CN102419839B - 电动汽车电池箱跟踪系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车充换电站电池箱跟踪系统，它包括监控中心与多个站级监控子系统。所述监控中心包括监控主机、数据库服务器和报警装置。所述站级监控子系统包括4层，具体是：监控层，包括监控计算机，通过电力专网与监控中心连接；网络层：包括Zigbee主控模块、一个或多个Zigbee路由模块、一个或多个Zigbee终端模块；数据采集层：包括RFID阅读器，负责采集电池箱上的RFID信息，并将信息传递给Zigbee网络；终端层：包括电池箱和RFID射频电子标签。本系统通过RFID技术和Zigbee网络，将电动汽车的电池箱进行有效的跟踪管理，从而确保对电池的有效维护和电动汽车的安全运行。

Description

电动汽车电池箱跟踪系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电池箱跟踪系统，具体是一种基于Zigbee技术和RFID技术的电动汽车充换电站电池箱跟踪系统。

背景技术

Zigbee技术是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。近年来，随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，RFID技术进入商业化应用阶段。由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪的最有发展前途的信息技术之一。与现有的条码识别技术相比，RFID具有数据量大、环境适应性强、效率高、读写距离远、可更改、不受污染/磨损的影响的优点。在追踪方面，RFID以其技术的优越性已经得到了广泛的已用。

而另一方面，随着世界能源及环境问题的日益严重，电能作为一种清洁能源广泛应用于汽车领域，为电动汽车提供了广阔的应用空间。在中国新能源汽车产业政策密集出台的背景下，国内电动汽车充换电站市场快速起步，电动汽车的发展也面临着前所未有的机遇。鉴于电池价格昂贵和充电时间长等特点，同时为了方便用户的使用和加快电动汽车行业的推广，目前采用建立集中充换电站，用户租用电池的模式。然而，随着电动汽车产业的迅猛发展，必须提高电池的储备量才能满足日益增长的用户的需求，电池数量的增多也给电池的运营管理带来了诸多麻烦。每块电池都有其使用寿命，电动汽车的电池由于其使用的特殊性，到了规定年限和充放电的次数必须对电池进行维护和报废处理，因此对电动汽车电池箱的使用数据的跟踪和采集是一项相当繁琐的任务。

在电动汽车充换电领域，已经开始有关于充电桩集群及各个充电桩之间采取无线Zigbee通讯方式实现连接组网的示例。例如申请号201110148661.5的专利申请，名称为电动汽车智能互动充电网络集群系统，其在电动汽车充电桩集群中央控制节点及电动汽车充电桩节之间以无线Zigbee通讯方式实现连接组网。

同样，现有技术中也有通过RFID技术对单体电池进行追踪的申请，如申请号为：201010538487.0的专利公开了“RFID电池追踪回收系统及电池追踪回收方法”，利用RFID和互联网技术实现了电池的使用数据的跟踪，但是它是对单体电池的追踪，由于电动汽车电池箱内的电池，数量较多，全部贴RFID标签不现实，而且数据采集起来信号会互相干扰，用这种方法无法实现对电池箱的追踪，必须探讨新的追踪系统。

同时，根据对国内外现有技术的检索，并没有在充换电站中使用结合Zigbee网络和RFID技术对电池箱进行跟踪管理的系统及方法，而上述技术的结合既能够实现在充换电站这种近距离的空间和环境中的快速组网，也能够通过RFID实现数据的有效跟踪，从而有效的解决了现有技术中对充换电站中电池箱充换电数据和采集的技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种基于Zigbee技术和RFID技术的电动汽车充换电站电池箱使用数据跟踪系统。本系统通过RFID技术、Zigbee网络、移动通信网络，对电动汽车的电池箱进行有效的跟踪管理，从而确保对电池的有效维护和电动汽车的安全运行。

本发明采用的技术方案如下：

一种电动汽车充换电站电池箱跟踪系统，包括监控中心，所述监控中心与1个或多个站级监控子系统相连，所述监控中心包括监控主机、数据库服务器和报警装置；所述站级监控子系统包括四层，自上至下分别为：

监控层，所述监控层由监控计算机组成；

网络层，所述网络层由Zigbee主控模块、Zigbee路由模块及Zigbee终端模块组成；

数据采集层，所述数据采集层由RFID阅读器组成；

终端层，所述终端层由电池箱和RFID射频电子标签组成。

所述Zigbee主控模块由Zigbee协调器、第一电源模块和第一天线组成；所述Zigbee路由模块为一个或多个，由Zigbee路由、第二电源模块和第二天线组成；所述Zigbee终端模块为一个或多个，由Zigbee终端设备、第三电源模块和第三天线组成。

所述监控中心与站级监控子系统之间通过电力专用光缆连接。

所述监控层的监控计算机与所述网络层的Zigbee主控模块之间通过串口连接。

所述网络层的Zigbee主控模块、Zigbee路由模块和Zigbee终端模块之间通过Zigbee网络连接。

所述网络层的Zigbee终端模块与所述数据采集层的RFID阅读器之间通过串口连接。

跟踪系统的部分装置的作用如下：

其中的监控计算机，负责采集电池箱的有关信息，通过电力专网与监控中心连接。

其中的Zigbee主控模块由Zigbee协调器、第一电源模块和第一天线组成，负责整个Zigbee网络的启动和配置，一旦Zigbee网络建立起来，则负责Zigbee网络数据的采集和控制命令的传输。其中的Zigbee路由模块由第二电源模块、Zigbee路由、第二天线组成，负责协调其他设备加入Zigbee网络，多跳路由。其中的Zigbee终端模块由第三电源模块、Zigbee终端设备、第三天线组成，负责终端数据的采集。

其中的RFID阅读器，负责采集电池箱上的RFID信息，并将信息传递给Zigbee网络。

其中的RFID射频电子标签贴在电池箱上，通过RFID唯一的ID编码与相应的电池箱相匹配，记录存储电池箱的充放电次数。

其中的监控中心的监控主机具有监控中心所有的监视、控制和管理功能。数据库服务器存储电池箱的RFID编号、生产日期、启用时间、电池成分、使用年限、充放电次数等信息，并可以快速检索；报警装置在电池箱使用超过规定年限时，报警装置报警提醒电池箱维护和报废。

本发明的有益效果是：

(1)利用Zigbee网络快速组网，自动的将电池箱的充放电次数等信息传输到服务器，满足电池箱数据自动化采集的需要。

(2)利用RFID技术，本系统对电池的充放电次数能够进行有效的跟踪管理，并能对电动汽车充换电站内的数量众多的电池箱进行有效的跟踪，从而确保对电池的有效维护和电动汽车的安全运行。

附图说明

图1本发明的电池箱跟踪系统的总体结构示意图；

图2站级监控子系统的结构示意图；

图3监控中心组成结构示意图；

图4Zigbee主控模块组成结构示意图；

图5Zigbee理由模块组成结构示意图；

图6Zigbee终端模块组成结构示意图；

图7电动汽车充换电站电池箱跟踪系统的跟踪方法流程图。

其中，1-监控中心，2-站级监控子系统，3-监控层，4-网络层，5-数据采集层，6-终端层，11-监控主机，12-数据库服务器，13-报警装置，31-监控计算机，41-Zigbee主控模块，42-Zigbee路由模块，43-Zigbee终端模块，51-RFID阅读器，61-电池箱，62-RFID射频电子标签

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1-6中，一种电动汽车充换电站电池箱跟踪系统，包括监控中心1，监控中心1与1个或多个站级监控子系统2相连。监控中心1包括监控主机11、数据库服务器12和报警装置13。站级监控子系统2包括4层，具体是：

监控层3，包括监控计算机31，负责采集电池箱的有关信息，通过电力专网与监控中心连接。

网络层4：包括Zigbee主控模块41、一个或多个Zigbee路由模块42、一个或多个Zigbee终端模块43组成。Zigbee主控模块41由Zigbee协调器、第一电源模块和第一天线组成，负责整个Zigbee网络的启动和配置，一旦Zigbee网络建立起来，则负责Zigbee网络数据的采集和控制命令的传输。Zigbee路由模块42由第二电源模块、Zigbee路由、第二天线组成，负责协调其他设备加入Zigbee网络，多跳路由。Zigbee终端模块43由第三电源模块、Zigbee终端设备、第三天线组成，负责终端数据的采集。

数据采集层5：包括RFID阅读器51，负责采集电池箱上的RFID信息，并将信息传递给Zigbee网络。

终端层6：包括电池箱61和RFID射频电子标签62；RFID射频电子标签62贴在电池箱上，通过RFID唯一的ID编码与相应的电池箱61相匹配，记录存储电池箱61的充放电次数等使用情况。

监控中心1与站级监控子系统2通过电力专用光缆连接。监控主机11具有监控中心1所有的监视、控制和管理功能。数据库服务器12存储电池箱的RFID编号、生产日期、启用时间、电池成分、使用年限、充放电次数等信息，并可以快速检索；报警装置13在电池箱61使用超过规定年限时，报警装置报警提醒电池箱61维护或报废。

监控层的监控计算机31与网络层的Zigbee主控模块41通过串口连接。网络层Zigbee主控模块41、Zigbee路由模块42和Zigbee终端模块43之间通过Zigbee网络连接。网络层的Zigbee终端模块43与RFID阅读器51通过串口连接。

参照图7，电动汽车充换电站电池箱跟踪系统的跟踪方法的步骤如下：在电动汽车充换电站设置有多个RFID阅读器51，RFID阅读器51通过串口与Zigbee终端模块43连接。当充电区或换电区有新的电池箱61进行充电或换电时，RFID阅读器51读取电池箱61上的RFID射频电子标签62的数据，并通过串口发送给与之相连的Zigbee终端模块43。Zigbee终端模块43接收到数据后，通过多个Zigbee路由模块42和Zigbee主控模块41组成的Zigbee网络，将底层的RFID阅读器51读取的电池箱充放电数据发送给站级监控子系统2。上传数据经过站级监控计算机31数据处理后，该电池箱的充放电次数加1，作为后期电池箱维护的参数依据。站级监控计算机31将电池箱61的有关信息上传给监控中心1的监控主机11进行处理。如果电池箱61的充放电次数已经达到规定次数，电池寿命已经到期，则监控中心报警装置13会报警提示电池箱报废或维护处理。如果未超期，则将电池箱61的充放电次数和充电时间等作为一条数据记录，存储在监控中心1的数据库服务器12中。

本系统不仅利用Zigbee网络快速组网，自动的将电池箱的充放电次数等信息传输到服务器，满足电池箱数据自动化采集的需要；而且可以对电池的充放电次数进行有效的跟踪管理，并能对电动汽车充换电站内的数量众多的电池箱进行有效的跟踪，从而确保对电池的有效维护和电动汽车的安全运行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种电动汽车充换电站电池箱跟踪系统的跟踪方法，所述跟踪系统包括监控中心，所述监控中心与1个或多个站级监控子系统相连，所述监控中心包括监控主机、数据库服务器和报警装置；所述站级监控子系统包括四层，白上至下分别为：监控层，所述监控层由监控计算机组成；网络层，所述网络层由Zigbee主控模块、Zigbee路由模块及Zigbee终端模块组成；数据采集层，所述数据采集层由RFID阅读器组成；终端层，所述终端层由电池箱和RFID射频电子标签组成；所述Zigbee主控模块由Zigbee协调器、第一电源模块和第一天线组成；所述Zigbee路由模块为一个或多个，由Zigbee路由、第二电源模块和第二天线组成；所述Zigbee终端模块为一个或多个，由Zigbee终端设备、第三电源模块和第三天线组成；所述监控中心与站级监控子系统之间通过电力专用光缆连接；所述监控层的监控计算机与所述网络层的Zigbee主控模块之间通过串口连接；所述网络层的Zigbee主控模块、Zigbee路由模块和Zigbee终端模块之间通过Zigbee网络连接；所述网络层的Zigbee终端模块与所述数据采集层的RFID阅读器之间通过串口连接；

其特征在于：所述跟踪方法包括以下步骤：

(1)电池箱射频数据采集；

在电动汽车充换电站内设置有多个RFID阅读器，当充电区或换电区有新的电池箱进行充电或换电时，RFID阅读器读取电池箱上的RFID射频电子标签上的充放电数据，并通过串口发送给与之相连的Zigbee终端模块；

(2)Zigbee网络数据传输；

Zigbee终端模块接收到RFID阅读器读取的充放电数据后，通过由多个Zigbee路由模块和Zigbee主控模块组成的Zigbee网络，将充放电数据发送给站级监控子系统；

(3)数据处理、存储及报警；

上述数据经过站级监控子系统的监控计算机的数据处理后，该电池箱的充放电次数加1，监控计算机将电池箱的有关信息上传给监控中心的监控主机进行处理，如果电池箱充放电次数已经达到规定次数，电池寿命已经到期，则监控中心的报警装置会报警提示电池箱报废或维护处理，如果未超期，则将电池箱的充放电次数和充电时间等作为一条新的数据记录，存储在监控中心数据库服务器中。