基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監測方法及其裝置制造方法
【專利摘要】一種基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監測方法，包括如下步驟：（a）為各蓄電池設置傳感器節點，所述傳感器節點獲取各相應蓄電池的工作狀況；（b）所述各傳感器節點以自組織形式構成無線網絡，以通過多跳中繼形式將所述工作狀況傳輸至匯聚節點，并最終通過匯聚鏈路將所述工作狀況發送至控制節點；及（c）所述控制節點根據所述工作狀況監測所述蓄電池。本發明構建基于無線傳感器網絡的UPS電源在線全時段監測系統，對大量電池組組成的UPS電源，每個電池的監測信息基于無線傳輸方式傳至監測處理主機，實現對UPS系統的合理監測，便于工作人員有針對的進行維護。
【專利說明】基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監測方法及其裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及蓄電池的檢測，尤其涉及利用無線傳感器網絡對蓄電池進行監測的方 法及其裝置。
【背景技術】
[0002] 蓄電池是UPS (Uninterruptible Power Supply)系統的一個重要組要組成部分， 其質量及工作狀況直接關系到整個UPS系統的可靠性，據統計，國內大約有95%以上的UPS 電池沒有進行監測，90%以上的UPS電源沒有有效的維護，這些都構成UPS的后期使用中的 安全隱患，多數情況是在UPS出現故障后才發現。
[0003] 因此，連續對蓄電池進行運行安全檢測非常必要。然而，目前采用的辦法是每3個 月進行一次監測和放電，在沒有專業測量儀表時，較難實現精確測量。此外，當機房使用較 多UPS電池時，幾乎不可能實現專業的監測。
[0004] 此外，即使有專業測量儀表，這種人工監測的操作也存在著繁瑣、工作量大、勞動 強度大、精確度差等缺點。
【發明內容】
[0005] 因此，本發明旨在提供高效快速的蓄電池在線監測。
[0006] 本發明的一個方面為一種基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監測方法，包括如下 步驟：（a)為各蓄電池設置傳感器節點，所述傳感器節點獲取各相應蓄電池的工作狀況； (b)所述各傳感器節點以自組織形式構成無線網絡，以通過多跳中繼形式將所述工作狀況 傳輸至匯聚節點，并最終通過匯聚鏈路將所述工作狀況發送至控制節點；及（c)所述控制 節點根據所述工作狀況監測所述蓄電池。
[0007] -些實施例中，所述傳感器節點包括傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、及 能量供應模塊，并且所述傳感器模塊包括溫度傳感器、內阻傳感器、電壓傳感器、及電流傳 感器。
[0008] -些實施例中，所述控制節點比較所述蓄電池的預設的極限參數與所述工作狀 況，從而對所述蓄電池進行監測。
[0009] -些實施例中，若所述工作狀況與所述極限參數之間的差大于第一閾值，所述控 制節點則將與所述工作狀況相對應的蓄電池旁路并報告控制中心。
[0010] 一些實施例中，若所述工作狀況與所述極限參數之間的差大于第二閾值，所述控 制節點則向蓄電池廠商發送錯誤信息。
[0011] 一些實施例中，所述控制節點根據所述工作狀況形成測試曲線、容量分析、電流曲 線圖，以生成故障預警信息。
[0012] 本發明的另一方面為一種基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監測裝置，包括：傳 感器節點，其設于各蓄電池并獲取各相應蓄電池組的工作狀況；中繼節點，所述各傳感器節 點以自組織形式構成無線網絡，以通過所述中繼節點以多跳中繼形式將所述工作狀況傳輸 至匯聚節點，并最終通過匯聚鏈路將所述工作狀況發送至控制節點；及控制節點，其根據所 述工作狀況監測所述蓄電池。
[0013] 本發明構建基于無線傳感器網絡的UPS電源在線全時段監測系統，對大量電池組 組成的UPS電源，每個電池的監測信息基于無線傳輸方式傳至監測處理主機，實現對UPS系 統的合理監測，便于工作人員有針對的進行維護。該在線監測系統可實時監測蓄電池的總 電壓、總電流、內阻等，并繪制測試曲線、容量分析、電流曲線圖等，若出現故障，自動將這個 電池旁路，并給出報警信息或維修建議。
[0014] 以下結合附圖，通過示例說明本發明主旨的描述，以清楚本發明的其他方面和優 點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 結合附圖，通過下文的詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特征和優 點，其中：
[0016] 圖1為現有放樣方法的流程圖；
[0017] 圖2為根據本發明的放樣方法的流程圖；及
[0018] 圖3示出了一種示意性的左邊數據。
【具體實施方式】
[0019] 參見本發明具體實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以 許多不同形式實現，并且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是 為了達成充分及完整公開，并且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發明的范圍。
[0020] 應理解，本發明的描述/圖示為單個單元的部分可存在于兩個或兩個以上的物理 上獨立但合作實現所描述/圖示之功能的實體。此外，描述/圖示為兩個或兩個以上物理 上獨立的部分可集成入一個單獨的物理上實體以進行所描述/圖示的功能
[0021] 現參考圖1詳細說明根據本發明實施例的基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監 測方法。
[0022] 如圖1所示，在步驟S101中，為各蓄電池設置傳感器節點，所述傳感器節點獲取各 相應蓄電池的工作狀況。一般地，UPS包括大量電池組，而各電池組又由多個蓄電池組成。 為了監視UPS的工作狀況，需獲取各蓄電池的工作狀況。由此，本實施例中，為各蓄電池設 置一個傳感器節點，并且該傳感器節點所感測的數據代表相應蓄電池的工作狀況。然而，應 理解本發明不限于此，而是可為各蓄電池設置多個傳感器節點，或者可在預先設定的監測 區域內布置多個傳感器節點。
[0023] 本實施例中，所述傳感器節點包括傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、及能 量供應模塊。傳感器模塊負責監測區域內信息的采集和數據轉換。處理器模塊負責控制整 個傳感器節點的操作，存儲和處理本身采集的數據以及其他節點發來的數據。無線通信模 塊負責與其他傳感器節點進行無線通信，交換控制信息和收發采集數據。能量供應模塊為 傳感器節點提供運行所需的能量。
[0024] 為了監測蓄電池的工作狀態，所述傳感器模塊可包括溫度傳感器、內阻傳感器、電 壓傳感器、及電流傳感器，從而感測各蓄電池的溫度、內阻、電壓、及/或電流，作為蓄電池 的工作狀況。應理解，所述傳感器模塊中可設置上述不同傳感器中的一個或多個。
[0025] 本實施例中，無線通信模塊采用Zigbee模塊。然而，應理解，本發明不限于此，而 是可使用任何合適的通信模塊。
[0026] 步驟S103中，所述各傳感器節點以自組織形式構成無線網絡，以通過多跳中繼形 式將所述工作狀況傳輸至匯聚節點，并最終通過匯聚鏈路將所述工作狀況發送至控制節 點。
[0027] 部署在蓄電池的大量傳感器節點能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節點監 測的數據沿著其他傳感器節點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處 理，經過多跳后中繼路由到匯聚節點，最后到達控制節點。此后，用戶通過控制節點對蓄電 池進行監測。本實施例中，仍然通過無線通信將所述工作狀況從匯聚節點發送至控制節點。 然而，應理解，可將控制節點設于物理距離較遠的場地，從而利用互聯網或衛星將所述工作 狀況從匯聚節點發送至控制節點。
[0028] 步驟S105中，所述控制節點根據所述工作狀況監測所述蓄電池。
[0029] 本實施例中，所述控制節點比較所述蓄電池的預設的極限參數與所述工作狀況， 從而對所述蓄電池進行監測。
[0030] 具體地，若所述工作狀況與所述極限參數之間的差大于第一閾值，所述控制節點 則認為與所述工作狀況所表征的蓄電池出于非正常工作狀態，從而該蓄電池旁路并報告控 制中心。所謂控制中心系指與控制節點進行通信并操控控制節點進行多項操作的實體。
[0031] 此外，若所述工作狀況與所述極限參數之間的差大于第二閾值，所述控制節點則 認為所述工作狀況所表征的蓄電池出于嚴重故障狀態，從而向所述控制中心和蓄電池廠商 發送錯誤信息。
[0032] 本實施例中，所述第一和第二閾值為預先設定的值，并且第二閾值大于第一閾值。 所述第一和第二閾值可謂任何合理的值，例如根據經驗選擇。
[0033] 此外，所述控制節點根據所述工作狀況形成測試曲線、容量分析、電流曲線圖，以 生成故障預警信息。除了發生故障之后的報警之外，所述控制節點還可根據感測的數據進 行預處理并實時給出故障預警信息，從而利用圖表等形式顯示監測數據。
[0034] 現參考圖2詳細說明根據本發明實施例的基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監 測裝置。
[0035] 如圖2所示，本實施例在線監測裝置包括傳感器節點，其設于各蓄電池并獲取各 相應蓄電池組的工作狀況。本實施例中，所述傳感器節點包括傳感器模塊、處理器模塊、無 線通信模塊、及能量供應模塊。傳感器模塊負責監測區域內信息的采集和數據轉換。處理 器模塊負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理本身采集的數據以及其他節點發來的 數據。無線通信模塊負責與其他傳感器節點進行無線通信，交換控制信息和收發采集數據。 能量供應模塊為傳感器節點提供運行所需的能量。
[0036] 為了監測蓄電池的工作狀態，所述傳感器模塊可包括溫度傳感器、內阻傳感器、電 壓傳感器、及電流傳感器，從而感測各蓄電池的溫度、內阻、電壓、及/或電流，作為蓄電池 的工作狀況。應理解，所述傳感器模塊中可設置上述不同傳感器中的一個或多個。
[0037] 本實施例中，為各蓄電池設置一個傳感器節點，并且該傳感器節點所感測的數據 代表相應蓄電池的工作狀況。然而，應理解本發明不限于此，而是可為各蓄電池設置多個傳 感器節點，或者可在預先設定的監測區域內布置多個傳感器節點。
[0038] 本實施例中，無線通信模塊采用Zigbee模塊。然而，應理解，本發明不限于此，而 是可使用任何合適的通信模塊。
[0039] 本實施例在線監測裝置包括中繼節點，所述各傳感器節點以自組織形式構成無線 網絡，以通過所述中繼節點以多跳中繼形式將所述工作狀況傳輸至匯聚節點，并最終通過 匯聚鏈路將所述工作狀況發送至控制節點。
[0040] 部署在蓄電池的大量傳感器節點能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節點監 測的數據沿著其他傳感器節點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處 理，經過多跳后中繼路由到匯聚節點，最后到達控制節點。此后，用戶通過控制節點對蓄電 池進行監測。本實施例中，仍然通過無線通信將所述工作狀況從匯聚節點發送至控制節點。 然而，應理解，可將控制節點設于物理距離較遠的場地，從而利用互聯網或無線通信網絡將 所述工作狀況從匯聚節點發送至控制節點。
[0041] 本實施例在線監測裝置還包括控制節點，其根據所述工作狀況監測所述蓄電池。 本實施例中，所述控制節點比較所述蓄電池的預設的極限參數與所述工作狀況，從而對所 述蓄電池進行監測。
[0042] 具體地，若所述工作狀況與所述極限參數之間的差大于第一閾值，所述控制節點 則認為與所述工作狀況所表征的蓄電池出于非正常工作狀態，從而該蓄電池旁路并報告控 制中心。所謂控制中心系指與控制節點進行通信并操控控制節點進行多項操作的實體。 [0043] 此外，若所述工作狀況與所述極限參數之間的差大于第二閾值，所述控制節點則 認為所述工作狀況所表征的蓄電池出于嚴重故障狀態，從而向所述控制中心和蓄電池廠商 發送錯誤信息。
[0044] 本實施例中，所述第一和第二閾值為預先設定的值，并且第二閾值大于第一閾值。 所述第一和第二閾值可謂任何合理的值，例如產品出廠檢驗報告、經驗值選擇。
[0045] 此外，所述控制節點根據所述工作狀況形成測試曲線、容量分析、電流曲線圖，以 生成故障預警信息。除了發生故障之后的報警之外，所述控制節點還可根據感測的數據進 行預處理并實時給出故障預警信息，從而利用圖表等形式顯示監測數據。
[0046] 先參考圖3詳細描述利用根據本發明的監測裝置實現根據本發明的監測方法的 實例。
[0047] 如圖3所示，對一個數據中心的UPS電源采用的蓄電池組，對每個蓄電池布置溫度 傳感器、內阻測量模塊、電壓、電流傳感器，并附加無線通信模塊(如Zigbee)，構成大規模蓄 電池組在線監測系統。
[0048] 針對大量電池組組成的UPS電源，通過相應傳感器和無線模塊，實時監測蓄電池 的總電壓、總電流、內阻等，實時掌握電池組的工作狀況；
[0049] 通過監測處理主機處理，繪制測試曲線、容量分析、電流曲線圖等，若出現故障，通 過自動將這個電池旁路，并立即向控制中心報告故障信息，做出處理，把故障影響控制在最 小范圍；
[0050] 以電池正確運行條件為核心依據，對系統的電壓、內阻、電流和溫度數據及其變化 進行綜合分析，實時發現發生的超越電池參數極限的事件、電池失效等；
[0051] 對數據進行預處理并實時給出故障預警信息決；此外利用圖表等形式顯示監測數 據，便于工作人員直觀判斷不間斷電源總體工作狀況。
[0052] 當有疑難故障或大范圍參數異常，通過監測處理主機向蓄電池廠商發送錯誤信 息，本系統還可實現生產廠商的遠程協同服務，幫助確認疑難故障。
[0053] 本發明構建基于無線傳感器網絡的UPS電源在線全時段監測系統，對大量電池組 組成的UPS電源，每個電池的監測信息基于無線傳輸方式傳至監測處理主機，實現對UPS系 統的合理監測，便于工作人員有針對的進行維護。該在線監測系統可實時監測蓄電池的總 電壓、總電流、內阻等，并繪制測試曲線、容量分析、電流曲線圖等，若出現故障，自動將這個 電池旁路，并給出報警信息或維修建議。
[0054] 以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創 造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員 依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術 方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監測方法，其特征在于，包括如下步驟： (a) 為各蓄電池設置傳感器節點，所述傳感器節點獲取各相應蓄電池的工作狀況； (b) 所述各傳感器節點以自組織形式構成無線網絡，以通過多跳中繼形式將所述工作 狀況傳輸至匯聚節點，并最終通過匯聚鏈路將所述工作狀況發送至控制節點；及 (c) 所述控制節點根據所述工作狀況監測所述蓄電池。
2. 如權利要求1所述的監測方法，其特征在于，所述傳感器節點包括傳感器模塊、處理 器模塊、無線通信模塊、及能量供應模塊，并且所述傳感器模塊包括溫度傳感器、內阻傳感 器、電壓傳感器、及電流傳感器。
3. 如權利要求2所述的監測方法，其特征在于，所述控制節點比較所述蓄電池的預設 的極限參數與所述工作狀況，從而對所述蓄電池進行監測。
4. 如權利要求3所述的監測方法，其特征在于，若所述工作狀況與所述極限參數之間 的差大于第一閾值，所述控制節點則將與所述工作狀況相對應的蓄電池旁路并報告控制中 心。
5. 如權利要求3所述的監測方法，其特征在于，若所述工作狀況與所述極限參數之間 的差大于第二閾值，所述控制節點則向蓄電池廠商發送錯誤信息。
6. 如權利要求1所述的監測方法，其特征在于，所述控制節點根據所述工作狀況形成 測試曲線、容量分析、電流曲線圖，以生成故障預警信息。
7. -種基于無線傳感器網絡的蓄電池在線監測裝置，其特征在于，包括： 一傳感器節點，其設于各蓄電池并獲取各相應蓄電池組的工作狀況； 一中繼節點，所述各傳感器節點以自組織形式構成無線網絡，以通過所述中繼節點以 多跳中繼形式將所述工作狀況傳輸至匯聚節點，并最終通過匯聚鏈路將所述工作狀況發送 至控制節點；及 一控制節點，其根據所述工作狀況監測所述蓄電池。
8. 如權利要求7所述的監測裝置，其特征在于，所述傳感器節點包括傳感器模塊、處理 器模塊、無線通信模塊、及能量供應模塊，并且所述傳感器模塊包括溫度傳感器、內阻傳感 器、電壓傳感器、及電流傳感器。
9. 如權利要求8所述的監測裝置，其特征在于，所述控制節點比較所述蓄電池的預設 的極限參數與所述工作狀況，從而對所述蓄電池進行監測。
10. 如權利要求9所述的監測裝置，其特征在于，若所述工作狀況與所述極限參數直接 的差大于第一閾值，所述控制節點則將與所述工作狀況相對應的蓄電池旁路并報告控制中 心；若所述工作狀況與所述極限參數直接的差大于第二閾值，所述控制節點則向蓄電池廠 商發送錯誤信息。
【文檔編號】G08C17/02GK104062589SQ201310090599
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月20日 優先權日:2013年3月20日
【發明者】肖賓杰, 殳偉群 申請人:上海市城市建設設計研究總院