CN113267729A - 一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，包括智能传感器模块、无线通信模块、电源模块和人机交互模块，智能传感器对动力电池组整体及单体电池进行数据采集，并将采集到的数据进行处理后通过通信接口传输至无线通讯模块，无线通信模块采用无线射频通讯方式将数据传输至人机交互界面进行分析、对比处理及存储，同时传入互联网供远程用户查看，电源管理模块分别与智能传感器模块和无线通信模块进行供电连接。本发明以智能传感器模块为核心组成无线传感器网络监测动力电池状态参数，相较于传统监测系统不仅可减少繁冗的数据线，且易布置监测现场，监测数据更灵活准确，为动力电池提供更加安全的工作环境，延长电池寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，属于电子技术领域。
背景技术
随着不可再生资源逐渐减少和环境的日益恶化，新能源汽车应运而生，而新能源汽车主要的核心部件之一即动力电池，电池性能好坏以及寿命长短决定了汽车的性能优劣。
现如今大部分动力电池组是由单体电池串联而成，这就要求每个单体电池各部分性能要一致，但当前技术并不能达到此要求，因此监测每个单体电池的状态参数很有必要。另外蓄电池还会面临过充/过放、过大电流、温度过高、短路或者漏电等问题，若不妥当处理这些问题，会损伤电池性能，大大减小电池组寿命，严重时会导致电池发生爆炸，影响人身安全。因此动力电池在安全环境下工作成为热点技术研究问题。
一般情况下通常利用传统传感器采集数据和微控制器组成电池管理系统BMS（Battery Management System），存在移动性差、范围扩展小等问题。利用无线传感器网络监测动力电池的温度、电压、电流、电荷量等可解决上述问题，控制动力电池在正常的范围内工作。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，采用一种新型智能传感器，集敏感元件、调理电路、A/D转换、微处理单元、通信接口于一体，能够实时监测动力电池组主要参数状态情况，可对动力电池组中每块单体电池和电池组整体进行状态监测，并实施单体电池历史数据独立处理、保存，同时设置警报功能，如果发现电池状态异常发出警报，为判断不同种类电池性能留下依据。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，包括智能传感器模块、无线通信模块、电源模块和人机交互模块，所述智能传感器对动力电池组整体及单体电池进行数据采集，所述智能传感器模块将采集到的数据进行处理后通过通信接口传输至无线通讯模块，所述无线通信模块采用无线射频通讯方式将数据传输至人机交互界面进行分析、对比处理及存储，同时传入互联网供远程用户查看，所述电源管理模块分别与所述智能传感器模块和无线通信模块进行供电连接。
优选地，所述智能传感器模块包括数据采集子系统和数据处理子系统，其中，所述数据采集子系统包括敏感元件单元、调理电路单元和A/D转换单元，所述敏感元器件单元负责采集动力电池组整体及单体电池的电池参数状况，所述敏感元器件单元将采集到的电池参数数据传输至调理电路单元，依次经模拟信号放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护处理后传输至A/D转换单元进行数据转换；所述A/D转换单元将接收到的模拟信号转成数字信号，并传输至数据处理子系统
所述数据处理子系统包括微处理单元和通信接口，所述微处理单元对接收到的数字信号进行采样调理、数据处理和存储后，通过通信接口与无线通信模块信号传输连接。
优选地，所述微处理单元采用Tiny OS嵌入式操作系统，所述Tiny OS嵌入式操作系统内置存储器和调试下载接口，用于同时完成对接收到的数字信号进行采样调理、数据处理和存储处理。
优选地，所述无线通信模块包括前端RF射频模块、后端RF射频模块和网络适配器，所述前端RF射频模块通过通信接口接入智能传感器模块中的微处理单元，前端RF射频模块与后端RF射频模块之间采用射频方式完成数据传输，所述后端RF射频模块通过通信接口接入网络适配器，所述网络适配器将采集到的数据传输到人机交互模块，同时接入网络将数据存入互联网。
优选地，所述人机交互模块包括实时显示模块、数据处理模块、系统管理模块和警报模块，其中，
所述显示模块用于显示动力电池电压、电流和温度的各种参数数据；
所述数据处理模块对传输来的数据进行分类对比和存储；
所述系统管理模块进行设置选择单体电池或整体电池组数据增加、删除、保存、查询、备份的功能；
所述警报模块对比实时数据和理论安全数据，若实时数据不在安全区间则启动警报功能。
优选地，所述电源管理模块包括供电单元和动态电源管理单元，其中所述供电单元分别为智能传感器模块和无线通信模块供电；所述动态电源管理单元报告电源能量剩余情况信息。
有益效果：本发明提供一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，以智能传感器模块为核心组成无线传感器网络监测动力电池状态参数，相较于传统监测系统不仅可减少繁冗的数据线，且易布置监测现场，监测数据更灵活准确，为动力电池提供更加安全的工作环境，延长电池寿命。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的组成结构示意图；
图2是本发明的一种新型智能传感器结构示意图；
图3是本发明的无线通信组成结构示意图；
图4是本发明的射频模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1：如图1所示，一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，包括智能传感器模块、无线通信模块、电源模块和人机交互模块，所述智能传感器对动力电池组整体及单体电池进行数据采集，所述智能传感器模块将采集到的数据进行处理后通过通信接口传输至无线通讯模块，所述无线通信模块采用无线射频通讯方式将数据传输至人机交互界面进行分析、对比处理及存储，同时传入互联网供远程用户查看，所述电源管理模块分别与所述智能传感器模块和无线通信模块进行供电连接。
如图2所示，所述智能传感器模块包括数据采集子系统和数据处理子系统，其中，所述数据采集子系统包括敏感元件单元、调理电路单元和A/D转换单元，所述敏感元器件单元负责采集动力电池组整体及单体电池的电池参数状况，本发明中，电池参数状况包括温度、电压、电流，所述敏感元器件单将采集到的电池参数数据传输至调理电路单元，依次经模拟信号放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护处理后传输至A/D转换单元进行数据转换；所述A/D转换单元将接收到的模拟信号转成数字信号，并传输至数据处理子系统；
所述数据处理子系统包括微处理单元和通信接口，所述微处理单元对接收到的数字信号进行采样调理、数据处理和存储后，通过通信接口与无线通信模块信号传输连接。
本实施例中，所述微处理单元采用Tiny OS嵌入式操作系统，所述Tiny OS嵌入式操作系统内置存储器和调试下载接口，用于同时完成对接收到的数字信号进行采样调理、数据处理和存储处理。本发明中，Tiny OS嵌入式操作系统设置过充、过放保护模块和数据存储模块，属于现有技术。
如图3所示，所述无线通信模块包括前端RF射频模块、后端RF射频模块和网络适配器，所述前端RF射频模块通过通信接口接入智能传感器模块中的微处理单元，后端RF射频模块接入网络适配器，其无线链路采用射频方式完成数据传输，所述网络适配器将采集到的数据传输到人机交互模块，同时接入网络将数据存入互联网。
如图4所示，为前端RF射频模块和后端RF射频模块的射频模块结构示意图中，其主要的工作原理为接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息，同时信息在介质访问控制与物理层之间进行交互。发射时，把逻辑电路处理过的发射基带信息调制成的发射中频，经功放放大后由天线转为电磁波辐射出去。
本发明中，无线通信模块采用无线射频通讯方式传输数据。本实施例中采用Nordic的RF芯片，特点是传输量在100Kb/s以内，外设少、功耗小。可直接用最常用的串口进行组网，将数据传输到人机交互界面进行分析、对比处理、存储，同时传入互联网供远程用户查看。
优选地，所述人机交互模块包括实时显示模块、数据处理模块、系统管理模块和警报模块，其中，
所述显示模块用于显示单体动力电池电压、电流、温度；动力电池组的电压、电流、温度等各种参数数据；本实施中，数据处理模块根据需求对传输来的数据进行求平均值、最大值最小值等，并能够根据需求将实时或历史数据以折线图、柱状图等形式进行对比工作，反映电池实时状态，让用户掌握电池寿命。
所述数据处理模块对传输来的数据进行分类对比和存储等；
所述系统管理模块进行设置选择单体电池或整体电池组数据增加、删除、保存、查询、备份等功能；
所述警报模块对比实时数据和理论安全数据，若实时数据不在安全区间则启动警报功能。
优选地，所述电源管理模块包括供电单元和动态电源管理单元，其中所述供电单元分别为智能传感器模块和无线通信模块供电；所述动态电源管理单元报告电源能量剩余情况等信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，其特征在于，包括智能传感器模块、无线通信模块、电源模块和人机交互模块，所述智能传感器对动力电池组整体及单体电池进行数据采集，所述智能传感器模块将采集到的数据进行处理后通过通信接口传输至无线通讯模块，所述无线通信模块采用无线射频通讯方式将数据传输至人机交互界面进行分析、对比处理及存储，同时传入互联网供远程用户查看，所述电源管理模块分别与所述智能传感器模块和无线通信模块进行供电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，其特征在于，所述智能传感器模块包括数据采集子系统和数据处理子系统，其中，所述数据采集子系统包括敏感元件单元、调理电路单元和A/D转换单元，所述敏感元器件单元负责采集动力电池组整体及单体电池的电池参数状况，所述敏感元器件单元将采集到的电池参数数据传输至调理电路单元，依次经模拟信号放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护处理后传输至A/D转换单元进行数据转换；所述A/D转换单元将接收到的模拟信号转成数字信号，并传输至数据处理子系统
所述数据处理子系统包括微处理单元和通信接口，所述微处理单元对接收到的数字信号进行采样调理、数据处理和存储后，通过通信接口与无线通信模块信号传输连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，其特征在于，所述微处理单元采用Tiny OS嵌入式操作系统，所述Tiny OS嵌入式操作系统内置存储器和调试下载接口，用于同时完成对接收到的数字信号进行采样调理、数据处理和存储处理。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，其特征在于，所述无线通信模块包括前端RF射频模块、后端RF射频模块和网络适配器，所述前端RF射频模块通过通信接口接入智能传感器模块中的微处理单元，前端RF射频模块与后端RF射频模块之间采用射频方式完成数据传输，所述后端RF射频模块通过通信接口接入网络适配器，所述网络适配器将采集到的数据传输到人机交互模块，同时接入网络将数据存入互联网。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，其特征在于，所述人机交互模块包括实时显示模块、数据处理模块、系统管理模块和警报模块，其中，
所述显示模块用于显示动力电池电压、电流和温度的各种参数数据；
所述数据处理模块对传输来的数据进行分类对比和存储；
所述系统管理模块进行设置选择单体电池或整体电池组数据增加、删除、保存、查询、备份的功能；
所述警报模块对比实时数据和理论安全数据，若实时数据不在安全区间则启动警报功能。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法，其特征在于，所述电源管理模块包括供电单元和动态电源管理单元，其中所述供电单元分别为智能传感器模块和无线通信模块供电；所述动态电源管理单元报告电源能量剩余情况信息。
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