CN215867033U - 基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统 - Google Patents

基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统 Download PDF

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王凤祥
农振昌
徐鹏
黄玉彬
黄剑
谭荏文
赵晟
吴文健
袁焕炯
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Longtan Hydropower Development Co ltd Longtan Hydroelectric Power Plant
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Longtan Hydropower Development Co ltd Longtan Hydroelectric Power Plant
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Abstract

本实用新型涉及一种基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,包括监测主机、数据测量模块和上位机;所述的监测主机设有无线ZigBee射频模块Ⅰ和RJ45网口;所述的数据测量模块设有无线ZigBee射频模块Ⅱ;所述的监测主机通过无线ZigBee射频模块Ⅰ与数据测量模块的无线ZigBee射频模块Ⅱ进行无线连接,实现数据的无线收发;所述的监测主机通过RJ45网口与上位机通讯连接。本实用新型基于ZigBee无线通信的方式对每个单体蓄电池的电压、温度、内阻、电流状态参数进行采集,解决了旧有的通讯单一的问题和蓄电池状态参数不够全面导致无法准确掌握蓄电池运行状态的问题,实现数据的实时无线传输和蓄电池全方面监测的功能准确判断蓄电池组的整体状况和单体状况。

Description

基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统
技术领域
本实用新型属于电池检测管理技术领域,具体涉及一种基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统。
背景技术
各行各业对电力系统的要求越来越高,原则上不允许电力系统出现突然断电的情况。蓄电池作为重要的储能设备之一,关系到整个系统在应急时设备的运行,是保证为设备不间断供电、确保设备稳定安全运行的最后防线,已经在电力系统、通讯、信号设备、UPS等领域广泛应用。蓄电池产品的实际寿命差异很大,最高寿命可高达五年之久,也有一些蓄电池的寿命只有一年。除了受不同厂商的制造工艺水平、实际工作环境的影响外,日常的维护状况也很重要。在对蓄电池组的日常管理维护中,缺乏对电池组的有效监测手段,工作人员无法及时准确知道各个蓄电池单体的运行状态,因而很难消除故障电池可能带来的安全隐患。一旦蓄电池组中的个别节点出现故障未被及时排除,就会引发多个节点故障,缩短整个电池组使用寿命,因此对各个蓄电池单体的工作状态和属性进行实时可靠的监测,及时发现出现异常的电池单体,提示维护人员及时对其进行更换,才能确保整个系统安全稳定工作。因此研究蓄电池参数实时监测系统构建具有非常重要的意义。
目前大部分在运行的蓄电池巡检仪主要是通过对蓄电池组的电压、电流、单体电压数据的实时采集、存储和处理,实现对蓄电池组的实时在线监控,而且测量模块与监控主机之间是采用通讯线缆进行通讯。由于仅采集蓄电池组的电压和电流,得到的参数数据太少影响对各个蓄电池单体的工作状态及使用情况的判断,其次采用有线连接的方式不利于后期的设备改造或加装,无疑是增加了人力、物力和财力成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的不足,提出了一种基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统。本实用新型基于ZigBee无线通信的方式对每个单体蓄电池的电压、温度、内阻、电流状态参数进行采集,解决了旧有的通讯单一的问题和蓄电池状态参数不够全面导致无法准确掌握蓄电池运行状态的问题,实现数据的实时无线传输和蓄电池全方面监测的功能准确判断蓄电池组的整体状况和单体状况。
为了实现上述目的,本实用新型采用了以下技术方案:
一种基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,包括监测主机、数据测量模块和上位机;所述的监测主机设有无线ZigBee射频模块Ⅰ和RJ45网口;所述的数据测量模块设有无线ZigBee射频模块Ⅱ;所述的监测主机通过无线ZigBee射频模块Ⅰ与数据测量模块的无线ZigBee射频模块Ⅱ进行无线连接,实现数据的无线收发;所述的监测主机通过RJ45网口与上位机通讯连接。
在本实用新型中,在每一组待监测管理的蓄电池组处安装数据测量模块,并且在监测主机和数据测量模块内均设置了无线ZigBee射频模块,构建ZigBee无线通信网络,实现多个数据测量模块与监测主机之间的无线数据收发,有效避免了线路连接复杂烦乱的问题。
本实用新型进一步说明,所述的监测主机还包括中央控制模块、以及分别与中央控制模块相连接的存储器、键盘、显示屏和电源模块Ⅰ;所述的无线ZigBee射频模块Ⅰ、RJ45网口分别与中央控制模块相连接。中央控制模块为中控系统,采用CPU,主要是用于蓄电池数据处理分析,然后发出相应的信息指令,控制其他部件的工作状态。存储器,主要用于数据及报警信息存储。键盘,主要用于手动触摸输入相关定值。显示屏,主要用于显示蓄电池组的各项数据及报警信息。电源模块Ⅰ为监测主机各个模块提供工作电源。
本实用新型进一步说明,所述的数据测量模块还包括主控模块、单体电压内阻温度采集模块和电源模块Ⅱ;所述的主控模块设有A/D转换接口,并且通过A/D转换接口与单体电压内阻温度采集模块相连接;所述的无线ZigBee射频模块Ⅱ、电源模块Ⅱ分别与主控模块相连接;所述的单体电压内阻温度采集模块设有若干个电压采样接口和若干个温度采样接口,用于采集蓄电池组的数据。
主控模块,主要用于负责数据调度汇总。电源模块Ⅱ为数据测量模块的各个部件提供工作电源。单体电压内阻温度采集模块,主要用于负责蓄电池相关参数采集并将物理信息转换成相应的电学信号。单体电压内阻温度采集模块通过多个电压接口和多个温度接口实现分别对储电池单体电压、内阻和温度的数据采样,将采样参数转换为电信号并输送给主控模块,由主控模块将数据汇总后通过ZigBee无线通信网络传输给监测主机进行分析处理。
所述的数据测量模块的主控模块内置有ARM处理器和存储器。即主控模块可以对数据进行暂存并且汇总处理后发送出去。
本实用新型进一步说明,所述的数据测量模块的主控模块还设有RS485通信接口。数据测量模块还可以通过RS485通信接口与监测主机进行有线连接,实现多种通讯方式,防止ZigBee无线通信网络出现故障时导致数据遗失。
本实用新型的监测主机还设有数据采集模块,可以直接采集每一组蓄电池组的电压、电流、环境温度等整体数据;结合数据测量模块采集的蓄电池单体数据,建立主节点与多个子节点的网络架构,分别采集蓄电池组和每个单体蓄电池的各个状态参数,解决了蓄电池状态参数不够全面导致无法准确掌握蓄电池运行状态的问题,实现蓄电池组全方面监测的功能。
在本实用新型中,整个系统是采用一个监测主机和多个测量数据模块进行ZigBee无线通信,具体通信过程如下:首先监测主机(即主节点)在启动后,被置于允许绑定模式来响应从数据测量模块(子节点)发来的绑定请求。然后数据测量模块在成功加入监测主机建立的网络后,由于监测主机处于允许绑定模式,子节点将自动发现并绑定到监测主机,两者的无线射频模块就可以互相接收信息,然后数据测量模块将开始上传蓄电池的各项实时数据到监测主机。
在监测主机中,通过键盘输入蓄电池的正常状态定值参数,中控系统将实时采集到的蓄电池的状态数据与正常状态定值参数进行分析比较,如果出现蓄电池单体电压、温度、内阻或蓄电池组电压、电流异常时,中控系统则将报警信息传递到显示屏上并且指示出现异常状况电池的位置。
本实用新型具有以下有益效果:
1.本实用新型结构简单,可对现有监测管理系统进行升级改造,使用成本低。
2.本实用新型针对蓄电池单体检测数据是基于ZigBee协议的无线通信网络进行无线数据传输的,可简化检测系统的线路结构,避免了传统有线连接复杂繁乱的问题,便于后期线路设备的管理,减少后期维护的劳动力成本。
3.本实用新型采用监测主机与多个数据监测模块的网络架构,分别采集蓄电池组和每个单体蓄电池的电压、温度、内阻、电流多种状态参数,解决了旧有的通讯单一的问题和蓄电池状态参数不够全面导致无法准确掌握蓄电池运行状态的问题,实现数据的实时有线/无线相结合传输方式和蓄电池全方面监测的功能。
4.本实用新型采用ZigBee无线通信网络,具备数据传输速度快、安装操作简单、应用可靠性高、运营成本低的明显特点。
5.本实用新型的数据测量模块的主控模块可以选择RS485方式与监测主机连接,实现多种通讯方式,防止ZigBee无线通信网络出现故障时导致数据遗失。
6.本实用新型通过简化检测系统的线路,达到提高蓄电池监测系统后期改造效率、降低运营成本和保证应用质量的效果。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构框架图。
图2是本实用新型的监测主机结构示意图。
图3是本实用新型的数据测量模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1:
如图1所示,一种基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,包括监测主机、数据测量模块和上位机;所述的监测主机设有无线ZigBee射频模块Ⅰ和RJ45网口;所述的数据测量模块设有无线ZigBee射频模块Ⅱ;所述的监测主机通过无线ZigBee射频模块Ⅰ与数据测量模块的无线ZigBee射频模块Ⅱ进行无线连接,实现数据的无线收发;所述的监测主机通过RJ45网口与上位机通讯连接。
如图2所示,所述的监测主机还包括中央控制模块、以及分别与中央控制模块相连接的存储器、键盘、显示屏和电源模块Ⅰ;所述的无线ZigBee射频模块Ⅰ、RJ45网口分别与中央控制模块相连接。
如图3所示,所述的数据测量模块还包括主控模块、单体电压内阻温度采集模块和电源模块Ⅱ;所述的主控模块设有A/D转换接口,并且通过A/D转换接口与单体电压内阻温度采集模块相连接;所述的无线ZigBee射频模块Ⅱ、电源模块Ⅱ分别与主控模块相连接;所述的单体电压内阻温度采集模块设有若干个电压采样接口和若干个温度采样接口,用于采集蓄电池组的数据。
本实施例的蓄电池智能管理系统的最基本作用是监控蓄电池组的工作状态,包括蓄电池组电压、电流、环境温度、单体蓄电池电压、内阻和温度,避免蓄电池出现过充电、过放电、温度过高、电压越限、电流越限和内阻越限,并在出现异常情况下能及时报警。
通常,一个数据测量模块可实现同时监控12节蓄电池为一组的单体电压、温度、内阻测量,将12节蓄电池设计为一个电池管理单元,为一个子节点。而系统的蓄电池组由阀控式铅酸电池串联而成,以此类推,110V直流电源系统整个电池组需要5个数据测量模块(即子节点),220V直流电源系统整个电池组需要10个子节点。然后,这些电池管理单元得到的数据需要监测主机的中央控制模块(即主节点)进行数据处理和分析。在监测主机和多个数据测量模块之间,采用ZigBee无线通信技术进行通信。监测主机根据各个数据测量模块送来的实时数据,判断整个蓄电池组的运行状态,并将相应的信息通过无线通信方式送到显示屏上;当发生某个电池出现电压、温度、内阻或蓄电池组电压、电流异常时,能够及时把报警信息传递到显示屏,并且能够准确指示出现异常状况电池的位置;监测主机还建立每个小电池组的简要使用记录,为电池的维护和更换提供依据;监测主机也可以将电池的实时数据传送至上位机。
实施例2:
本实施例与实施例1的区别在于:所述的数据测量模块的主控模块还设有RS485通信接口。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例,不用于限制本实用新型,本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本实用新型的实质和保护范围内,对本实用新型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实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,其特征在于:包括监测主机、数据测量模块和上位机;所述的监测主机设有无线ZigBee射频模块Ⅰ和RJ45网口;所述的数据测量模块设有无线ZigBee射频模块Ⅱ;所述的监测主机通过无线ZigBee射频模块Ⅰ与数据测量模块的无线ZigBee射频模块Ⅱ进行无线连接,实现数据的无线收发;所述的监测主机通过RJ45网口与上位机通讯连接。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,其特征在于:所述的监测主机还包括中央控制模块、以及分别与中央控制模块相连接的存储器、键盘、显示屏和电源模块Ⅰ;所述的无线ZigBee射频模块Ⅰ、RJ45网口分别与中央控制模块相连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,其特征在于:所述的数据测量模块还包括主控模块、单体电压内阻温度采集模块和电源模块Ⅱ;所述的主控模块设有A/D转换接口,并且通过A/D转换接口与单体电压内阻温度采集模块相连接;所述的无线ZigBee射频模块Ⅱ、电源模块Ⅱ分别与主控模块相连接;所述的单体电压内阻温度采集模块设有若干个电压采样接口和若干个温度采样接口,用于采集蓄电池组的数据。
4.根据权利要求3所述的基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,其特征在于:所述的数据测量模块的主控模块内置有CPU和存储器。
5.根据权利要求3所述的基于ZigBee无线通信网络设计的蓄电池智能管理系统,其特征在于:所述的数据测量模块的主控模块还设有RS485通信接口。
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