基本数据和可放置天数。
如图5所示，为电池管理系统可视化界面截图。其中，正常情况下，预计维护时间为数据更新时间与可放置天数之和。本领域技术人员应该可以理解，图中的系统界面用于测试，仅作为示意性说明，并非实际数据。
步骤S206与本发明实施例一的步骤S104相对应。
S207，存储所述待维护农业植保无人机电池的基本数据。
其中所述基本数据还包括：电池ID、电压数据。以及根据实际情况，还可能采集其他基本数据。
S208，当所述基本数据达到预设警戒值时，根据所述警戒值的级别发送相应的级别的报警信息。
在具体实施时，工作人员可根据实际需要，设置警戒级别推送不同等级的警戒信息。例如，基本数据中某项达到警戒值时，系统将会发送预警信息给管理员。当警戒值为低等级时，仅发送系统内警戒信息，当警戒值为高等级时，系统将发送短信等警戒信息。管理人员根据报警信息对电池进行相应的维护。例如，。
在具体实施时，以上步骤S206至S207可以分别或组合的方式进行实施。在同时实施时，两个步骤的顺序可以不做限制，可以任何排列顺序。
本发明为了解决农业植保无人机数量大，电池维护不方便的问题，提供了一种可根据电池剩余电量确定电池可放置天数的方法，并且为便于管理，可以实现将电池所有的基本数据呈现可视化的效果，以及当电池的基本数据异常时，可以根据异常情况做出不同级别的警报。该方法可实现无人机电池的科学储存与维护问题。
图6为本发明的农业植保无人机电池管理装置的实施例一的示意图。如图6所示，本实施例的农业植保无人机电池管理装置，具体可以包括获取模块601、第一计算模块602、第二计算模块603和显示模块604。
获取模块601，用于获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；其中，所述基本数据至少包括电池剩余电量和警戒电量；
第一计算模块602，用于根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量；
第二计算模块603，用于根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数；
显示模块604，用于显示所述待维护农业植保无人机电池的基本数据和可放置天数。
进一步地，所述第二计算模块603包括：
校准模块6031，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，用于根据电池性能参数对所述可放置天数进行校准。
进一步地，所述装置还包括：
存储模块605，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，用于存储所述待维护农业植保无人机电池的基本数据；
其中所述基本数据还包括：电池ID、电压数据。
进一步地，所述装置还包括：
报警模块606，用于根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，当所述基本数据达到预设警戒值时，根据所述警戒值的级别发送相应的级别的报警信息。
本实施例的农业植保无人机电池管理装置，是与实施例一所述的农业植保无人机电池管理方法对应的装置实施例，通过采用上述模块实现无人机电池管理的实现机制与上述图1所示实施例的无人机电池管理方法的实现机制相同，详细可以参考上述图1所示实施例的记载，在此不再赘述。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种农业植保无人机电池管理方法，其特征在于，包括：
获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；其中，所述基本数据至少包括电池剩余电量和警戒电量；
根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量；
根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数；
显示所述待维护农业植保无人机电池的基本数据和可放置天数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数，还包括：
根据电池性能参数对所述可放置天数进行校准。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电池性能参数至少包括：电池出厂时间、电压低于警戒线的次数、上次充电时间、循环次数占额定循环百分比。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，所述方法包括：
存储所述待维护农业植保无人机电池的基本数据；
其中所述基本数据还包括：电池ID、电压数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设模型计算所述农业植保无人机电池的日耗电量，包括：
采集所述待维护农业植保无人机电池的数据样本；
根据所述数据样本，采用线性回归方法构建所述预设电量模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，所述方法包括：
当所述基本数据达到预设警戒值时，根据所述警戒值的级别发送相应的级别的报警信息。
7.一种农业植保无人机电池管理装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取待维护农业植保无人机电池的基本数据；其中，所述基本数据至少包括电池剩余电量和警戒电量；
第一计算模块，用于根据预设电量模型计算所述待维护农业植保无人机电池的日耗电量；
第二计算模块，用于根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数；
显示模块，用于显示所述待维护农业植保无人机电池的基本数据和可放置天数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：
校准模块，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，用于根据电池性能参数对所述可放置天数进行校准。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
存储模块，根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，用于存储所述待维护农业植保无人机电池的基本数据；
其中所述基本数据还包括：电池ID、电压数据。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
报警模块，用于根据所述基本数据和日耗电量计算所述待维护农业植保无人机电池的可放置天数之后，当所述基本数据达到预设警戒值时，根据所述警戒值的级别发送相应的级别的报警信息。
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