CN116488336A - 基于物联网的储能电池安全监控系统 - Google Patents

基于物联网的储能电池安全监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于储能领域，公开了基于物联网的储能电池安全监控系统，包括线采集模块和安全监控模块；无线采集模块用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至安全监控模块；安全监控模块用于基于运行信息对储能电池进行安全监控；其中，无线采集模块包括无线传感器节点和数据收集装置，无线传感器节点用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至数据收集装置；数据收集装置用于接收无线传感器节点发送的运行信息，并将运行信息传输至安全监控模块。本发明能够在实现对储能电池进行监控的同时，提高增加储能电池的数量或减少储能电池的数量时的工作效率。

Description

基于物联网的储能电池安全监控系统
技术领域
本发明涉及储能领域，尤其涉及基于物联网的储能电池安全监控系统。
背景技术
储能电站是通过电化学电池或电磁能量存储介质进行可循环电能存储、转换及释放的电站。储能电站中一般都会放置有大量的储能电池，为了对储能电池进行监控，需要获取储能电池的运行信息。但是现有的储能电池监控系统，采用的是有线连接的方式来对储能电池的运行信息进行传输，这就导致在增加储能电池的数量或减少储能电池的数量时，对通信线路进行相应的调整的工作量较大，例如在增加储能电池的数量时，需要额外新设置相应的监控线路，而监控线路的设置较为麻烦，这就降低了增加储能电池的数量或减少储能电池的数量时的工作效率。
发明内容
本发明的目的在于公开基于物联网的储能电池安全监控系统，解决如何在对储能电池进行监控的时候，提高增加储能电池的数量或减少储能电池的数量时的工作效率问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于物联网的储能电池安全监控系统，包括无线采集模块和安全监控模块；
无线采集模块用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至安全监控模块；
安全监控模块用于基于运行信息对储能电池进行安全监控；
其中，无线采集模块包括无线传感器节点和数据收集装置，
无线传感器节点用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至数据收集装置；
数据收集装置用于接收无线传感器节点发送的运行信息，并将运行信息传输至安全监控模块。
可选的，安全监控模块包括数据存储单元、数据分析单元和数据显示单元；
数据存储单元用于保存运行信息；
数据分析单元用于基于运行信息分析储能电池的状态是否异常；
数据显示单元用于对运行信息进行显示。
可选的，还包括提醒模块；
提醒模块用于在储能电池的状态异常时，向值班人员进行提醒。
可选的，运行信息包括电压、电流和内部温度。
可选的，基于运行信息分析储能电池的状态是否异常，包括：
若运行信息的大小超出对应的设定的储能电池正常工作时的数值区间，则表示储能电池的状态异常；
若运行信息的大小没有超出对应的设定的储能电池正常工作时的数值区间，则表示储能电池的状态正常。
可选的，数据收集装置还用于对储能电池的放置区域进行分区，将放置区域分为多个二级区域。
可选的，数据收集装置还用于分别对每个二级区域中的无线传感器节点进行分簇，将无线传感器节点分成簇头节点和成员节点；
成员节点用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至簇头节点；
簇头节点用于将成员节点获取的运行信息发送至数据收集装置。
可选的，分别对每个二级区域中的无线传感器节点进行分簇，将无线传感器节点分成簇头节点和成员节点，包括：
分别计算每个二级区域的区别系数；
基于区别系数为二级区域选择分簇算法；
将分簇算法的代号发送至二级区域中的无线传感器节点。
可选的，二级区域中的无线传感器节点在接收到代号后，根据代号从自身的存储器中读取相应的分簇算法的运行代码，并执行该运行代码。
可选的，簇头节点也用于获取储能电池的运行信息，并将获取的运行信息和成员节点获取的运行信息一起发送至数据收集装置。
本发明通过无线传感器节点来获取储能电池的运行信息，不需要设置监控线路，这就使得在增加储能电池或者减少储能电池时，无需对监控线路进行处理，从而能够在实现对储能电池进行监控的同时，提高了增加储能电池的数量或减少储能电池的数量时的工作效率。
附图说明
从下文给出的详细描述和附图中将更充分地理解本公开，附图仅以说明的方式给出，因此不限制本公开，并且其中：
图1为本发明基于物联网的储能电池安全监控系统的一种示意图。
图2为本发明基于物联网的储能电池安全监控系统的另一种示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了基于物联网的储能电池安全监控系统，包括无线采集模块和安全监控模块；
无线采集模块用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至安全监控模块；
安全监控模块用于基于运行信息对储能电池进行安全监控；
其中，无线采集模块包括无线传感器节点和数据收集装置，
无线传感器节点用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至数据收集装置；
数据收集装置用于接收无线传感器节点发送的运行信息，并将运行信息传输至安全监控模块。
本发明通过无线传感器节点来获取储能电池的运行信息，不需要设置监控线路，这就使得在增加储能电池或者减少储能电池时，无需对监控线路进行处理，从而能够在实现对储能电池进行监控的同时，提高了增加储能电池的数量或减少储能电池的数量时的工作效率。
无线传感器节点能够组成无线传感器网络，当需要增加储能电池的数量时，仅需要把无线传感器节点安装到储能电池上，然后让无线传感器节点作为无线传感器网络的中的一员，加入到原有的无线传感器节点中进行通信即可。这样就不用为新增加的储能电池连接新的监控线路。
而当需要减少储能电池的数量时，仅需要将无线传感器节点关闭，然后从储能电池上拆下来即可，无线传感器网络会自动进行路由调整，以保证通信的正常运行。这样就不用拆掉原来的监控线路。
综上，利用无线传感器节点来获取储能电池的状态，能够很好地提高增加储能电池的数量或减少储能电池的数量时的工作效率。
可选的，如图2所示的一种实施例，安全监控模块包括数据存储单元、数据分析单元和数据显示单元；
数据存储单元用于保存运行信息；
数据分析单元用于基于运行信息分析储能电池的状态是否异常；
数据显示单元用于对运行信息进行显示。
上述实施方式中，数据存储单元能够对一定时间区间内的运行信息进行保存，便于工作人员对储能电池的历史运行状态进行分析。例如，可以对三年内的运行信息进行保存。
数据显示单元会不断地从数据存储单元中读取最新的运行信息，然后按照运行信息的类型分类进行显示。
可选的，还包括提醒模块；
提醒模块用于在储能电池的状态异常时，向值班人员进行提醒。
上述实施方式中，提醒模块能够发出用于提醒的声音或者是在值班人员使用的电子设备中弹出用于提醒的消息。
可选的，运行信息包括电压、电流和内部温度。
上述实施方式中列举的运行信息仅是其中一部分，例如，还可以包括储能电池外部的温度、湿度等。能够表示储能电池的运行状态的数据都属于运行信息。
可选的，基于运行信息分析储能电池的状态是否异常，包括：
若运行信息的大小超出对应的设定的储能电池正常工作时的数值区间，则表示储能电池的状态异常；
若运行信息的大小没有超出对应的设定的储能电池正常工作时的数值区间，则表示储能电池的状态正常。
上述实施方式中，不同的类型的运行信息所对应的数值区间不同，不同类型的储能电池的同一类型的运行信息所对应的数值区间也不同。
以电压为例，若储能电池正常工作时电压的数值区间为[vmin,vmax]，那么，当获得的储能电池的电压超出该数值区间时，便表示储能电池状态异常。vmin和vmax分别为数值区间的下限值和上限值。
可选的，数据收集装置还用于对储能电池的放置区域进行分区，将放置区域分为多个二级区域。
在一种实施方式中，对储能电池的放置区域进行分区的过程包括：
获取储能电池的放置区域的最小外接矩形；
将最小外接矩形分为N×N个子矩形；
对得到的子矩形进行有效性判断，获得有效的子矩形的集合subrec；
基于设定的合并规则对subrec中的子矩形进行合并，得到多个二级区域。
上述实施方式中，通过获取最小外接矩形，能够使得划分的区域标准化，从而进行子矩形的划分，因为原始的放置区域并不是矩形形状的，对这样的区域比较难进行子矩形的划分。
而进行有效性判断，则是为了将对最小外接矩形的进行划分的过程中得到的处于电池的放置区域之外的子矩形进行排除，以为这样的子矩形没有合并的意义，从而提高了得到的二级区域的有效程度，避免了得到的二级区域中包含大量的不属于放置区域的面积，避免了处于放置区域边缘的不同二级区域中的无线传感器节点的数量差异过大，导致部分无线传感器节点的电量消耗速度过快，数据收发过于频繁，缩短工作寿命。
对子矩形进行合并，一方面是为了降低出现部分子区域中的无线传感器节点的数量过少的概率，另一方面，是为了使得得到的二级区域更能够贴合无线传感器节点的实际工作情况，因为传统的虚拟分区一般都是将放置区域分成矩形区域，而无线传感器节点的覆盖范围并不是矩形的，这就会导致对这些矩形区域进行簇头节点的获取时，出现簇头节点与成员节点之间的平均距离比较大的概率较大，导致传输距离过远，影响运行信息传输的效率。
在一种实施方式中，子矩形的面积通过如下函数计算得到：
surca＝R2×δ
surca为子矩形的面积，R为无线传感器节点的最大通信半径，δ为设定的子矩形计算系数，δ∈[1.6,1.8]。
在一种实施方式中，对得到的子矩形进行有效性判断，获得有效的子矩形的集合subrec，包括：
若子矩形处于放置区域之外，则表示子矩形不属于有效的子矩形。
上述实施方式中，若子矩形部分区域处于放置区域之外，部分区域处于放置区域之内，则这样的子矩形也属于有效的子矩形。
在一种实施方式中，基于设定的合并规则对subrec中的子矩形进行合并，得到多个二级区域，包括：
S1，初始化下标k，k的初始值为1；
S2，若subrec不为空集，则获取subrec中距离数据收集装置最近的子矩形，若subrec为空集，则进入S9；
S3，将subrec中距离收集装置最近的子矩形作为对比矩形；
S4，将对比矩形保存到二级集合seUk，获取与对比矩形相邻且属于集合subrec的子矩形的集合neiUcmpsz
S5，获取neiUcmpsz中距离seUk中的所有子矩形的中心最近的子矩形nersz,将nersz保存到二级集合seUk；
S6，判断seUk中的元素是否符合设定的集合更换标准，若是，则进入S7，若否，则进入S8；
S7，将下标k的值增加1，将seUk中的元素从subrec中删除，进入S2；
S8，将nersz作为新的对比矩形，进入S4；
S9，对所有的二级集合进行融合处理，得到二级区域集合，将二级区域集合中的所有元素所处的区域组成一个二级区域。
上述实施方式中，子矩形合并是从靠近数据收集装置的子矩形开始的，距离数据收集装置越远，则进行合并的顺序越后，这样的划分顺序能够使得越重要的二级区域越早被获取，因为越靠近数据收集装置，无线传感器节点需要转发的数据越多，越重要，从而提高了二级区域划分的合理性。
在合并的过程中，对比矩形并不是固定的，而是一直变化的，从而使得二级区域的面积能够不断扩大。
更换标准的设置则是能够对二级区域的大小进行限制，使得二级区域的大小能够与分区的顺序相适应，使得二级区域的划分更为合理。
融合处理则是能够避免相邻的二级区域中的出现无线传感器节点数量较少的二级区域，，导致部分无线传感器节点的电量消耗速度过快，数据收发过于频繁，缩短工作寿命。
S2中，若subrec中距离数据收集装置最近的子矩形有多个，则随机选择其中一个。当无线传感器节点环绕数据收集装置分布时，可能会出现这样的情况，这时随机选择一个作为选择的结果即可。S5中进行nersz的选取的过程一样，若存在多个距离seUk中的所有子矩形的中心最近的子矩形，则随机选择其中一个作为nersz。
可选的，判断seUk中的元素是否符合设定的集合更换标准，包括：
S61，计算seUk中的元素的参考坐标(xave,yave)，xi，yi分别为元素i的中央的坐标，NseUk为seUk中的元素的数量；
S62，基于(xave,yave)计算判定参数：
prjud表示判定系数，surcai为元素i的面积，(xcol,ycol)为数据收集装置的坐标，mxdtcol为subrec中的子矩形与距离数据收集装置之间最远的距离，mxsur为放置区域的面积，kcr为控制系数；
S63，若判定参数大于0，则表示seUk中的元素不符合设定的集合更换标准；若判定参数小于等于0，则表示seUk中的元素符合设定的集合更换标准。
上述实施方式中，判定系数主要是从面积和距离两个方面进行计算的得到，参考坐标与(xcol,ycol)之间的距离越大，则seUk中能够包含更多的子矩形，从而使得距离数据收集装置越近的二级区域中的成员节点的数量越少，使得簇头节点能够分出更多的资源来进行数据的转发，保证运行信息的传输效率。
可选的，对所有的二级集合进行融合处理，得到二级区域集合，包括：
对于二级集合j，判断二级集合j中的子矩形中的无线传感器节点的数量是否小于设定的数量阈值，
若是，则将二级集合j与二级集合s进行融合，将二级集合j中的元素加入到二级集合s中，得到二级区域集合，然后将二级集合j删除；其中，二级集合s为与二级集合j相邻的所有二级集合中，包含无线传感器节点数量最少的二级集合；
若否，则直接将二级集合j作为一个二级区域集合。
上述实施方式主要是对无线传感器数量较少的二级集合进行合并，从而避免对无线传感器数量较少的二级集合进行分簇，这样获得的簇头节点由于负责的成员节点的数量过少，电量的消耗速度与其它的无线传感器节点显然不同，不利于平衡簇头节点之间的电量消耗，从而导致在定期更新分簇时，簇头节点之间的电量消耗速度差异过大，定期更新分簇周期的对平衡无线传感器节点的电量消耗的效果降低。
可选的，数据收集装置还用于分别对每个二级区域中的无线传感器节点进行分簇，将无线传感器节点分成簇头节点和成员节点；
成员节点用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至簇头节点；
簇头节点用于将成员节点获取的运行信息发送至数据收集装置。
可选的，分别对每个二级区域中的无线传感器节点进行分簇，将无线传感器节点分成簇头节点和成员节点，包括：
分别计算每个二级区域的区别系数；
基于区别系数为二级区域选择分簇算法；
将分簇算法的代号发送至二级区域中的无线传感器节点。
现有的分簇过程一般都是为所有的区域选择相同的分簇算法进行分簇，显然这样的分簇结果不够合理，因为不同的二级区域中的无线传感器节点的电量水平并不一致，对于电量水平差异较小的二级区域，可以选择尽量简单的分簇算法，在保证分簇效率的同时，进一步降低分簇过程的电量消耗。
在一种实施方式中，二级区域的区别系数的计算函数如下：
上述函数中，diffcoef为区别系数，sedU为二级区域中包含的无线传感器节点的集合，NsedU为sedU中的元素的数量，enerfv为sedU中的无线传感器节点v的剩余电量。
上述实施方式中，区别系数能够综合表示不同的无线传感器节点的剩余电量的之间的差异。差异越大，则区别系数越大。
在一种实施方式中，基于区别系数为二级区域选择分簇算法，包括：
若区别系数小于设定的区别系数阈值，则将leach算法作为二级区域的分簇算法；
若区别系数大于设定的区别系数阈值，则将heed算法作为二级区域的分簇算法。
上述实施方式中，leach算法和heed算法进行其中的一些算法，与它们类似的算法也可以作为本发明另外的一些实施例。
Leach算法通过产生随机数的方式来产生簇头节点，对于剩余电量差异较小的二级区域，这样的簇头选择算法不仅效率高，而且还能节约电量。
而heed算法则是会考虑无线传感器节点的剩余电量，剩余电量越多，则被选为簇头节点的概率越过，从而均衡二级区域中的不同的无线传感器节点之间的电量消耗。
可选的，二级区域中的无线传感器节点在接收到代号后，根据代号从自身的存储器中读取相应的分簇算法的运行代码，并执行该运行代码。
可选的，簇头节点也用于获取储能电池的运行信息，并将获取的运行信息和成员节点获取的运行信息一起发送至数据收集装置。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，包括无线采集模块和安全监控模块；
无线采集模块用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至安全监控模块；
安全监控模块用于基于运行信息对储能电池进行安全监控；
其中，无线采集模块包括无线传感器节点和数据收集装置，
无线传感器节点用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至数据收集装置；
数据收集装置用于接收无线传感器节点发送的运行信息，并将运行信息传输至安全监控模块。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，安全监控模块包括数据存储单元、数据分析单元和数据显示单元；
数据存储单元用于保存运行信息；
数据分析单元用于基于运行信息分析储能电池的状态是否异常；
数据显示单元用于对运行信息进行显示。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，还包括提醒模块；
提醒模块用于在储能电池的状态异常时，向值班人员进行提醒。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，运行信息包括电压、电流和内部温度。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，基于运行信息分析储能电池的状态是否异常，包括：
若运行信息的大小超出对应的设定的储能电池正常工作时的数值区间，则表示储能电池的状态异常；
若运行信息的大小没有超出对应的设定的储能电池正常工作时的数值区间，则表示储能电池的状态正常。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，数据收集装置还用于对储能电池的放置区域进行分区，将放置区域分为多个二级区域。
7.根据权利要求6所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，数据收集装置还用于分别对每个二级区域中的无线传感器节点进行分簇，将无线传感器节点分成簇头节点和成员节点；
成员节点用于获取储能电池的运行信息，并将运行信息发送至簇头节点；
簇头节点用于将成员节点获取的运行信息发送至数据收集装置。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，分别对每个二级区域中的无线传感器节点进行分簇，将无线传感器节点分成簇头节点和成员节点，包括：
分别计算每个二级区域的区别系数；
基于区别系数为二级区域选择分簇算法；
将分簇算法的代号发送至二级区域中的无线传感器节点。
9.根据权利要求8所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，二级区域中的无线传感器节点在接收到代号后，根据代号从自身的存储器中读取相应的分簇算法的运行代码，并执行该运行代码。
10.根据权利要求7所述的基于物联网的储能电池安全监控系统，其特征在于，簇头节点也用于获取储能电池的运行信息，并将获取的运行信息和成员节点获取的运行信息一起发送至数据收集装置。
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