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何南被骗:电池管理系统的设计

时间:2018-11-26来源:大力神电池点击:
摘 要: 随着计算机网络以及电池技术的迅猛发展,蓄电池广泛应用于各行各业中,但因外界环境、参数设定、待机时间长等因素使得对其掌控难度大。该文设计的电池管理系统,利用
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摘 要: 随着计算机网络以及电池技术的迅猛发展,蓄电池广泛应用于各行各业中,但因外界环境、参数设定、待机时间长等因素使得对其掌控难度大。该文设计的电池管理系统,利用GPRS技术实现灵活、安全的数据传输,采集模块和处理系统之间、处理系统和用户之间分别采用C/S,B/S架构,使用户能够实时方便地监测电池的使用情况,具有很高的应用价值。

关键词: 电池管理系统; GPRS; 实时监测; 数据传输

中图分类号: TN36?34; TM912 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2016)10?0149?03

Design of battery management system

GUO Wenjin

(Fujian Raynen Technology Co., Ltd., Fuzhou 350008, China)

Abstract: With the rapid development of computer network and battery technology in recent years, the storage batteries are widely used in all walks of life, but it is difficult to control them due to the factors of external environment, parameter setting, long standby time, etc. A battery management system was designed, in which GPRS technology is used to realize flexible and safe data transmission. The C/S architecture is used between collection module and processing system, and B/S architecture is used between processing system and user, which can monitor the service condition of the batteries conveniently and in real time. The system has a high application value.

Keywords: battery management system; GPRS; real?time monitoring; data transmission

近年来,随着计算机技术以及电池相关产业的极速发展,作为其供电的必需物——蓄电池,在各行各业中被广泛的使用,因其具有使用时间久、可供电压特性稳定、且具有可逆性等优势,使得蓄电池组的应用越来越多。但因其储能方式为化学能,且待机状态时间长,在使用过程受外界环境、各参数设定和配置等条件影响,使得掌握蓄电池的工作性能比较困难,容易导致供电故障的发生。因此,电池使用者急需一个智能电池监控系统,对蓄电池组性能参数进行实时监控[1?3]。

1 电池管理系统结构

由于电池使用的特殊性,其管理系统与传统中的监控系统相比,要求布局布线简单,可传输的距离远,稳定性和可操作性要求更高。按照此要求,本文设计的电池管理系统采用以下技术:

(1) 借助GPRS技术进行数据传输,使得现场监控采集器件能够将采集的数据远距离无丢失的传输,不增加传输布线,降低成本,提高系统使用的可行性;

(2) 该系统采集模块和处理系统之间采用C/S(客服端/服务器)系统架构,具有较高稳定性和较快的反应速率,能够对多个电池组数据同时管理,并保证采集的监控数据实时存储到数据库中;

(3) 该系统的数据传输协议采用TCP/IP 协议和Socket通信技术,其安全性较高,保证了数据的稳定和可靠;

(4) 数据处理系统与用户之间采用B/S架构,用户可以方便地通过浏览器查询和分析数据 [4?5]。本文主要讨论数据的通信、处理和显示部分。

1.1 电池管理系统网络架构

电池监控管理系统,主要由采集端和数据处理端两部分构成。数据采集端主要负责电池数据的采集和传输,它将采集到的电池的电压、电流、剩余电量等数据通过GPRS模块传送到数据处理端,经数据处理端的GPRS模块接收后送到服务器中,对数据进行分类存储和处理分析,用户或管理人员可以通过Web页面观看和查询数据。电池管理系统框图如图1所示。

数据采集端和服务器之间采用C/S网络架构,数据处理模块为服务器,采集模块为客户端。数据传输采用GPRS技术,利用GPRS传输系统通信网覆盖面积大、系统响应快、组网灵活等特点,实现快速、多点、实时监控。网络通信协议采用TCP/IP协议和Socket通信方式,实现数据的安全准确。服务器采用多线程编程技术,可以同时接收多达2 000个电池数据。

服务器端数据库为SQL Server 2005,方便存储采集到的数据。数据处理接收到电池数据后,将数据实时存储到数据库中,对数据进行分析处理,剔除无效数据,完成超标报警,并能以图表、柱状、曲线等方式显示给管理员或系统用户查看。

1.2 电池管理系统数据库设计

待测电池分为电池组和电池单体,电池运行状态主要分为浮充状态、充电状态和放电状态三个状态。根据电池使用情况,数据库主要由以下几个表组成[6?7]:

(1) 电池组串的不可变信息表。该信息表含有每个电池单体单元数、型号以及位置等信息。这些信息在每个实际存在的电池组中都是一一确定的,不可更改。若它们被改变了,就说明该电池被替换,则必须更新数据表。为此,需要记录建表时间。

(2) 电池组串的可变基本信息表。该信息表的数值主要用于报警门限设定,这些数值可进行改变,表示的是历史信息,用于电池出现故障或其他特殊情况下进行查询分析。所以当这些数值改变,随之应建立一个新的信息表。对于电池组串,其可变基本信息包含:电池电压上限报警(一般报警和紧急报警两种门限)、电池电压下限报警、电池内阻上限报警、电池内阻下限报警、电池温度上限报警、电池温度下限报警等信息。

(3) 电池组串数据信息表。该信息表为电池组串数据表的核心部分。它主要记录电池组串中各单体电池的电压、内阻、温度等若干信息。具体统计参数如表1所示。

具体数据表各个字段的位数需根据实际信息的大小进行设计。

2 Socket网络通信技术

电池监控管理系统对采集数据的完整性和可靠性要求都比较高,同时考虑到传输的实时性及其准确性,因此采用TCP/IP网络传输协议和Socket类进行网络编程。其中采集数据模块为客户端,数据处理模块为服务器,其通信流程如图2所示。

图2 Socket通信流程

Socket套接字只提供到运输层的连接,为了更好地控制传输过程还需要设计一个处于顶层的应用层协议[8]。应用层传输协议如图3所示。

3 Web服务器端的设计

数据接收和处理系统与用户之间采用浏览器?服务器(Browser/Server,B/S)架构,在客户端只需一个浏览器即可访问电池管理系统。通过选取相关的设备ID号、地区、总特性或单体特性、放电电流、总体电压等参数,保存后并通过Session页面传值,传送到后台进行绘图,接着服务器将绘图曲线显示在Iframe窗口中,或者通过表格等形式显示出来。该部分的开发是基于ASP.NET平台的相关技术。

(1) 使用母版页构建整体风格。对于Web服务器,使用母版页是保持网站页面风格一致的一个非常重要的方法。母版页主要由母版页和内容页两个文件构成。前者为.master文件,它包含整个网站页面的公共元素。后者是.aspx文件,它包含了除母版页外其他非公共元素。在浏览器中,ASP.NET引擎将这两种文件内容进行整合呈现给用户。

(2) Iframe框架绘图工具。Iframe框架元素在使用时会创建一个新的包含另一个文档的内嵌框架。Iframe框架可作为文本流构成的一部分,用于网页设计。使用Iframe标签的时候可以定义一个任意大的矩形区域,在这个区域中可以用来浏览和显示另一个单独的文档。通过修改Iframe相关属性,可以改变Iframe框架的大小、透明度、位置、显示名称等特性。Iframe可以是一个独立的HTML文档,也可以是绘图界面、文本等各种形式。在Iframe用来显示绘图的时候,只需通过单独的刷新重画,而不需要整个HTML页面的刷新。

(3) 页面传值。ASP.NET常用的页面之间传值方式有以下几种:Application,QueryString,Cookies,Server.Transfer,Session等,在浏览器端进行相应的参数设置的时候,能够将设置的值通过.NET平台提供的传值方式进行相应的值传递,经后台处理后将结果呈现到前台进行显示。本文设计的电池管理系统主要采用Session进行页面传值,它不仅使用起来简单,而且安全性好。目前这种方法被越来越多的网站设计者所采用。

(4) GDI绘图工具类。在ASP.NET网页设计中,为了更加形象、直观地来描述一些对象,就会用到图形和图像,在Visual Studio 2010中GDI提供了各种丰富的绘图等图像处理功能。GDI不仅支持页面中各种字号大小、字体的修改,而且也为页面的文本显示样式提供重要的支持。GDI基类提供的主要命名空间和描述如表2所示。

图4是设计的电池基本信息查询页面,图5显示的是电池总体电压、单体最大压差曲线页面。

该系统综合利用.NET与SQL Server数据库平台进行设计分析,图4电池基本信息表中通过按钮选择进行设定,经过Session页面传值,访问服务器端数据库,并且在Web端通过Gridview控件中将统计信息显示。图5同样原理,通过相关设置后访问数据库,并且在Iframe框架控件中将统计信息进行绘图显示。

4 结 语

本文的远程电池监控管理系统能够对多个电池组数据进行监控管理,数据采集和服务器端采用GPRS无线传输技术,能够充分利用现有移动通信网络实现灵活快速的信息采集,采用TCP/IP通信协议和Socket套接字可以实现安全、可靠的数据传递,监控主机和用户端采用B/S结构,使用户通过浏览器在选取相关的设备ID号、地区后可以方便的查询和分析电池数据。目前电池管理的相关技术仍不完善,难以满足实际应用及大规模产业化的需要,尤其在采集数据的可靠性、电池组的均衡、SoC的估算精度和安全管理等方面都有待进一步改进和提高,这也是本文仍应努力的方向。

参考文献

[1] 廖晓军,何莉萍,钟志华,等.电池管理系统国内外现状及其未来发展趋势[J].汽车工程,2006,28(10):961?964.

[2] 凌虎.蓄电池均衡充电与管理系统研究[D].合肥:合肥工业大学,2012.

[3] 曹金亮,陈修强,张春光,等.锂电池最新研究进展[J].电源技术,2013,37(8):1460?1463.

[4] 穆谦,宋立冬,田野.蓄电池组的维护与更换[J].电信工程技术与标准化,2008,21(6):65?68.

[5] 谢炜,柳彬,耿攀,等.中压动力蓄电池组监测管理系统的设计[J].船电技术,2011,31(12):15?16.

[6] 刘新玉.基于C/S架构的电池监控系统设计[D].杭州:杭州电子科技大学,2012.

[7] 朱明峰.蓄电池均衡充电系统研究与设计[D].青岛:山东科技大学,2009.

[8] 凌杰,杨秀芝.基于分层防御的用户管理系统设计[J].电视技术,2013,37(18):48?50.

[9] 顾灶德.电动汽车锂电池管理系统[D].镇江:江苏大学,2010.

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