電池管理系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要： 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)以及電池技術(shù)的迅猛發(fā)展，蓄電池廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，但因外界環(huán)境、參數(shù)設(shè)定、待機時間長等因素使得對其掌控難度大。該文設(shè)計的電池管理系統(tǒng)，利用GPRS技術(shù)實現(xiàn)靈活、安全的數(shù)據(jù)傳輸，采集模塊和處理系統(tǒng)之間、處理系統(tǒng)和用戶之間分別采用C/S，B/S架構(gòu)，使用戶能夠?qū)崟r方便地監(jiān)測電池的使用情況，具有很高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞： 電池管理系統(tǒng)； GPRS； 實時監(jiān)測； 數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號： TN36?34； TM912 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 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

近年來，隨著計算機技術(shù)以及電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)的極速發(fā)展，作為其供電的必需物——蓄電池，在各行各業(yè)中被廣泛的使用，因其具有使用時間久、可供電壓特性穩(wěn)定、且具有可逆性等優(yōu)勢，使得蓄電池組的應(yīng)用越來越多。但因其儲能方式為化學(xué)能，且待機狀態(tài)時間長，在使用過程受外界環(huán)境、各參數(shù)設(shè)定和配置等條件影響，使得掌握蓄電池的工作性能比較困難，容易導(dǎo)致供電故障的發(fā)生。因此，電池使用者急需一個智能電池監(jiān)控系統(tǒng)，對蓄電池組性能參數(shù)進行實時監(jiān)控[1?3]。

1 電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于電池使用的特殊性，其管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)相比，要求布局布線簡單，可傳輸?shù)木嚯x遠，穩(wěn)定性和可操作性要求更高。按照此要求，本文設(shè)計的電池管理系統(tǒng)采用以下技術(shù)：

（1） 借助GPRS技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，使得現(xiàn)場監(jiān)控采集器件能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)遠距離無丟失的傳輸，不增加傳輸布線，降低成本，提高系統(tǒng)使用的可行性；

（2） 該系統(tǒng)采集模塊和處理系統(tǒng)之間采用C/S（客服端/服務(wù)器）系統(tǒng)架構(gòu)，具有較高穩(wěn)定性和較快的反應(yīng)速率，能夠?qū)Χ鄠€電池組數(shù)據(jù)同時管理，并保證采集的監(jiān)控數(shù)據(jù)實時存儲到數(shù)據(jù)庫中；

（3） 該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采用TCP/IP 協(xié)議和Socket通信技術(shù)，其安全性較高，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和可靠；

（4） 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與用戶之間采用B/S架構(gòu)，用戶可以方便地通過瀏覽器查詢和分析數(shù)據(jù) [4?5]。本文主要討論數(shù)據(jù)的通信、處理和顯示部分。

1.1 電池管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

電池監(jiān)控管理系統(tǒng)，主要由采集端和數(shù)據(jù)處理端兩部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集端主要負責(zé)電池數(shù)據(jù)的采集和傳輸，它將采集到的電池的電壓、電流、剩余電量等數(shù)據(jù)通過GPRS模塊傳送到數(shù)據(jù)處理端，經(jīng)數(shù)據(jù)處理端的GPRS模塊接收后送到服務(wù)器中，對數(shù)據(jù)進行分類存儲和處理分析，用戶或管理人員可以通過Web頁面觀看和查詢數(shù)據(jù)。電池管理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集端和服務(wù)器之間采用C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)處理模塊為服務(wù)器，采集模塊為客戶端。數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS技術(shù)，利用GPRS傳輸系統(tǒng)通信網(wǎng)覆蓋面積大、系統(tǒng)響應(yīng)快、組網(wǎng)靈活等特點，實現(xiàn)快速、多點、實時監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議和Socket通信方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全準確。服務(wù)器采用多線程編程技術(shù)，可以同時接收多達2 000個電池數(shù)據(jù)。

服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2005，方便存儲采集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理接收到電池數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)實時存儲到數(shù)據(jù)庫中，對數(shù)據(jù)進行分析處理，剔除無效數(shù)據(jù)，完成超標(biāo)報警，并能以圖表、柱狀、曲線等方式顯示給管理員或系統(tǒng)用戶查看。

1.2 電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

待測電池分為電池組和電池單體，電池運行狀態(tài)主要分為浮充狀態(tài)、充電狀態(tài)和放電狀態(tài)三個狀態(tài)。根據(jù)電池使用情況，數(shù)據(jù)庫主要由以下幾個表組成[6?7]：

（1） 電池組串的不可變信息表。該信息表含有每個電池單體單元數(shù)、型號以及位置等信息。這些信息在每個實際存在的電池組中都是一一確定的，不可更改。若它們被改變了，就說明該電池被替換，則必須更新數(shù)據(jù)表。為此，需要記錄建表時間。

（2） 電池組串的可變基本信息表。該信息表的數(shù)值主要用于報警門限設(shè)定，這些數(shù)值可進行改變，表示的是歷史信息，用于電池出現(xiàn)故障或其他特殊情況下進行查詢分析。所以當(dāng)這些數(shù)值改變，隨之應(yīng)建立一個新的信息表。對于電池組串，其可變基本信息包含：電池電壓上限報警（一般報警和緊急報警兩種門限）、電池電壓下限報警、電池內(nèi)阻上限報警、電池內(nèi)阻下限報警、電池溫度上限報警、電池溫度下限報警等信息。

（3） 電池組串?dāng)?shù)據(jù)信息表。該信息表為電池組串?dāng)?shù)據(jù)表的核心部分。它主要記錄電池組串中各單體電池的電壓、內(nèi)阻、溫度等若干信息。具體統(tǒng)計參數(shù)如表1所示。

具體數(shù)據(jù)表各個字段的位數(shù)需根據(jù)實際信息的大小進行設(shè)計。

2 Socket網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

電池監(jiān)控管理系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)的完整性和可靠性要求都比較高，同時考慮到傳輸?shù)膶崟r性及其準確性，因此采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議和Socket類進行網(wǎng)絡(luò)編程。其中采集數(shù)據(jù)模塊為客戶端，數(shù)據(jù)處理模塊為服務(wù)器，其通信流程如圖2所示。

圖2 Socket通信流程

Socket套接字只提供到運輸層的連接，為了更好地控制傳輸過程還需要設(shè)計一個處于頂層的應(yīng)用層協(xié)議[8]。應(yīng)用層傳輸協(xié)議如圖3所示。

3 Web服務(wù)器端的設(shè)計

數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)與用戶之間采用瀏覽器?服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)，在客戶端只需一個瀏覽器即可訪問電池管理系統(tǒng)。通過選取相關(guān)的設(shè)備ID號、地區(qū)、總特性或單體特性、放電電流、總體電壓等參數(shù)，保存后并通過Session頁面?zhèn)髦?，傳送到后臺進行繪圖，接著服務(wù)器將繪圖曲線顯示在Iframe窗口中，或者通過表格等形式顯示出來。該部分的開發(fā)是基于ASP.NET平臺的相關(guān)技術(shù)。

（1） 使用母版頁構(gòu)建整體風(fēng)格。對于Web服務(wù)器，使用母版頁是保持網(wǎng)站頁面風(fēng)格一致的一個非常重要的方法。母版頁主要由母版頁和內(nèi)容頁兩個文件構(gòu)成。前者為.master文件，它包含整個網(wǎng)站頁面的公共元素。后者是.aspx文件，它包含了除母版頁外其他非公共元素。在瀏覽器中，ASP.NET引擎將這兩種文件內(nèi)容進行整合呈現(xiàn)給用戶。

（2） Iframe框架繪圖工具。Iframe框架元素在使用時會創(chuàng)建一個新的包含另一個文檔的內(nèi)嵌框架。Iframe框架可作為文本流構(gòu)成的一部分，用于網(wǎng)頁設(shè)計。使用Iframe標(biāo)簽的時候可以定義一個任意大的矩形區(qū)域，在這個區(qū)域中可以用來瀏覽和顯示另一個單獨的文檔。通過修改Iframe相關(guān)屬性，可以改變Iframe框架的大小、透明度、位置、顯示名稱等特性。Iframe可以是一個獨立的HTML文檔，也可以是繪圖界面、文本等各種形式。在Iframe用來顯示繪圖的時候，只需通過單獨的刷新重畫，而不需要整個HTML頁面的刷新。

（3） 頁面?zhèn)髦?。ASP.NET常用的頁面之間傳值方式有以下幾種：Application，QueryString，Cookies，Server.Transfer，Session等，在瀏覽器端進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置的時候，能夠?qū)⒃O(shè)置的值通過.NET平臺提供的傳值方式進行相應(yīng)的值傳遞，經(jīng)后臺處理后將結(jié)果呈現(xiàn)到前臺進行顯示。本文設(shè)計的電池管理系統(tǒng)主要采用Session進行頁面?zhèn)髦担粌H使用起來簡單，而且安全性好。目前這種方法被越來越多的網(wǎng)站設(shè)計者所采用。

（4） GDI繪圖工具類。在ASP.NET網(wǎng)頁設(shè)計中，為了更加形象、直觀地來描述一些對象，就會用到圖形和圖像，在Visual Studio 2010中GDI提供了各種豐富的繪圖等圖像處理功能。GDI不僅支持頁面中各種字號大小、字體的修改，而且也為頁面的文本顯示樣式提供重要的支持。GDI基類提供的主要命名空間和描述如表2所示。

圖4是設(shè)計的電池基本信息查詢頁面，圖5顯示的是電池總體電壓、單體最大壓差曲線頁面。

該系統(tǒng)綜合利用.NET與SQL Server數(shù)據(jù)庫平臺進行設(shè)計分析，圖4電池基本信息表中通過按鈕選擇進行設(shè)定，經(jīng)過Session頁面?zhèn)髦?，訪問服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫，并且在Web端通過Gridview控件中將統(tǒng)計信息顯示。圖5同樣原理，通過相關(guān)設(shè)置后訪問數(shù)據(jù)庫，并且在Iframe框架控件中將統(tǒng)計信息進行繪圖顯示。

4 結(jié) 語

本文的遠程電池監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠?qū)Χ鄠€電池組數(shù)據(jù)進行監(jiān)控管理，數(shù)據(jù)采集和服務(wù)器端采用GPRS無線傳輸技術(shù)，能夠充分利用現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)靈活快速的信息采集，采用TCP/IP通信協(xié)議和Socket套接字可以實現(xiàn)安全、可靠的數(shù)據(jù)傳遞，監(jiān)控主機和用戶端采用B/S結(jié)構(gòu)，使用戶通過瀏覽器在選取相關(guān)的設(shè)備ID號、地區(qū)后可以方便的查詢和分析電池數(shù)據(jù)。目前電池管理的相關(guān)技術(shù)仍不完善，難以滿足實際應(yīng)用及大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的需要，尤其在采集數(shù)據(jù)的可靠性、電池組的均衡、SoC的估算精度和安全管理等方面都有待進一步改進和提高，這也是本文仍應(yīng)努力的方向。

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