一種充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法
【專利摘要】一種充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法，通過由電池監(jiān)測模塊提供各種工作條件下的電池剩余容量信息、電池剩余時間信息和電池健康狀況信息。并通過由單片機(jī)和無線收發(fā)器芯片組成的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將所采集電池數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)端接收終端，接收終端處理信號并將電池剩余使用時間以及電池健康狀況等信息在顯示器中顯示，并當(dāng)發(fā)現(xiàn)剩余電量低于預(yù)設(shè)閥值時，蜂鳴報警，從而實(shí)現(xiàn)電池電量遠(yuǎn)程監(jiān)測。本發(fā)明用于電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測，監(jiān)測裝置構(gòu)成簡單，監(jiān)測方法操作方便，可以精確到蓄電池儲電電荷量具體數(shù)值，使得電池電量監(jiān)測徹底實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線精確監(jiān)測。
【專利說明】一種充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池狀態(tài)檢測領(lǐng)域，特別是一種充電鋰電池剩余電量的遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置 及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，從電力直流屏電源到電信及移動通信設(shè)備后備電源，從電動自行車到電動 汽車，從手機(jī)到筆記本電腦，到處可見可充電電池的應(yīng)用?？沙潆婋姵氐淖畲筇攸c(diǎn)就是能夠 充放電，正確的充放電可以充分的利用電池，不正確的充放電會縮短電池使用壽命甚至損 壞電池。為了及時合理的充放電，正如司機(jī)需要了解汽車的燃料指示，用戶希望了解可充電 電池的荷電狀態(tài)S0C(state of charge)，尤其是在一些重要的場合，可充電電池的剩余電 量指示已是一個特別重要的指標(biāo)。
[0003] 然而對于一些特殊帶充電電池設(shè)備人們可能無法靠近，或是接近這些設(shè)備比較困 難時，通過利用傳統(tǒng)方法了解或檢測這些設(shè)備中電池剩余電量十分困難，例如隨著節(jié)能環(huán) 保型太陽能充電路燈快速發(fā)展，許多地方安裝這種環(huán)保型路燈，然而由于太陽能的不穩(wěn)定 性，路燈頂端電池剩余電量也存在不穩(wěn)定問題，因此有時希望能監(jiān)測到頂端電池剩余電量 情況，但由于路燈較高，傳統(tǒng)有線監(jiān)測電池剩余電量方法顯然不能滿足需求，因此需采取一 種遠(yuǎn)程監(jiān)測方式才能實(shí)現(xiàn)此時電池剩余電量的監(jiān)測，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，為電 池電量遠(yuǎn)程監(jiān)測提供了可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個目的就是提供一種充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，它可以將監(jiān) 測計算得到的充電鋰電池狀態(tài)信息通過無線通信的方式發(fā)送至遠(yuǎn)端，便于實(shí)時監(jiān)測。
[0005] 本發(fā)明的該目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有電池監(jiān)測模塊、第一單 片機(jī)、無線發(fā)送端、無線接收端、第二單片機(jī)、系統(tǒng)輔助控制報警模塊和顯示器；
[0006] 電池監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)監(jiān)測端與被測充電鋰電池連接，電池監(jiān)測模塊監(jiān)測到的數(shù)據(jù) 通過單片機(jī)和無線發(fā)送端發(fā)送至無線接收端，無線接收端將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至第二單片 機(jī)，第二單片機(jī)處理后，發(fā)出控制信息至系統(tǒng)輔助控制報警模塊，同時發(fā)出顯示信息至顯示 器。
[0007] 進(jìn)一步，所述電池監(jiān)測模塊為MAX177050電池電量計。
[0008] 進(jìn)一步，所述無線發(fā)送端和無線接收端為nrf24L01無線收發(fā)器芯片。
[0009] 進(jìn)一步，所述系統(tǒng)輔助控制報警模塊為蜂鳴器。
[0010] 本發(fā)明的另一個目的就是提供一種充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，它可以在 充電鋰電池的近端對電池狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測分析，得到電池剩余容量信息、電池剩余時間 信息和電池健康狀況信息，并通過無線通信的方式發(fā)送至遠(yuǎn)處監(jiān)控端。
[0011] 本發(fā)明的該目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體步驟為：
[0012] 1)通過電池監(jiān)測模塊監(jiān)測并記錄被測充電鋰電池的狀態(tài)信息；
[0013] 2)電池監(jiān)測模塊對監(jiān)測到的充電鋰電池狀態(tài)信息進(jìn)行信息處理，得到電池剩余容 量信息、電池剩余時間信息和電池健康狀況信息；
[0014] 3)處理后得到的電池剩余容量信息、電池剩余時間信息和電池健康狀況信息通過 第一單片機(jī)、無線發(fā)送端、無線接收端發(fā)送至第二單片機(jī)；
[0015] 4)第二單片機(jī)提取電池剩余容量信息、電池剩余時間信息和電池健康狀況信息， 發(fā)送至顯示器，同時與預(yù)設(shè)閥值相比較，發(fā)出控制指令控制系統(tǒng)輔助控制報警模塊。
[0016] 進(jìn)一步，步驟1)所述充電鋰電池狀態(tài)信息包括有電池當(dāng)前的輸出電壓信息、輸出 電流信息、環(huán)境溫度信息、充電時的輸入電量信息和放電時的輸出電量信息。
[0017] 進(jìn)一步，步驟2)中所述對充電鋰電池狀態(tài)信息進(jìn)行信息處理的具體方法為：采用 采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對電池SOC進(jìn)行在線預(yù)測。
[0018] 進(jìn)一步，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對電池SOC進(jìn)行在線預(yù)測的具體方法為：基于RBF神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立SOC預(yù)測模型，主要從網(wǎng)絡(luò)級、訓(xùn)練級和節(jié)點(diǎn)級三個方面進(jìn)行設(shè)計；在與SOC估 計有關(guān)的輸入變量，包括總電壓、總電流、最低單體電壓、最高單體電壓、最低節(jié)點(diǎn)溫度、最 高節(jié)點(diǎn)溫度、各個模塊中各單體電池的電壓值和各模塊中各節(jié)點(diǎn)的溫度值上一時刻的 S〇C 值、電壓差值和溫度差值中，選取上一時刻SOC值、總電壓總電流、最低單體電壓、最高單體 電壓、最高節(jié)點(diǎn)溫度、最低節(jié)點(diǎn)溫度、平均溫度、總電壓變化量、SOC變化量共10個為輸入變 量，以該時刻SOC為輸出變量，設(shè)置隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為30個，其網(wǎng)絡(luò)的輸入矩陣為
[0019] X - (X1, X2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, x9, X10)
[0020] RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出函數(shù)為：
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，其特征在于：所述裝置包括有電池監(jiān)測模 塊、第一單片機(jī)、無線發(fā)送端、無線接收端、第二單片機(jī)、系統(tǒng)輔助控制報警模塊和顯示器； 電池監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)監(jiān)測端與被測充電鋰電池連接，電池監(jiān)測模塊監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過 單片機(jī)和無線發(fā)送端發(fā)送至無線接收端，無線接收端將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至第二單片機(jī)，第 二單片機(jī)處理后，發(fā)出控制信息至系統(tǒng)輔助控制報警模塊，同時發(fā)出顯示信息至顯示器。
2. 如權(quán)利要求1所述的充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，其特征在于：所述電池監(jiān) 測模塊為MAX177050電池電量計。
3. 如權(quán)利要求1所述的充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，其特征在于：所述無線發(fā) 送端和無線接收端為nrf24L01無線收發(fā)器芯片。
4. 如權(quán)利要求1所述的充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，其特征在于：所述系統(tǒng)輔 助控制報警模塊為蜂鳴器。
5. 利用權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述裝置進(jìn)行充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測的方法， 其特征在于，具體步驟如下： 1) 通過電池監(jiān)測模塊監(jiān)測并記錄被測充電鋰電池的狀態(tài)信息； 2) 電池監(jiān)測模塊對監(jiān)測到的充電鋰電池狀態(tài)信息進(jìn)行信息處理，得到電池剩余容量信 息、電池剩余時間信息和電池健康狀況信息； 3) 處理后得到的電池剩余容量信息、電池剩余時間信息和電池健康狀況信息通過第一 單片機(jī)、無線發(fā)送端、無線接收端發(fā)送至第二單片機(jī)； 4) 第二單片機(jī)提取電池剩余容量信息、電池剩余時間信息和電池健康狀況信息，發(fā)送 至顯示器，同時與預(yù)設(shè)閥值相比較，發(fā)出控制指令控制系統(tǒng)輔助控制報警模塊。
6. 如權(quán)利要求5所述的充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，其特征在于：步驟1)所述 充電鋰電池狀態(tài)信息包括有電池當(dāng)前的輸出電壓信息、輸出電流信息、環(huán)境溫度信息、充電 時的輸入電量信息和放電時的輸出電量信息。
7. 如權(quán)利要求6所述的充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，其特征在于，步驟2)中所 述對充電鋰電池狀態(tài)信息進(jìn)行信息處理的具體方法為：采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對電池 SOC進(jìn)行 在線預(yù)測。
8. 如權(quán)利要求7所述的充電鋰電池剩余電量遠(yuǎn)程監(jiān)測方法，其特征在于，采用RBF神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)對電池 SOC進(jìn)行在線預(yù)測的具體方法為：基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立SOC預(yù)測模型，主要從 網(wǎng)絡(luò)級、訓(xùn)練級和節(jié)點(diǎn)級三個方面進(jìn)行設(shè)計；在與SOC估計有關(guān)的輸入變量，包括總電壓、 總電流、最低單體電壓、最高單體電壓、最低節(jié)點(diǎn)溫度、最高節(jié)點(diǎn)溫度、各個模塊中各單體電 池的電壓值和各模塊中各節(jié)點(diǎn)的溫度值上一時刻的SOC值、電壓差值和溫度差值中，選取 上一時刻SOC值、總電壓總電流、最低單體電壓、最高單體電壓、最高節(jié)點(diǎn)溫度、最低節(jié)點(diǎn)溫 度、平均溫度、總電壓變化量、SOC變化量共10個為輸入變量，以該時刻SOC為輸出變量，設(shè) 置隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為30個，其網(wǎng)絡(luò)的輸入矩陣為 X - (X1, X2, X3，X4，X5，叉6，X7，叉8，X9，XlO) RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出函數(shù)為：
其中，m表示隱含層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)，即徑向基函數(shù)中心的個數(shù)；系數(shù)表示隱含層到輸出 層的連接權(quán)重，b表示輸出層的閥值：
其中，㈨表示隱含層的徑向基函數(shù)，I Ix-CjI I表示歐幾里德距離，Cj(Cj e Rn)表示隱 含層徑向基函數(shù)的中心；e R)表示徑向基函數(shù)的寬度； 得到輸出層矩陣表示： y = HW+e 其中，y表不輸出層的期望輸出，e表不期望輸出y和網(wǎng)絡(luò)輸出f (X)之間的誤差，W表 示隱含層與輸出層的連接權(quán)重，H表示回歸矩陣。 在RBF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，對于訓(xùn)練樣本，通常取性能指標(biāo)為
指標(biāo)E是關(guān)于徑向基中心、寬度和權(quán)值的函數(shù)，RBF網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練就是針對一組樣本，使E 趨于最??；
得到輸出層的輸出為：
【文檔編號】G01R31/36GK104375090SQ201410648861
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】鄭可, 侯興哲, 周孔均, 楊芾藜, 葉君, 劉凱, 劉型志 申請人:國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 重慶大學(xué)