CN102682371A - 一种电动汽车电池管理系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车电池的使用管理系统及其管理方法，特别是提高电动汽车电池使用效率和寿命的方法。包括服务器、电池组、RFID标签和客户端，RFID标签安装在电池组上，服务器安装在管理中心，服务器内装有服务器服务系统；客户端安装在各换电站，客户端具有电池组充电监控模块、换电调度请求模块和换电执行驱动模块，服务器服务系统包括客户端监听模块、数据管理模块和调度执行模块；系统管理方法包括：1）设置RFID标签，对所有电池组按分组管理，组内按级别管理；2）当车辆更换电池时，客户端发送换电请求，服务调度模块计算出最终的电池组ID返回到对应客户端；3）客户端执行更换并更新RFID标签中的电池组信息。

Description

一种电动汽车电池管理系统及其管理方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车电池的使用管理系统及其管理方法，特别是提高电动汽车电池使用效率和寿命的方法。

背景技术

“十二五”期间，发展包括电动汽车在内的新能源汽车成为中国汽车产业的主旋律。但如何给电动汽车充电，是让它“跑得更远”必须面对的一个难题。目前对电动汽车进行充电主要有两种方式：插充和换充。“但是，像城市环卫、公交等我国电动汽车的先行者，若采用插入充电桩的方式充电不现实，因为这很费时间，这些车辆等不起。”业界普遍认为，解决大型电动车辆的供电问题，较好的方法是建设换电站，即利用给汽车更换电池的方法代替漫长的充电过程。

换电站产业发展的技术核心之一就在于能源供给网络的普及，这一特点决定了电池技术在其中的重要性，例如：电池续航里程、容量限制、使用方式、造价以及使用寿命几乎完全决定了商业模式的可行性。

由于提供用于电动汽车的高性能电池需要几百伏电压，通常需要将单个电池单元以串联方式连接组成一个电池组，在将多个电池组以串联的方式连接后为电动汽车提供动力能源；当前换电站一般采用简单的调度策略进行电池组更换，导致有些电池组使用频率非常高，而有些电池组使用频率非常低，不均衡的电池组调度更换会缩短电池组的使用寿命。

由于电动汽车需要多个电池组以串联方式提供动力能源，如果不考虑电池组的性能差异，在放电过程中就会出现某个电池组早已完全放电，而其它的电池组还具有足够的能量可继续为汽车提供动力，然而，这时汽车不可能继续行走，因为这会使较弱的电池组过度放电，结果会导致电池组的损毁，同时也降低了电池组的使用效率。为了避免上述两种这些情况的发生，在调度电池组时需要采用一种合理的调度方法来解决上面两个问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种电动汽车电池管理系统及其管理方法，为了实现电池组之间使用频率均衡，同时又保证一次换电的所有电池组放电过程平衡，本系统采用RFID技术作为信息载体，通过分组与分级相结合的调度算法模式实现了换电调度解决方法。

一种电动汽车电池管理系统及其管理方法是采取以下技术方案实现的：

一种电动汽车电池管理系统包括服务器、电池组、RFID标签和客户端，所述的RFID标签安装在电池组上，服务器安装在管理中心，在服务器内安装有服务器服务系统；客户端安装在各换电站，客户端包括电池组充电监控模块、换电调度请求模块和换电执行驱动模块，电池组充电监控模块监控电池组的充电情况，当充电完成后电池组充电监控模块将电池组状态上报到服务器，当需要进行换电池时，换电调度请求模块将本次换电任务请求发送到服务器，同时客户端根据服务端计算后返回的电池组信息通过换电执行驱动模块驱动换电站的换电执行装置完成换电过程；在RFID标签的芯片内设定有电池组的基本信息和使用信息，所述的基本信息包括电池组ID标识、生产厂家、生产日期、电池类别、当前所属组号、级别和基本使用次数，使用信息包括初始使用日期、历次换电池的时间、地点以及车辆信息；当车辆需要更换电池组时，服务器根据记录在服务器的中心服务数据库中的电池组信息，分配合适的目标电池组并发送到对应客户端，客户端通过换电执行装置将更换电池组的时间、地点以及车辆信息写入目标电池组上的RFID标签，同时中心服务数据库更新其记录的相应的使用信息。

所述的服务器服务系统包括客户端监听模块、数据管理模块和调度执行模块。客户端监听模块对各换电站客户端上传的各个电池组的充电信息、电池使用频率信息以及电池组的其他基本信息进行有效性检查和存储处理，这些处理后的电池组信息将作为调度执行模块运算的基本数据；

换电站的电池组采用分组方式进行管理，数据管理模块包括分组、分级管理和分布参数管理，分布参数管理根据电池分组的个数，计算出每组应该分配分布因子的个数，并将这些分布因子发送到各个组的组管理模块和组调度执行模块；同时数据管理模块定时去查询组管理模块和组调度执行模块分布因子，如果分布因子不一致，则需要重新计算后重新分发；组、级管理对用户配置的分组和分级进行管理，服务器端将其服务范围内的所有电池组进行统一分组，在调度计算过程中保证各组内的电池使用次数均衡；电池组按照厂家、质量和已使用时间分配级别即分级，设置每个级别的基本使用次数。

调度执行模块根据客户端发来的请求，请求中包括任务号，根据任务号与分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后再选择该级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组。客户端将电池组的基本信息和使用信息写入到电池组的RFID标签中，同时存储到中心服务数据库中。

所述的客户端通过web services方式向服务器发出调度请求，所述的调度请求包括任务号、该换电站分布参数信息、车辆信息、车辆原使用电池组信息和换电站信息。

一种电动汽车电池管理系统的管理方法包括如下步骤，

1）在电池组上设置RFID标签，并通过服务器给每个电池组分配唯一的身份标识；并对换电站所有电池组按分组进行管理，组内所有电池组则按级别进行管理；组间通过分布因子方式进行选择达到均衡，而组内不同级别之间则按照百分比方式进行选择；同一级别内按使用次数升序方式选择；

服务器端将其服务范围内的所有电池组进行统一分组，在调度计算过程中保证各组内的电池使用次数均衡；电池组按照厂家、质量和已使用时间分配级别，设置每个级别的基本使用次数；客户端将电池组的基本信息和使用信息写入到电池组的RFID标签中，同时存储到中心服务数据库中；

2）当车辆更换电池时，客户端向服务器发送换电池请求，服务器接收到请求后，将换电任务载入调度执行模块，调度执行模块根据任务号与每组中的分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后再选择该级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组；服务调度模块计算出最终的电池组ID并将该ID号返回到对应的客户端，由客户端执行换电过程。

3）客户端根据车辆待更换电池组的RFID标签的信息匹配相应的电池组RFID标签；当换下的电池组放入充电柜后，客户端将更新换下的电池组的RFID标签中的电池组更换时间、地点及车辆信息数据，并将这些信息发送到服务器端，服务器端将判断是否需要重新进行定级处理；

所述的定级处理指的是，服务器根据服务器内记载的电池组的基本使用次数信息，与电池组使用次数相比较，当电池组使用次数达到基本使用次数时，该电池组级别降一级；当电池组级别进行变更时，服务器内数据自动更新，并将该变更信息写入电池组的RFID标签。

步骤1）中所述的分布因子由调度系统的数据管理模块统一管理，数据管理模块根据组的个数，计算出每组应该分配多少个分布因子，并将这些分布因子发送到各个组管理模块和调度执行模块；同时数据管理模块定时去查询组管理模块和调度执行模块分布因子，如果分布因子不一致，则重新计算后重新分发到各个组管理模块和调度执行模块。

步骤1）中所述的按百分比选择，是针对各组内级别间的选择方式，按照管理人员设定的比例，其中各组内所有级别的百分比之和应为100%，将换电任务分配到组内的各级别上，级别的次序无先后之分，组内各级别间通过百分比实现级别使用平率均衡。

步骤2）中当换电任务请求发送到调度执行模块后，调度执行模块根据任务号与分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后在选择级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组。

步骤2）中待更换电池组和换下的电池组为同一等级的电池组，从而保证一次换电的所有电池组放电过程平衡，可以防止电池组过放而损坏电池。

本发明一种电动汽车电池管理系统及其管理方法采用RFID标签记录电池组的各种信息，充分利用了RFID标签具有可多次读写、非接触快速读取等优势；为了保证一次换电的所有电池组放电过程平衡，除去组内电池单元间实现充放电平衡外，将电池组按照其性能参数进行分级管理，一次换电的所有电池组必须为同级电池组，可以防止电池组过放现象；通过分布因子管理方法解决了换电站电池的使用频率,提高了电池的使用寿命，提高了电池的使用效率。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的一种电动汽车电池管理系统的系统方框图。

图2是本发明的分布因子状态迁移图。

图3是本发明的分布因子管理图。

图4是本发明的换电池管理模型图。

具体实施方式

参照附图1~4，本发明一种电动汽车电池管理系统包括服务器、电池组、RFID标签和客户端，所述的RFID标签安装在电池组上，服务器安装在管理中心，在服务器内安装有服务器服务系统；客户端安装在各换电站，客户端包括电池组充电监控模块、换电调度请求模块和换电执行驱动模块，电池组充电监控模块监控电池组的充电情况，当充电完成后电池组充电监控模块将电池组状态上报到服务器，当需要进行换电池时，换电调度请求模块将本次换电任务请求发送到服务器，同时客户端根据服务端计算后返回的电池组信息通过换电执行驱动模块驱动换电站的换电执行装置完成换电过程；在RFID标签的芯片内设定有电池组的基本信息和使用信息，所述的基本信息包括电池组ID标识、生产厂家、生产日期、电池类别、当前所属组号、级别和基本使用次数，使用信息包括初始使用日期、历次换电池的时间、地点以及车辆信息；当车辆需要更换电池组时，服务器根据记录在服务器的中心服务数据库中的电池组信息，分配合适的目标电池组并发送到对应客户端，客户端通过换电执行装置将更换电池组的时间、地点以及车辆信息写入目标电池组上的RFID标签，同时中心服务数据库更新其记录的相应的使用信息。

所述的服务器服务系统包括客户端监听模块、数据管理模块和调度执行模块。客户端监听模块对各换电站客户端上传的各个电池组的充电信息、电池使用频率信息以及电池组的其他基本信息进行有效性检查和存储处理，这些处理后的电池组信息将作为调度执行模块运算的基本数据；

换电站的电池组采用分组方式进行管理，数据管理模块包括分组、分级管理和分布参数管理，分布参数管理根据电池分组的个数，计算出每组应该分配分布因子的个数，并将这些分布因子发送到各个组的组管理模块和组调度执行模块；同时数据管理模块定时去查询组管理模块和组调度执行模块分布因子，如果分布因子不一致，则需要重新计算后重新分发；组、级管理对用户配置的分组和分级进行管理，服务器端将其服务范围内的所有电池组进行统一分组，在调度计算过程中保证各组内的电池使用次数均衡；电池组按照厂家、质量和已使用时间分配级别即分级，设置每个级别的基本使用次数。

调度执行模块根据客户端发来的请求，请求中包括任务号，根据任务号与分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后再选择该级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组。客户端将电池组的基本信息和使用信息写入到电池组的RFID标签中，同时存储到中心服务数据库中。

所述的客户端通过web services方式向服务器发出调度请求，所述的调度请求包括任务号、该换电站分布参数信息、车辆信息、车辆原使用电池组信息和换电站信息。

一种电动汽车电池管理系统的管理方法包括如下步骤，

1）在电池组上设置RFID标签，并通过服务器给每个电池组分配唯一的身份标识；并对换电站所有电池组按分组进行管理，组内所有电池组则按级别进行管理；组间通过分布因子方式进行选择达到均衡，而组内不同级别之间则按照百分比方式进行选择；同一级别内按使用次数升序方式选择；

服务器端将其服务范围内的所有电池组进行统一分组，在调度计算过程中保证各组内的电池使用次数均衡；电池组按照厂家、质量和已使用时间分配级别，设置每个级别的基本使用次数；客户端将电池组的基本信息和使用信息写入到电池组的RFID标签中，同时存储到中心服务数据库中；

2）当车辆更换电池时，客户端向服务器发送换电池请求，服务器接收到请求后，将换电任务载入调度执行模块，调度执行模块根据任务号与每组中的分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后再选择该级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组；服务调度模块计算出最终的电池组ID并将该ID号返回到对应的客户端，由客户端执行换电过程。

3）客户端根据车辆待更换电池组的RFID标签的信息匹配相应的电池组RFID标签；当换下的电池组放入充电柜后，客户端将更新换下的电池组的RFID标签中的电池组更换时间、地点及车辆信息数据，并将这些信息发送到服务器端，服务器端将判断是否需要重新进行定级处理；

所述的定级处理指的是，服务器根据服务器内记载的电池组的基本使用次数信息，与电池组使用次数相比较，当电池组使用次数达到基本使用次数时，该电池组级别降一级；当电池组级别进行变更时，服务器内数据自动更新，并将该变更信息写入电池组的RFID标签。

步骤1）中所述的分布因子由调度系统的数据管理模块统一管理，数据管理模块根据组的个数，计算出每组应该分配多少个分布因子，并将这些分布因子发送到各个组管理模块和调度执行模块；同时数据管理模块定时去查询组管理模块和调度执行模块分布因子，如果分布因子不一致，则重新计算后重新分发到各个组管理模块和调度执行模块。

步骤1）中所述的按百分比选择，是针对各组内级别间的选择方式，按照管理人员设定的比例，其中各组内所有级别的百分比之和应为100%，将换电任务分配到组内的各级别上，级别的次序无先后之分，组内各级别间通过百分比实现级别使用平率均衡。

步骤2）中当换电任务请求发送到调度执行模块后，调度执行模块根据任务号与分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后在选择级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组。

步骤2）中待更换电池组和换下的电池组为同一等级的电池组，从而保证一次换电的所有电池组放电过程平衡，可以防止电池组过放而损坏电池。

Claims (7)

1.一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：包括服务器、电池组、RFID标签和客户端，所述的RFID标签安装在电池组上，服务器安装在管理中心，在服务器内安装有服务器服务系统；客户端安装在各换电站，客户端具有电池组充电监控模块、换电调度请求模块和换电执行驱动模块，电池组充电监控模块监控电池组的充电情况，当充电完成后电池组充电监控模块将电池组状态上报到服务器，当需要进行换电池时，换电调度请求模块将本次换电任务请求发送到服务器，同时客户端根据服务端计算后返回的电池组信息通过换电执行驱动模块驱动换电站的换电执行装置完成换电过程；在RFID标签的芯片内设定有电池组的基本信息和使用信息，所述的基本信息包括电池组ID标识、生产厂家、生产日期、电池类别、当前所属组号、级别和基本使用次数，使用信息包括初始使用日期、历次换电池的时间、地点以及车辆信息；当车辆需要更换电池组时，服务器根据记录在服务器的中心服务数据库中的电池组信息，分配合适的目标电池组并发送到对应客户端，客户端通过换电执行装置将更换电池组的时间、地点以及车辆信息写入目标电池组上的RFID标签，同时中心服务数据库更新其记录的相应的使用信息；

所述的服务器服务系统包括客户端监听模块、数据管理模块和调度执行模块；客户端监听模块对各换电站客户端上传的各个电池组的充电信息、电池使用频率信息以及电池组的其他基本信息进行有效性检查和存储处理，这些处理后的电池组信息作为调度执行模块运算的基本数据；

换电站的电池组采用分组方式进行管理，数据管理模块包括分组、分级管理和分布参数管理，分布参数管理根据电池分组的个数，计算出每组应该分配分布因子的个数，并将这些分布因子发送到各个组的组管理模块和组调度执行模块；同时数据管理模块定时去查询组管理模块和组调度执行模块分布因子，如果分布因子不一致，则在重新计算后重新分发；组、级管理对用户配置的分组和分级进行管理，服务器端将其服务范围内的所有电池组进行统一分组，在调度计算过程中保证各组内的电池使用次数均衡；电池组按照厂家、质量和已使用时间分配级别即分级，设置每个级别的基本使用次数；

调度执行模块根据客户端发来的请求，请求中包括任务号，根据任务号与分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后再选择该级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组；

客户端将电池组的基本信息和使用信息写入到电池组的RFID标签中，同时存储到中心服务数据库中。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述的客户端通过web services方式向服务器发出调度请求，所述的调度请求包括任务号、该换电站分布参数信息、车辆信息、车辆原使用电池组信息和换电站信息。

3.权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统的管理方法，其特征在于：包括如下步骤，

1）在电池组上设置RFID标签，并通过服务器给每个电池组分配唯一的身份标识；并对换电站所有电池组按分组进行管理，组内所有电池组则按级别进行管理；组间通过分布因子方式进行选择达到均衡，而组内不同级别之间则按照百分比方式进行选择；同一级别内按使用次数升序方式选择；

服务器端将其服务范围内的所有电池组进行统一分组，在调度计算过程中保证各组内的电池使用次数均衡；电池组按照厂家、质量和已使用时间分配级别，设置每个级别的基本使用次数；客户端将电池组的基本信息和使用信息写入到电池组的RFID标签中，同时存储到中心服务数据库中；

2）当车辆更换电池时，客户端向服务器发送换电池请求，服务器接收到请求后，将换电任务载入调度执行模块，调度执行模块根据任务号与每组中的分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后再选择该级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组；服务调度模块计算出最终的电池组ID并将该ID号返回到对应的客户端，由客户端执行换电过程；

3）客户端根据车辆待更换电池组的RFID标签的信息匹配相应的电池组RFID标签；当换下的电池组放入充电柜后，客户端将更新换下的电池组的RFID标签中的电池组更换时间、地点及车辆信息数据，并将这些信息发送到服务器端，服务器端将判断是否需要重新进行定级处理；

所述的定级处理指的是，服务器根据服务器内记载的电池组的基本使用次数信息，与电池组使用次数相比较，当电池组使用次数达到基本使用次数时，该电池组级别降一级；当电池组级别进行变更时，服务器内数据自动更新，并将该变更信息写入电池组的RFID标签。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池管理系统的管理方法，其特征在于：步骤1）中所述的分布因子由调度系统的数据管理模块统一管理，数据管理模块根据组的个数，计算出每组应该分配多少个分布因子，并将这些分布因子发送到各个组管理模块和调度执行模块；同时数据管理模块定时去查询组管理模块和调度执行模块分布因子，如果分布因子不一致，则重新计算后重新分发到各个组管理模块和调度执行模块。

5.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池管理系统的管理方法，其特征在于：步骤1）中所述的按百分比选择，是针对各组内级别间的选择方式，按照管理人员设定的比例，其中各组内所有级别的百分比之和应为100%，将换电任务分配到组内的各级别上，级别的次序无先后之分，组内各级别间通过百分比实现级别使用平率均衡。

6.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池管理系统的管理方法，其特征在于：步骤2）中所述的当换电任务请求发送到调度执行模块后，调度执行模块根据任务号与分布因子计算出对应的组号，则将对应的任务分发到对应的组管理模块，组管理模块按照百分比方式进行组内级别选择，当选定级别后在选择级别内最少使用次数的电池组作为本次换电电池组。

7.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池管理系统的管理方法，其特征在于：步骤2）中待更换电池组和换下的电池组为同一等级的电池组。

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