專利名稱：實現(xiàn)定位監(jiān)控的電池、系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池領域，尤其涉及一種實現(xiàn)定位監(jiān)控的電池、系統(tǒng)及方法。
背景技術：
蓄電池作為一種化學電源，由于其具有體積小能量大、安全環(huán)保、性能可靠等優(yōu)勢，目前已經廣泛應用于通信、電力、汽車、鐵路、照明、自動化控制、安全警報、太陽能、風能、計算機等各個工業(yè)領域以及人們的日常生活中，尤其是容量較大的鉛酸蓄電池，經過百余年的發(fā)展與完善已成為世界上使用最多的一種化學電源。然而，在使用過程中，蓄電池一旦被盜或者安裝有蓄電池的產品一旦迷失位置就可能給用戶帶來不便。例如對于無人值守的通信基站，如果出現(xiàn)蓄電池被盜的情況，則基站斷電會導致用戶通信中斷，同時為運營商帶來一定的經濟損失；例如對于蓄電池驅動的電動汽車，如果在行駛過程中迷失方向或者遇到緊急情況，也可能為用戶帶來較大的財產損失甚至危及生命。
因此，亟待采取一定的措施對蓄電池進行定位監(jiān)控，從而有效防止蓄電池被盜，或者對蓄電池進行跟蹤以便及時掌握其位置信息。
一種現(xiàn)有技術如公開號CN 101895817A
公開日2010年11月M日、發(fā)明名稱為《蓄電池內嵌GPSone技術跟蹤定位方法》的中國專利，公開了一種在鉛酸蓄電池中利用 GPSone定位模塊實現(xiàn)定位的技術，該定位模塊通過GPS技術主動獲取定位信息，從而探測蓄電池的位置移動等狀態(tài)變化，并及時向定位系統(tǒng)平臺上報定位信息。然而，該技術方案中蓄電池利用GPS技術實現(xiàn)自我定位需要專門的GPS處理模塊，對于鉛酸蓄電池來說，電池極組本身占據了較大的空間，因此其內部空間有限，體積較大的GPS處理模塊必然占用蓄電池內部的一定體積而導致蓄電池整體體積增大，縮小了其應用范圍；另外，GPS處理模塊通過衛(wèi)星信號定位的過程中，必然消耗大量的電池電量，容易致使單只蓄電池出現(xiàn)電壓或容量落后，導致蓄電池的壽命縮短；還有，衛(wèi)星信號的穿透能力弱，在貨車箱內、室內、地下停車場等位置可能搜不到衛(wèi)星信號，使得GPS定位電池失去了定位功能。因此，該專利公開的 GPS定位技術在蓄電池領域中的使用受限。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的主要技術問題是，提供一種實現(xiàn)可靠定位監(jiān)控、實用性強的電池、 系統(tǒng)及方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)定位監(jiān)控的電池，包括殼體和容置在殼體內的電池極組，還包括定位信號管理模塊，所述定位信號管理模塊包括數據卡、通訊單元、主控單元和為所述定位信號管理模塊供電的電源維護電路，所述電源維護電路與電池極組的正負兩極相連，所述通訊單元通過移動通訊網絡與定位基站進行數據交互；所述主控單元、數據卡和通訊單元相互連接，所述主控單元用于控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號。
進一步地，所述主控單元還用于在定位信號管理模塊上電時，控制所述數據卡通過通訊單元向覆蓋所述電池的基站發(fā)送定位請求信號，所述定位請求信號包含數據卡的身份信息；以及用于在通訊單元接收覆蓋所述電池的基站發(fā)送的反饋信號后，控制所述數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送所述定位接入信號。
優(yōu)選地，還包括變頻換流單元，所述變頻換流單元與主控單元和通訊單元相連，所述主控單元還用于監(jiān)控所述通訊單元的工作狀態(tài)，并在所述通訊單元停止工作時利用所述變頻換流單元重啟所述通訊單元。
優(yōu)選地，所述主控單元中設置定時器，用于控制數據卡每隔相等的時間間隔向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號。
所述電池還包括分別引出電池極組的正負兩極的正極端子和負極端子，所述定位信號管理模塊固定在所述殼體的內壁上，所述電源維護電路與所述正極端子和負極端子極性連接。
優(yōu)選地，所述電池為鉛酸蓄電池。
優(yōu)選地，所述定位接入信號還攜帶所述電池的運行時間、溫度、電壓中的至少一種信息。
本發(fā)明還保護了一種實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的方法，包括以下步驟 步驟A 電池通過定位信號管理模塊，同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號； 步驟B:至少三個所述定位基站接收所述定位接入信號后，分別向監(jiān)控中心上報信號接收時間； 步驟C 監(jiān)控中心根據至少三個所述定位基站上報的信號接收時間計算對應的到達時間差，并根據所述到達時間差對所述電池進行定位。
所述步驟A之前還包括以下步驟 步驟AOl 電池的定位信號管理模塊上電時，向覆蓋所述電池的基站發(fā)送定位請求信號，所述定位請求信號包含數據卡的身份信息； 步驟A02 覆蓋所述電池的基站將所述定位請求信號轉發(fā)至監(jiān)控中心進行身份驗證； 步驟A03 如果通過身份驗證，則監(jiān)控中心通知覆蓋所述電池的基站向所述電池發(fā)送反饋信號并進入步驟A，否則結束流程。
本發(fā)明還保護了一種實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的系統(tǒng)，包括電池，還包括監(jiān)控中心和至少三個定位基站，所述電池包括定位信號管理模塊，所述定位信號管理模塊包括數據卡、通訊單元、主控單元和為所述定位信號管理模塊供電的電源維護電路，所述電源維護電路與電池極組的正負兩極相連，所述通訊單元通過移動通訊網絡與定位基站進行數據交互；所述主控單元、數據卡和通訊單元相互連接，所述主控單元用于控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號； 至少三個所述定位基站用于接收所述定位接入信號后，分別向監(jiān)控中心上報信號接收時間； 監(jiān)控中心用于根據至少三個所述定位基站上報的信號接收時間計算對應的到達時間差TD0A，從而利用TDOA對所述電池進行定位。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在電池中設置定位信號管理模塊，使運營商維護的監(jiān)控中心通過移動通訊網絡與電池進行數據交互，以達到監(jiān)控和位置跟蹤的目的，能夠有效避免電池或者安裝該電池的產品被盜而造成的經濟損失，或者產品位置迷失而帶來的各類損失。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的定位信號管理模塊只需通過向定位基站發(fā)送定位接入信號，并不需要通過其他的功能模塊實現(xiàn)自我定位，具體的定位計算由監(jiān)控中心通過一定的算法實現(xiàn)，因此，針對鉛酸蓄電池等電池內部空間有限的特點，從實際應用的角度來講， 本發(fā)明的定位信號管理模塊結構簡單、體積小巧且耗電量極低，能夠廣泛應用于各種類型的鉛酸蓄電池。
另外，本發(fā)明將定位信號管理模塊隱性設計在電池殼體的內部，使具有GSM或3G 定位功能的鉛酸蓄電池與普通鉛酸蓄電池的外觀一致，非專業(yè)人員無法識別，進一步增強了防盜效果。且定位信號管理模塊待機電流小，開機速度快，可在-20 +60°C環(huán)境溫度下穩(wěn)定運行，因此應用范圍十分廣泛。


圖1為本發(fā)明一種實施例的實現(xiàn)定位監(jiān)控的電池結構示意圖； 圖2為本發(fā)明一種實施例的定位信號管理模塊結構框圖； 圖3為本發(fā)明一種實施例的實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的方法流程圖； 圖4為本發(fā)明一種實施例的實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的系統(tǒng)工作原理圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
請參考圖1，本發(fā)明一種實現(xiàn)定位監(jiān)控的電池包括殼體50和容置在殼體50內的電池極組20，殼體50內部或者外部還設置定位信號管理模塊10。如圖2所示，定位信號管理模塊10包括數據卡、通訊單元、主控單元、變頻換流單元和為定位信號管理模塊10供電的電源維護電路，電源維護電路與電池極組20的正負兩極相連，通訊單元能夠通過移動通訊網絡與覆蓋電池的基站、或者三個以上的定位基站進行數據交互，移動通訊網絡可為 GSM(第二代移運通信)網絡、CDMA(碼分多址)、3G(第三代移運通信)網絡、TD-SCDMA(時分同步碼分多址)網絡、WCDMA(寬帶碼分多址)網絡、CDMA 2000網絡等。主控單元、數據卡和通訊單元相互連接，變頻換流單元與主控單元和通訊單元連接。
數據卡相當于使用在手機等移動終端內的用戶識別卡，具備可被運營商維護的監(jiān)控中心唯一識別的身份信息，還可存儲電池的其他相關信息，例如身份信息為一識別號碼， 相關信息可包括電池的運行時間等。該數據卡可通過通訊單元與覆蓋電池的基站、或者三個以上的定位基站之間進行數據交互，使定位信號管理模塊10僅具備通過GSM、CDMA、3G網絡實現(xiàn)的定位功能，而可不具備普通手機所具備的電話接聽、短信收發(fā)和網絡通訊等功能。
主控單元可采用STC單片機等控制器件，其中寫入定位監(jiān)控程序，主要用于對數據卡和通訊單元的工作過程進行控制。具體地，在定位信號管理模塊10正常工作的狀態(tài)下，控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個臨近電池當前所在位置的定位基站發(fā)送定位接入信號，使這些定位基站接收定位接入信號并得到對應的絕對信號接收時間后，分別向監(jiān)控中心上報信號接收時間，以便監(jiān)控中心根據各定位基站上報的信號接收時間計算對應的TDOA (到達時間差)，從而利用TDOA對電池進行精確地定位，定位精度可達50 500m。
主控單元還可監(jiān)控通訊單元的工作狀態(tài)，判斷其是否發(fā)生故障，或者是否由于“死機”、“停用”、“休克”等原因停止工作，并在通訊單元停止工作時利用變頻換流單元重啟通訊單元。
在定位信號管理模塊10上電時，主控單元還用于控制數據卡通過通訊單元向覆蓋電池的基站發(fā)送定位請求信號，定位請求信號中包含數據卡的身份信息，例如其唯一的識別號碼，覆蓋電池的基站接收該定位請求信號后立即向監(jiān)控中心轉發(fā)，監(jiān)控中心對定位請求信號進行驗證從而判斷識別號碼是否有效，如果有效則通知覆蓋電池的基站向電池發(fā)送允許定位的反饋信號，定位信號管理模塊中的通訊單元接收該反饋信號后，主控單元才控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號。根據電池的具體位置狀況，定位基站也可能包括定位信號管理模塊上電時覆蓋電池的基站。
優(yōu)選地，主控單元中還可設置定時器，用于控制數據卡每隔相等的時間間隔向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號，例如每隔3秒發(fā)送一次定位接入信號，以便監(jiān)控中心實時對電池進行定位從而實現(xiàn)嚴格監(jiān)控。
定位接入信號可為普通的數字信號，或者還可攜帶電池的其他相關信息，例如電池的運行時間、溫度、電壓等，定位基站還可將該信息轉發(fā)至監(jiān)控中心，以便監(jiān)控中心對電池的壽命和運行狀態(tài)進行監(jiān)控，確保電池在有效壽命之內運行，保障設備的可靠供電。
通訊單元可采用SIM或3G數據收發(fā)器，作為定位信號管理模塊10與移動通訊網絡之間的數據接口，能夠使數據卡與對應的基站進行信息交互。
變頻換流單元可采用FDS變頻換流裝置，相當于電子開關，可在主控單元的控制下通過變頻控制重啟通訊單元，保障通信單元正常工作以便監(jiān)控中心對其進行有效監(jiān)控。
電源維護電路形成一個升壓電路，采用同步整流升壓芯片做核心驅動，將電池極組提供的單格2V電壓升壓至4V，保證定位信號管理模塊10所需電量，且耗電量小，性能穩(wěn)定。電源維護電路可在電池封裝之前通電，使整個定位信號管理模塊10上電而開啟電池定位功能，或者電池在使用過程中用戶也可根據需要控制定位信號管理模塊10上電從而開啟電池定位功能。
如圖1所示，本實例的電池優(yōu)選采用容量較大的鉛酸蓄電池，定位信號管理模塊 10固定在殼體50的內壁上，鉛酸蓄電池還包括分別引出電池極組20的正負兩極的正極端子30和負極端子40，二者的頂端分別穿過電池蓋51上的通孔伸出殼體50，電池蓋51上還設置了用于實現(xiàn)安全保護的防爆栓60，定位信號管理模塊10固定在殼體50的內壁上，使電源維護電路分別通過正極連接線72和負極連接線71與正極端子30和負極端子40極性連接。
本實施方式的定位信號管理模塊10還可采用密封防酸、防爆保護技術，使定位信號管理模塊10與電池內部結構合為一體，例如在定位信號管理模塊上設置安全閥，既保證了蓄電池的性能與正常使用，又不影響蓄電池的運輸、貯存、安裝。而定位信號管理模塊10 通過移動通訊網絡與監(jiān)控中心進行數據交互時，信號穿透能力強，使電池在車內、室內等環(huán)境中均可實現(xiàn)良好的識別與定位，便于監(jiān)控管理。
如圖3，本實例一種實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的方法包括以下步驟 步驟S301 電池的定位信號管理模塊上電。
步驟S302 定位信號管理模塊中的主控單元控制數據卡通過通訊單元向覆蓋該電池的基站發(fā)送定位請求信號，定位請求信號包含該數據卡的身份信息。
步驟S303 覆蓋該電池的基站接收定位請求信號，并將其轉發(fā)至監(jiān)控中心進行身份驗證。
步驟S304 監(jiān)控中心用于對電池或者使用電池的產品進行統(tǒng)一監(jiān)控，通常由購買該電池或者產品的用戶(例如通信運營商)負責管理，監(jiān)控中心在該步驟中從收到的定位請求信號中解析出數據卡所唯一對應的身份信息后進行驗證，例如判斷識別號碼是否有效。如果通過驗證則進入步驟S305，否則進入步驟S310。
步驟S305 監(jiān)控中心通知覆蓋電池的基站向電池發(fā)送反饋信號，從而與電池建立通信協(xié)議并開始對其進行定位監(jiān)控。
步驟S306 電池的定位信號管理模塊中，通訊單元接收到反饋信號。
步驟S307 主控單元控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號，為了實現(xiàn)對于電池的實時定位監(jiān)控，該步驟可反復進行，例如每隔3秒主控單元即控制數據卡發(fā)送一次定位接入信號。定位接入信號還可攜帶電池的運行時間等其他相關信息，以便定位基站將該信息轉發(fā)至監(jiān)控中心，使監(jiān)控中心對電池的壽命和運行狀態(tài)等進行監(jiān)控。
步驟S308 至少三個定位基站接收定位接入信號后，分別得到對應的絕對信號接收時間，由于電池與三個定位基站之間的距離可能不同，因此各定位基站基于同一時間基準的絕對信號接收受時間也可能不同，這些基站分別向監(jiān)控中心上報其信號接收時間。
步驟S309 監(jiān)控中心根據至少三個定位基站上報的信號接收時間計算對應的 TD0A，并利用TDOA進行三角計算，從而得到電池當前的精確位置。
步驟S310:流程結束。
本發(fā)明還保護了一種實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的系統(tǒng)，包括以上所述的電池、監(jiān)控中心和至少三個定位基站。
例如圖4所示的一種對于電池進行定位監(jiān)控的實施方式中，某一通訊基站安裝了可定位監(jiān)控的鉛酸蓄電池進行供電后，監(jiān)控中心可以實時對蓄電池的位置、運行狀態(tài)等數據進行監(jiān)控。一旦蓄電池被盜并產生位移，護監(jiān)控中心即可通過定位監(jiān)控判斷蓄電池被盜的情況，即時電話通知該通訊基站的管理維護人員，基站管理維護人員接到通知后可立即通過110報警或通知該通訊基站的代維人員聯(lián)合警察追捕盜賊，并與監(jiān)控中心保持聯(lián)系精準掌握被盜蓄電池的當前位置，即可迅速將盜賊抓捕歸案而追回蓄電池，挽回經濟損失。
本發(fā)明在電池中設置定位信號管理模塊，使監(jiān)控中心能夠通過移動通訊網絡與電池進行數據交互以達到定位監(jiān)控和位置跟蹤的目的，有效避免了電池或者安裝該電池的產品被盜而造成的經濟損失，或者產品位置迷失而帶來的各類損失。
另外，本發(fā)明將定位信號管理模塊隱性設計在鉛酸蓄電池的內部，使具有GSM、 CDMA或3G定位功能的鉛酸蓄電池與普通鉛酸蓄電池外觀一致，非專業(yè)人員無法識別，進一步增強了防盜效果。且定位信號管理模塊體積小，功耗低，待機電流小，開機速度快，可在-20 +60°C環(huán)境溫度下穩(wěn)定運行，因此應用范圍十分廣泛，不僅用于通信系統(tǒng)，還可以用于電力、太陽能、風能、安全警報、鐵路、照明、汽車以及人們的日常生活等多種領域。
以上內容是結合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種實現(xiàn)定位監(jiān)控的電池，包括殼體和容置在殼體內的電池極組，其特征在于，還包括定位信號管理模塊，所述定位信號管理模塊包括數據卡、通訊單元、主控單元和為所述定位信號管理模塊供電的電源維護電路，所述電源維護電路與電池極組的正負兩極相連，所述通訊單元通過移動通訊網絡與定位基站進行數據交互；所述主控單元、數據卡和通訊單元相互連接，所述主控單元用于控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號。
2.如權利要求1所述的電池，其特征在于，所述主控單元還用于在定位信號管理模塊上電時，控制所述數據卡通過通訊單元向覆蓋所述電池的基站發(fā)送定位請求信號，所述定位請求信號包含數據卡的身份信息；以及用于在通訊單元接收覆蓋所述電池的基站發(fā)送的反饋信號后，控制所述數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號。
3.如權利要求2所述的電池，其特征在于，還包括變頻換流單元，所述變頻換流單元與主控單元和通訊單元相連，所述主控單元還用于監(jiān)控所述通訊單元的工作狀態(tài)，并在所述通訊單元停止工作時利用所述變頻換流單元重啟所述通訊單元。
4.如權利要求1至3中任一項所述的電池，其特征在于，所述主控單元中設置定時器， 用于控制數據卡每隔相等的時間間隔向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號。
5.如權利要求1至3中任一項所述的電池，其特征在于，還包括分別引出電池極組的正負兩極的正極端子和負極端子，所述定位信號管理模塊固定在所述殼體的內壁上，所述電源維護電路與所述正極端子和負極端子極性連接。
6.如權利要求1至3中任一項所述的電池，其特征在于，所述電池為鉛酸蓄電池。
7.如權利要求1至3中任一項所述的電池，其特征在于，所述定位接入信號還攜帶所述電池的運行時間、溫度、電量中的至少一種信息。
8.一種實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟A 電池通過定位信號管理模塊，同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號；步驟B 至少三個所述定位基站接收所述定位接入信號后，分別向監(jiān)控中心上報信號接收時間；步驟C 監(jiān)控中心根據至少三個所述定位基站上報的信號接收時間計算對應的到達時間差，并根據所述到達時間差對所述電池進行定位。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟A之前還包括以下步驟步驟AOl 電池的定位信號管理模塊上電時，向覆蓋所述電池的基站發(fā)送定位請求信號，所述定位請求信號包含數據卡的身份信息；步驟A02 覆蓋所述電池的基站將所述定位請求信號轉發(fā)至監(jiān)控中心進行身份驗證；步驟A03 如果通過身份驗證，則監(jiān)控中心通知覆蓋所述電池的基站向所述電池發(fā)送反饋信號并進入步驟A，否則結束流程。
10.一種實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的系統(tǒng)，包括電池，其特征在于，還包括監(jiān)控中心和至少三個定位基站，所述電池包括定位信號管理模塊，所述定位信號管理模塊包括數據卡、通訊單元、主控單元和為所述定位信號管理模塊供電的電源維護電路，所述電源維護電路與電池極組的正負兩極相連，所述通訊單元通過移動通訊網絡與定位基站進行數據交互；所述主控單元、數據卡和通訊單元相互連接，所述主控單元用于控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號；至少三個所述定位基站用于接收所述定位接入信號后，分別向監(jiān)控中心上報信號接收時間；監(jiān)控中心用于根據至少三個所述定位基站上報的信號接收時間計算對應的到達時間差TD0A，從而利用TDOA對所述電池進行定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)定位監(jiān)控的電池、實現(xiàn)電池定位監(jiān)控的方法及系統(tǒng)，電池包括殼體和容置在殼體內的電池極組，還包括定位信號管理模塊，其包括數據卡、通訊單元、主控單元和為定位信號管理模塊供電的電源維護電路，電源維護電路與電池極組的正負兩極相連，通訊單元通過移動通訊網絡與定位基站進行數據交互；主控單元、數據卡和通訊單元相互連接，主控單元用于控制數據卡通過通訊單元同時向至少三個定位基站發(fā)送定位接入信號。本發(fā)明能夠避免電池或者安裝該電池的產品被盜而造成的經濟損失，且定位信號管理模塊結構簡單、體積小巧且耗電量小，能夠廣泛應用在電池領域。
文檔編號H04W64/00GK102186237SQ201110056328
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權日2011年3月9日
發(fā)明者彭小勐, 侯國友, 袁川 申請人:肇慶理士電源技術有限公司