CN101631119B - 适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统 - Google Patents

适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统 Download PDF

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Abstract

一种适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统，该系统包括一套完整的通信协议，共由13种协议模块构成。本协议系统明确了车辆和监控中心之间进行无线传输单体电池电压、电池极值以及电池箱温度参数的编码方法和帧格式；监控中心能够自动识别接收到的电池参数的类别和参数数据是否准确以及能够远程修改车辆的通信参数，从而达到在监控中心实现远程监控纯电动汽车电池参数的目标；此外，车辆和监控中心均能自动检测两者之间的无线通信链路是否连接正常，即当由于通信信号不好等原因使得通信链路断开时，车辆和监控中心均能够检测到通信链路的断开。由于本发明的通信协议系统具有完整的协议簇，从而确保监控中心和纯电动汽车之间能够及时、稳定、可靠地进行无线数据交换。

Description

适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统
技术领域
本发明涉及一种远程监控的通信协议系统，特别涉及一种对纯电动汽车运行时大量电池参数进行无线远程监控的通信协议系统。
背景技术
目前随着全世界石油能源的减少，相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义。纯电动汽车是用电池替代石油作为车辆行驶的动力能源，是一种新能源汽车，而在作为国民经济的支柱产业之一的汽车行业中新能源的生产和使用无疑意义重大。
与普通燃油汽车不同，纯电动汽车电池的性能对电动汽车正常、安全、可靠的运行有重要作用。为了纯电动汽车安全运行，防止因电池过热等原因发生电池爆炸事故，通常要在纯电动汽车上安装电池信息采集与无线传输装置(简称EVCT)，该装置能采集本车的电池参数数据，并且具有无线通信功能，可以将采集到的电池参数数据发送到监控中心，实现对纯电动汽车运行的远程监控。而要实现汽车和监控中心之间进行无线通信，则还必须有无线通信协议。
目前基于全球定位系统(简称GPS)的车辆运行远程监控系统比较成熟，通常是在一些如公交车、出租车和警车等车辆上安装具有GPS和无线通信功能的车载设备，这类设备和监控中心进行无线通信，能将采集到的车辆的经度、纬度位置、速率、方向等GPS数据无线发送到监控中心，从而实现对车辆运行的远程监控。由于这类系统重点监控车辆的GPS数据，数据量比较小，与纯电动汽车远程监控的目标和内容都不同，因此GPS车辆运行远程监控系统中的无线通信协议不能用来监控纯电动汽车电池参数。EVCT是安装在纯电动汽车上的设备，由于其硬件系统性能的限制，要求编制EVCT的程序尽量精简，因此在满足通信要求的前提下，通信协议尽量简单可行。而常用的标准通信协议，大多是完整的一整套协议，层次结构复杂，编写协议的实现程序较复杂，因此常用的标准通信协议不适用于纯电动汽车电池参数的远程监控。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种新的纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统，该协议系统使得纯电动汽车和监控中心之间进行稳定可靠的无线数据传输。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统，
所述纯电动汽车远程监控的电池参数包括：
电池极值：包括电池总电压值、总电流值、最高单体电池电压值、最高单体电压的电池位置编号(箱号、块号等)、最低单体电池电压值、最低单体电压的电池位置编号(箱号、块号等)、剩余电量值(简称SOC)、最高温度和最高温度的位置编号；
各单体电池电压值；
电池箱各个节点的温度值。
所述通信协议系统包括以下步骤：
(1)单体电池电压值传输协议模块，该模块根据EVCT将从纯电动汽车上采集到的每块电池的电压值按照该协议打包处理后，形成发送到监控中心的单体电池电压报文。
(2)电池极值传输协议模块，其应用EVCT将从纯电动汽车上采集到的电池极值数据按照该协议打包处理后，形成发送到监控中心的电池极值报文。
(3)电池箱温度值传输协议模块，其应用EVCT将从纯电动汽车上采集到的电池箱各节点的温度值按照该协议打包处理后，形成发送到中心的电池箱温度值报文。
(4)车辆点名查询协议模块，该模块由监控中心将协议报文发给车辆，当监控中心要查询某辆车的电池参数数据时，则向该电动汽车发送该协议报文；而当车辆收到该协议报文后，立即将采集到的电池参数数据按照上述的协议模块(1)、(2)和(3)中的协议打包，然后发送到监控中心。
(5)定时传输数据的时间周期设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发送给纯电动汽车，用来设置EVCT的定时发送电池参数数据的时间参数。
(6)定时传输数据的时间周期设置执行成功后确认协议模块，该模块的协议报文由纯电动汽车发送给监控中心，表示EVCT正确收到来自监控中心的定时传输数据的时间周期设置报文。
(7)心跳时间周期设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发送给纯电动汽车，用来设置EVCT的心跳时间周期。
(8)心跳时间周期设置执行成功确认协议模块，该模块的协议报文由纯电动汽车发送给监控中心，表示EVCT正确收到来自监控中心的心跳时间周期设置报文。
(9)心跳包通信协议模块，纯电动汽车上的EVCT按照该模块的协议向监控中心发送心跳包。
(10)数据存储的时间周期设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发送给纯电动汽车，用来设置EVCT在本地存储电池参数数据的时间周期。
(11)数据存储的时间周期设置执行成功确认协议模块，该模块的协议报文由EVCT发送给监控中心，表示EVCT正确收到来自监控中心的数据存储时间周期设置报文。
(12)服务器IP地址和端口设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发给纯电动汽车，用来设置EVCT所连接的监控中心服务器IP地址和端口。
(13)服务器IP地址和端口设置执行成功确认协议模块，该模块的协议报文由EVCT发送给监控中心，表示EVCT正确收到来自监控中心的服务器IP地址和端口设置的报文。
本通信协议系统的联接方式如下：
模块(1)、模块(2)和模块(3)从纯电动汽车采集电池参数，并将采集到的电池参数传送给监控中心，而模块(4)则根据监控中心发送的查询指令，将采集到的电池参数按照(1)、(2)和(3)协议模块的协议打包后发给监控中心；模块(5)、模块(7)、模块(10)和模块(12)的协议报文由监控中心发送给纯电动汽车，模块(6)、模块(8)、模块(11)和模块(12)的协议报文由纯电动汽车发送给监控中心，而模块(9)由纯电动汽车向监控中心发送心跳包。
优选地，本协议系统明确了车辆和监控中心之间进行无线传输单体电池电压、电池极值以及电池箱温度参数的编码方法和帧格式；监控中心能够自动识别接收到电池参数的类别和参数数据是否准确以及能够远程修改车辆的通信参数，从而为达到在监控中心远程监控纯电动汽车电池参数的目的提供稳定可靠的通信技术。
本发明的有益效果：
本发明的优点和效果在于设计了一套远程监控纯电动汽车电池参数的通信协议系统，该系统具有完整的协议簇，从而确保监控中心和纯电动汽车之间及时、稳定、可靠地进行无线数据交换，为实现远程监控纯电动汽车电池参数提供了可靠的通信保障。该协议系统特别适用于通用无线分组业务(简称GPRS)无限传输方式，其已在实际的纯电动汽车运行监控系统中得到成功应用，应用表明，根据本发明的协议系统完全符合纯电动汽车运行监控的实际情况，可以有效实现对电池状态的监控，从而确保纯电动汽车安全稳定可靠的运行。具体优点如下：
(1)这是一套完整的通信协议，由13种协议构成，确保通信的稳定可靠。
(2)明确了单体电池电压、电池极值以及电池箱温度参数的编码和帧格式。
(3)明确了在监控中心如何远程修改车辆通信参数的方法。
(4)能够实现车辆和监控中心都能自动检测两者之间的无线通信链路是否正常连接的功能。即当由于通信信号不好等原因使得通信链路断开时，车辆和监控中心能够检测到通信链路的断开。
(5)协议简单明了，使用方便简单，特别适用于硬件配置较低的嵌入式系统中。
附图说明
图1为根据本发明的适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统的模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1：根据本发明的适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议系统的各协议在实现时，所有的数据都是以字符形式表示。本发明设定，在各协议帧中，“车辆编号”内容长度为4个字节，由0-9字符构成，每个字符占一个字节，如车辆编号为8001。“日期时间”内容长度为14个字节，由年(4个字节)、月(2个字节)、日(2个字节)、时(2个字节)、分(2个字节)、秒(2个字节)构成，如20090713091234，表示2009年7月13日9点12分34秒；“确认信息”内容为“REC”长度为3个字节；“时间周期”内容长度为6个字节，由时(2个字节)、分(2个字节)、秒(2个字节)构成；“校验”内容长度为2个字节，校验值是从帧头开始到校验位之前的所有数据都进行异或校验得到的；“帧尾”内容长度为1个字节，用“；”表示。
1.单体电池电压数据传输协议帧格式如下表(表1)所示。
表1单体电池电压数据传输协议帧格式
 帧头(4字节)   车辆编号(4字节)   日期时间(14字节)   电池电压数据长度(3字节)   电池电压数据(不定长)  校验(2字节)  帧尾(1字节)
其中，帧头：％VOL。
电池电压数据长度表示电池电压数据共包含有多少个字节，每个字节由0-9字符构成，如204，表示该帧中的电池电压数据共204个字节。
电池电压数据：每块电池的电压值由3个字节B1B2B3表示，每个字节由0-9，A-F构成，实际的电压值为：U＝(B1*256+B2*16+B3)*C
其中C为折算系数。如19119218E，则“191”表示单体电池1的电压，“192”表示单体电池2的电压，“18E”表示单体电池3的电压，依此类推。若C＝0.01，则单体电池1的电压U＝(1*256+9*16+1)*0.01＝4.01V。
2.电池极值数据传输协议帧格式如表2所示：
表2电池极值数据传输协议帧格式
  帧头(4字节)   车辆编号(4字节)   日期时间(14字节)   电池极值(24字节)   校验(2字节)   帧尾(1字节)
帧头：％UPD。
电池极值包括：
(1)总电压由4个字节B1B2B3B4表示，每个字节由0-9，A-F构成。则实际的总电压值为：
V＝(B1*4096+B2*256+B3*16+B4)*C，其中C为折算系数。
(2)总电流由4个字节B1B2B3B4表示，则实际的总电流值为：
I＝(B1*4096+B2*256+B3*16+B4-BASE)*C
其中，C为折算系数，BASE为基数。
(3)最高单体电池电压值：长度是3个字节，其计算方法和单体电池电压数据传输协议中的每块电池的电压值的计算方法相同。
(4)最高单体电压的电池位置编号：长度为2个字节B1B2，每个字节由0-9，A-F构成。其中，B1表示箱号，B2表示块号。
(5)最低单体电池电压值：长度是3个字节，其计算方法和单体电池电压数据传输协议中的每块电池的电压值的计算方法相同。
(6)最低单体电压的电池位置编号：长度为2个字节B1B2，每个字节由0-9，A-F构成。其中，B1表示箱号，B2表示块号。
(7)SOC：长度为2个字节B1B2，每个字节由0-9，A-F构成。则实际的SOC为：
S＝(B1*16+B2)*C
其中，C为折算系数。
(8)最高温度：长度为2个字节B1B2，每个字节由0-9，A-F构成。则实际的温度值为：
T＝(B1*16+B2-BASE)*C
其中，C为折算系数，BASE为基数。
(9)最高温度的位置编号：长度为2个字节B1B2，B1表示箱号，B2表示节点号。
3.电池箱温度值传输协议帧格式如表3所示：
表3电池箱温度值传输协议帧格式
 帧头(4字节)   车辆编号(4字节)   日期时间(14字节)   电池箱温度数据长度(3字节)   电池箱温度数据(不定长)   校验(2字节)   帧尾(1字节)
帧头：％TMP。
电池电压数据长度：表示电池箱温度数据长度共有多少个字节。
电池箱温度数据：温度值由4个字节B1B2B3B4表示，每个字节由0-9，A-F构成。B1表示箱号，B2表示节点号，B3B4表示温度值。则实际的温度值为：
T＝(B3*16+B4-BASE)*C
其中，C为折算系数，BASE为基数。
4.车辆点名查询协议帧格式如表4所示：
表4车辆点名查询协议帧格式
  帧头(3字节)   车辆编号(4字节)   帧尾(1字节)
帧头：*？？，如：*？？8001；表示向8001号车发送查询报文。
5.定时传输数据的时间周期设置协议帧格式如表5所示：
表5定时传输数据的时间周期设置协议帧格式
  帧头(3字节)   时间周期(6字节)   车辆编号(4字节)   帧尾(1字节)
帧头：*DS，如：*DS0001308001；表示设置8001号车的定时传输数据的时间周期是1分30秒。
6.定时传输数据的时间周期设置执行成功后确认协议帧格式如表6所示：
表6定时传输数据的时间周期设置执行成功后确认协议帧格式
  帧头(3字节)   时间周期(6字节)   车辆编号(4字节)   确认信息(3字节)   帧尾(1字节)
其中，帧头：*TM。如：*TM0001308001REC；。
7.心跳时间周期设置协议帧格式如表7所示：
表7心跳时间周期设置协议帧格式
  帧头(3字节)   时间周期(6字节)   车辆编号(4字节)   帧尾(1字节)
帧头：*HT。如：*HT0000208001；表示设置8001号车的心跳时间周期是20秒。
8.心跳时间周期设置执行成功确认协议帧格式如表8所示：
表8心跳时间周期设置执行成功确认协议帧格式
  帧头(3字节)   时间周期(6字节)   车辆编号(4字节)   确认信息(3字节)  帧尾(1字节)
帧头：*HT。如：*HT0000208001REC；。
9.心跳包协议帧格式如表9所示：
表9心跳包协议帧格式
  帧头(3字节)   车辆编号(4字节)   心跳数据(2字节)   帧尾(1字节)
帧头：*HD，心跳数据：XT。如：*HD8001XT；，表示8001车辆向监控中心发送的心跳包。
10.数据存储的时间周期设置协议帧格式如表10所示：
表10数据存储的时间周期设置协议帧格式
  帧头(3字节)   时间周期(6字节)   车辆编号(4字节)   帧尾(1字节)
帧头：*SA。如：*SA0000308001；表示设置8001号车辆的数据存储时间周期30秒。
11.数据存储的时间周期设置执行成功确认协议帧格式如表11所示：
表11数据存储的时间周期设置执行成功确认协议帧格式
  帧头(3字节)   时间周期(6字节)   车辆编号(4字节)   确认信息(3字节)   帧尾(1字节)
帧头：*SA。如：*SA0000308001REC；。
12.服务器IP地址和端口设置帧格式如表12所示：
表12服务器IP地址和端口设置帧格式
 帧头(3字节)   IP地址(不定长)  间隔符(1字节)   端口(不定长)   间隔符(1字节)   车辆编号(4字节)   帧尾(1字节)
帧头：*IP；间隔符：&。如：*IP123.185.20.11&80&8001；表示设置8001车辆连接的监控中心的服务器地址是123.185.20.11，端口是80。
13.服务器IP地址和端口设置执行成功确认协议帧格式如表13所示：
表13服务器IP地址和端口设置执行成功确认协议帧格式
 帧头(3字节)   IP地址(不定长)  间隔符(1字节)   端口(不定长)  间隔符(1字节)   车辆编号(4字节)   确认信息(3字节)   帧尾(1字节)
帧头：*IP；间隔符：&。如：*IP123.185.20.11&80&8001REC；。

Claims (3)

1.一种适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议簇系统，其包括：
单体电池电压值传输协议模块，根据电池信息采集与无线传输装置EVCT将采集到的每块电池的电压值按照该协议打包处理后，形成发送到监控中心的单体电池电压报文；所述单体电池电压值传输协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、车辆编号、日期时间、电池电压数据长度、电池电压数据、校验和帧尾；
电池极值传输协议模块，其应用所述电池信息采集与无线传输装置EVCT将采集到的电池极值数据按照该协议打包处理后，形成发送到监控中心的电池极值报文；所述电池极值传输协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、车辆编号、日期时间、电池极值、校验和帧尾；
电池箱温度值传输协议模块，其应用所述电池信息采集与无线传输装置EVCT将采集到的电池箱各节点的温度值按照该协议打包处理后，形成发送到监控中心的电池箱温度值报文；所述电池箱温度值传输协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、车辆编号、日期时间、电池箱温度数据、电池箱温度数、校验和帧尾；
车辆点名查询协议模块，该模块由监控中心将协议报文发给车辆，当监控中心要查询某车辆的电池参数数据，则向该车辆发送该协议报文；而当电动车收到该协议报文后，立即将采集到的电池参数数据按照所述单体电池电压值传输协议模块、所述电池极值传输协议模块和所述电池箱温度值传输协议模块的协议打包，然后发送到监控中心；所述车辆点名查询协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、车辆编号和帧尾；
定时传输数据的时间周期设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发送给车辆，用来设置所述电池信息采集与无线传输装置EVCT的定时发送电池参数数据的时间参数；所述定时传输数据的时间周期设置协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、时间周期、车辆编号和帧尾；
定时传输数据的时间周期设置执行成功后确认协议模块，该模块的协议报文由车辆发送给监控中心，表示所述电池信息采集与无线传输装置EVCT正确收到来自监控中心的定时传输数据的时间周期设置报文；所述定时传输数据的时间周期设置执行成功后确认协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、时间周期、车辆编号、确认信息和帧尾；
心跳时间周期设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发送给车辆，用来设置所述电池信息采集与无线传输装置EVCT的心跳时间周期；所述心跳时间周期设置协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、时间周期、车辆编号、和帧尾；
心跳时间周期设置执行成功确认协议模块，该模块的协议报文由车辆发送给监控中心，表示所述电池信息采集与无线传输装置EVCT正确收到来自监控中心的心跳时间周期设置报文；所述心跳时间周期设置执行成功确认协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、时间周期、车辆编号、确认信息和帧尾；
心跳包通信协议模块，所述电池信息采集与无线传输装置EVCT按照该模块的协议向监控中心发送心跳包；所述心跳包通信协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、车辆编号、心跳数据和帧尾；
数据存储的时间周期设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发送给车辆，用来设置所述电池信息采集与无线传输装置EVCT在本地存储电池参数数据的时间周期；所述数据存储的时间周期设置协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、时间周期、车辆编号和帧尾；
数据存储的时间周期设置执行成功确认协议模块，该模块的协议报文由所述电池信息采集与无线传输装置EVCT发送给监控中心，表示该电池信息采集与无线传输装置EVCT正确收到来自监控中心的数据存储时间周期设置报文；所述数据存储的时间周期设置执行成功确认协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、时间周期、车辆编号、确认信息和帧尾；
服务器IP地址和端口设置协议模块，该模块的协议报文由监控中心发给车辆，用来设置所述电池信息采集与无线传输装置EVCT所连接的监控中心服务器IP地址和端口；所述服务器IP地址和端口设置协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、IP地址、间隔符、端口、间隔符、车辆编号和帧尾；
服务器IP地址和端口设置执行成功确认协议模块，该模块的协议报文由所述电池信息采集与无线传输装置EVCT发送给监控中心，表示该电池信息采集与无线传输装置EVCT正确收到来自监控中心的服务器IP地址和端口设置的报文；所述服务器IP地址和端口设置执行成功确认协议模块的数据传输协议帧字段包括帧头、IP地址、间隔符、端口、间隔符、车辆编号、确认信息和帧尾；
本通信协议簇系统的联接方式如下：
所述单体电池电压值传输协议模块、所述电池极值传输协议模块和所述电池箱温度值传输协议模块从纯电动汽车采集电池参数，并将采集到的电池参数传送给监控中心，而所述车辆点名查询协议模块则根据监控中心发送的查询指令，将采集到的电池参数按照所述单体电池电压值传输协议模块、所述电池极值传输协议模块和所述电池箱温度值传输协议模块的协议打包后发给监控中心；所述定时传输数据的时间周期设置协议模块、所述心跳时间周期设置协议模块、所述数据存储的时间周期设置协议模块和服务器IP地址和端口设置协议模块的协议报文由监控中心发送给纯电动汽车，所述定时传输数据的时间周期设置执行成功后确认协议模块、所述心跳时间周期设置执行成功确认协议模块、所述数据存储的时间周期设置执行成功确认协议模块和所述服务器IP地址和端口设置执行成功确认协议模块的协议报文由纯电动汽车发送给监控中心，而所述心跳包通信协议模块的心跳包由纯电动汽车发送给监控中心。
2.根据权利要求1所述的适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议簇系统，其特征在于，所述电动汽车远程监控的电池参数包括有：
电池极值，其包括：电池总电压值、总电流值、最高单体电池电压值、包含有箱号和块号的最高单体电压的电池位置编号、最低单体电池电压值、包含有箱号和块号的最低单体电压的电池位置编号、剩余电量值SOC、最高温度和最高温度的位置编号；
各单体电池电压值；
电池箱各个节点的温度值。
3.根据权利要求1所述的适用于纯电动汽车电池参数远程监控的通信协议簇系统，其特征在于，所述通信协议簇系统明确了车辆和监控中心之间进行无线传输单体电池电压、电池极值以及电池箱温度参数的编码方法和帧格式；监控中心能够自动识别接收到电池参数的类别和参数数据是否准确以及能够远程修改车辆的通信参数，从而达到在监控中心实现远程监控纯电动汽车电池参数的目标。
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CN2745801Y (zh) * 2004-01-06 2005-12-14 春兰(集团)公司 一种用于电动汽车的动力电池管理系统
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