CN105234097B - 基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统及方法，涉及一种电池管理系统及管理方法。解决了现有电汽车电池组管理系统易造成数据丢失，电池数据检测的准确度低的问题。本发明的电池数据管理单元设置在电动汽车上，用于将电池组温度信号、电池单体输出的电压信号和电池单体输出的电流信号与电池组中电池单体的编号和时间信号一一对应；再经分布式数据处理单元计算出每个电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号，经数据处理主服务器进行剩余电量判断，将判断结果发送至用户和电池分练机，电池分练机对电池进行分选。本发明适用于为电池梯次利用提供电动汽车动力电池的数据，及电动汽车电池数据检测预警。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统及管理方法。
背景技术
随着电动、混合动力工具的发展，各种动力电池得到广泛应用，但是现有电池的分类和检测是将电池举个放至物理柜的具体物理工位中，通过手工方式逐个计算化成数据和分容数据等电池数据，并以此对电池进行分类归档，在电池进行配组时，由人工根据所归档的各个电池数据逐个进行，这样不仅效率和分类的精确度均低，同时不适合电动汽车使用中的电池组，同时现有的汽车上的电池管理系统同时实现信号采集与信息计算与预警的功能，这样大量的数据存储与计算，使电池管理系统的工作量大，电池管理系统中不仅不适用于电动汽车的电池的管理，易造成数据的丢失，同时现有的电池管理系统都是对电池组的电量检测并不是对电动汽车中的单个电池单体的电量进行检测与预警。
发明内容
本发明是为了解决现有电汽车电池组管理系统易造成数据丢失，电池数据检测的准确度低的问题。提出了一种基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统及方法。
本发明所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统，它包括电池数据管理单元、分布式数据处理单元、数据处理主服务器、三号无线通信电路、四号无线通信电路和电池分拣机；
电池数据管理单元设置在电动汽车上，它包括电池单体编号检测装置、电池温度传感器、电池电压传感器、电池电流传感器、时钟电路、电池数据处理器和一号无线通信电路；
电池单体编号检测装置用于采集电动汽车电池每个电池单体的编号，电池单体编号检测装置的电池编号信号输出端连接电池数据处理器的电池序号信号输入端；
电池温度传感器用于采集电动汽车电池组内的温度信号，电池温度传感器的温度信号输出端连接电池数据处理器的温度信号输入端；
每个电池电压传感器一一对应采集电动汽车电池组内一个电池单体的输出的电压信号，每个电池电压传感器的信号输出端对应连接电池数据处理器的一个电压信号输入端；
每个电池电流传感器一一对应采集电动汽车电池组内一个电池单体输出的电流信号，电池电流传感器的电流信号输出端对应连接电池数据处理器的一个电流信号输入端；
时钟电路的信号输出端连接电池数据处理器的时钟信号输入端，电池数据处理器通过一号无线通信电路将具有编号的电池数据发送至分布式数据处理单元2；
分布式数据处理单元包括n个数据处理子服务器和n个二号无线通信电路，每个数据处理子服务器通过互联网连接，每个数据处理子服务器的信号输出输入端均一一对应连接有一个二号无线通信电路的信号输出输入端，二号无线通信电路与一号无线通信电路和三号无线通信电路进行无线通信，三号无线通信电路的信号输出输入端连接数据处理主服务器的信号输出输入端，三号无线通信电路与四号无线通信电路和用户的无线通讯设备进行无线通信，四号无线通信电路的信号输出输入端连接电池分拣机的信号输出输入端，数据处理主服务器的电池单体编号信号输入端连接电池单体编号检测装置的信号输出端，n为大于1的整数。
利用基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法，该方法包括：
采集的步骤；
该步骤通过电池单体编号检测装置检测电动汽车上电池组中电池单体的编号，
电池温度传感器采集电动汽车上电池组中的温度，
电池电压传感器采集电动汽车上电池组中电池单体输出的电压信号，
电池电流传感器采集电动汽车上电池组中电池单体输出的电流信号；
并将采集到的电动汽车上电池组温度信号、电池单体输出的电压信号、电池单体输出的电流信号和电池组中电池单体的编号发送至电池数据处理器；
电池编号与电池信息对应的步骤；
该步骤中电池数据处理器将电池组温度信号、电池单体输出的电压信号和电池单体输出的电流信号与电池组中电池单体的编号和时间信号一一对应；并将对应后获得的具有编号的电池信号通过一号无线通信电路通过无线的方式发送出去；
分布式信号存储与处理的步骤；
该步骤中分布式数据处理单元通过二号无线通信电路接收具有编号的电池信号，并将接收具有编号的电池信号发送至二号无线通信电路所对应连接的数据处理子服务器；
数据处理子服务器将接收到的具有编号的电池信号进行分布存储，根据具有编号的电池信号计算出每个电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号，将每个电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号经二号无线通信电路2-1发送出去；
剩余电量判断的步骤；
该步骤中数据处理主服务器通过三号无线通信电路接收与自身存储的电池编号电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号；
数据处理主服务器根据接收信号判断每个电池单体的剩余电量是否小于电池电量最小阈值M，M为正数；
若是，数据处理主服务器经三号无线通信电路向用户的无线通信设备发送电池电量低报警信号，同时将电池剩余电量小于电池电量最小阈值M的电池单体编号信号发送出去；
否则，判断电池单体的剩余电量是否大于电池电量最大阈值N，若是，则数据处理主服务器经三号无线通信电路向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将电池剩余电量大于电池电量最大阈值N的电池单体编号信号发送出去；N为正数
否则，数据处理主服务器根据接收信号判断每个电池单体的充放电次数信号是否大于电池充放电次数最大阈值G，G为正数；
若电池单体的充放电次数信号是大于电池充放电次数最大阈值G，则数据处理主服务器经三号无线通信电路向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将充放电次数大于电池充放电次数最大阈值G的电池单体编号信号发送出去；
电池分拣的步骤；
该步骤中电池分拣机经四号无线通信电路接收三号无线通信电路发送的电池编号信号，电池分拣机根据接收的电池编号对电池单体进行电池分拣，实现基于大数据的电动汽车动力电池管理。
本发明采用大数据分布存储，基于快速计算与大数据的存储，且保证数据不遗失，同时在每个电动汽车上安装电池数据管理单元，实时对电动汽车中每个电池单体的信息进行检测，且仅在电池数据管理单元进行数据对应操作，在进行传输后释放存储空间，减少存储空间的要求且避免了现有安装在电动汽车上的电池管理系统数据丢失的问题。(1)实现了对电池数据的统一储存、管理。(2)实时对每个电池单体的情况进行检测报警，提高了电动汽车上电池组的电池使用寿命，避免了由于单个电池故障造成电池组无法使用而造成的浪费。(3)提高了电池单体分类的速度与精确度。
附图说明
图1为本发明所述基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统，它包括电池数据管理单元1、分布式数据处理单元2、数据处理主服务器3-1、三号无线通信电路3-2、四号无线通信电路4-2和电池分拣机4-1；
电池数据管理单元1设置在电动汽车上，它包括电池单体编号检测装置1-2、电池温度传感器1-1、电池电压传感器1-3、电池电流传感器1-4、时钟电路1-5、电池数据处理器1-6和一号无线通信电路1-7；
电池单体编号检测装置1-2用于采集电动汽车电池每个电池单体的编号，电池单体编号检测装置1-2的电池编号信号输出端连接电池数据处理器1-6的电池序号信号输入端；
电池温度传感器1-1用于采集电动汽车电池组内的温度信号，电池温度传感器1-1的温度信号输出端连接电池数据处理器1-6的温度信号输入端；
每个电池电压传感器1-3一一对应采集电动汽车电池组内一个电池单体的输出的电压信号，每个电池电压传感器1-3的信号输出端对应连接电池数据处理器1-6的一个电压信号输入端；
每个电池电流传感器1-4一一对应采集电动汽车电池组内一个电池单体输出的电流信号，电池电流传感器1-4的电流信号输出端对应连接电池数据处理器1-6的一个电流信号输入端；
时钟电路1-5的信号输出端连接电池数据处理器1-6的时钟信号输入端，电池数据处理器1-6通过一号无线通信电路1-7将具有编号的电池数据发送至分布式数据处理单元2；
分布式数据处理单元2包括n个数据处理子服务器2-2和n个二号无线通信电路2-1，每个数据处理子服务器2-2通过互联网连接，每个数据处理子服务器2-2的信号输出输入端均一一对应连接有一个二号无线通信电路2-1的信号输出输入端，二号无线通信电路2-1与一号无线通信电路1-7和三号无线通信电路3-2进行无线通信，三号无线通信电路3-2的信号输出输入端连接数据处理主服务器3-1的信号输出输入端，三号无线通信电路3-2与四号无线通信电路和用户的无线通讯设备进行无线通信，四号无线通信电路的信号输出输入端连接电池分拣机4-1的信号输出输入端，数据处理主服务器3-1的电池单体编号信号输入端连接电池单体编号检测装置1-2的信号输出端，n为大于1的整数。
本实施方式所述的电池单体编号检测装置采用射频技术实现采集电动汽车电池每个电池单体的编号，基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统简化了电池分选设备，减少人工测试环节，节约时间及成本，提高了电池分选效率及准确率；方便记录和管理分选电池过程中产生的数据，提高数据的安全性。
具体实施方式二、本实施方式是利用具体实施方式一所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法，该方法包括：
采集的步骤；
该步骤通过电池单体编号检测装置1-2检测电动汽车上电池组中电池单体的编号，
电池温度传感器1-1采集电动汽车上电池组中的温度，
电池电压传感器1-3采集电动汽车上电池组中电池单体输出的电压信号，
电池电流传感器1-4采集电动汽车上电池组中电池单体输出的电流信号；
并将采集到的电动汽车上电池组温度信号、电池单体输出的电压信号、电池单体输出的电流信号和电池组中电池单体的编号发送至电池数据处理器1-6；
电池编号与电池信息对应的步骤；
该步骤中电池数据处理器1-6将电池组温度信号、电池单体输出的电压信号和电池单体输出的电流信号与电池组中电池单体的编号和时间信号一一对应；并将对应后获得的具有编号的电池信号通过一号无线通信电路1-7通过无线的方式发送出去；
分布式信号存储与处理的步骤；
该步骤中分布式数据处理单元2通过二号无线通信电路2-1接收具有编号的电池信号，并将接收具有编号的电池信号发送至二号无线通信电路2-1所对应连接的数据处理子服务器2-2；
数据处理子服务器2-2将接收到的具有编号的电池信号进行分布存储，根据具有编号的电池信号计算出每个电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号，将每个电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号经二号无线通信电路2-1发送出去；
剩余电量判断的步骤；
该步骤中数据处理主服务器3-1通过三号无线通信电路3-2接收与自身存储的电池编号相对应的电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号；
数据处理主服务器3-1根据接收信号判断每个电池单体的剩余电量是否小于电池电量最小阈值M，
若是，数据处理主服务器3-1经三号无线通信电路3-2向用户的无线通信设备发送电池电量低报警信号，同时将电池剩余电量小于电池电量最小阈值M的电池单体编号信号发送出去；
否则，判断电池单体的剩余电量是否大于电池电量最大阈值N，若是，则数据处理主服务器3-1经三号无线通信电路3-2向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将电池剩余电量大于电池电量最大阈值N的电池单体编号信号发送出去；
否则，数据处理主服务器3-1根据接收信号判断每个电池单体的充放电次数信号是否大于电池充放电次数最大阈值G，
若电池单体的充放电次数信号是大于电池充放电次数最大阈值G，则数据处理主服务器3-1经三号无线通信电路3-2向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将充放电次数大于电池充放电次数最大阈值G的电池单体编号信号发送出去；
电池分拣的步骤；
该步骤中电池分拣机4-1经四号无线通信电路4-2接收三号无线通信电路3-2发送的电池编号信号，电池分拣机4-1根据接收的电池编号对电池单体进行电池分拣，实现基于大数据的电动汽车动力电池管理。
本实施方式中的电池编号是通过RFID电子标签实现的，通过RFID标签擦写模块写入指定标签编码，编码分两部分，分为：电池信息部分和位置信息部分。电池信息为电池出厂为电池写入的唯一身份标识；位置信息反映电池所在的汽车和所在汽车内电池箱的位置。以此把电池编码。数据管理分布式子服务器2所获取的数据，是从全新电池组安装在电动汽车上时刻开始获取的。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法的进一步说明，本实施方式中，电池判断的步骤还包括：
数据处理主服务器3-1根据接收信号判断每个电池单体的内阻是否大于电池最大内阻阈值P的子步骤，P为正数；
当电池单体的内阻大于电池最大内阻阈值P时，数据处理主服务器3-1经三号无线通信电路3-2向用户的无线通信设备发送电池电量低报警信号，同时将内阻大于电池最大内阻阈值P的电池单体编号信号发送出去。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式二或三所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法的进一步说明，本实施方式中，电池判断的步骤还包括：
数据处理主服务器3-1根据接收信号判断每个电池单体所处温度是否高于电池所处环境温度阈值Q的子步骤，Q为正数；
当电池单体所处温度高于电池所处环境温度阈值Q时，则数据处理主服务器3-1经三号无线通信电路3-2向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将电所处温度高于电池所处环境温度阈值Q的电池单体编号信号发送出去。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式二所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法的进一步说明，本实施方式中，数据处理主服务器3-1经三号无线通信电路3-2将剩余电量小于电池电量最小阈值M的电池单体的剩余电量信号、内阻和充放电次数信号和充放电次数大于电池充放电次数最大阈值G的电池单体的剩余电量、内阻和充放电次数信号均发送给四号无线通信电路4-2，G为正数；
电池分拣机4-1根据接收的电池单体的剩余电量信号、内阻和充放电次数信号对电池单体进行分组。
本实施方式可通过剩余电量、电池从放电次数和内阻将电池分为具有不同利用价值的不同组，电量过低的电池被用于分解和材料回收，剩余电量可再利用的电池重组后由于可用电量较小被用作备用电源使用例如通讯基站、医院学校等用电场所的应急电源；电池电量可再利用且内阻较小的电池重组后，由于内阻较小可用于有体积要求的用电设备上，例如景点观光车等；电池电量可再利用且内阻较大的电池重组后，由于内阻较大适合用作无体积要求的储能场所内，例如太阳能电站等。
Claims (5)
1.基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统，其特征在于，它包括电池数据管理单元(1)、分布式数据处理单元(2)、数据处理主服务器(3-1)、三号无线通信电路(3-2)、四号无线通信电路(4-2)和电池分拣机(4-1)；
电池数据管理单元(1)设置在电动汽车上，它包括电池单体编号检测装置(1-2)、电池温度传感器(1-1)、电池电压传感器(1-3)、电池电流传感器(1-4)、时钟电路(1-5)、电池数据处理器(1-6)和一号无线通信电路(1-7)；
电池单体编号检测装置(1-2)用于采集电动汽车电池每个电池单体的编号，电池单体编号检测装置(1-2)的电池编号信号输出端连接电池数据处理器(1-6)的电池序号信号输入端；
电池温度传感器(1-1)用于采集电动汽车电池组内的温度信号，电池温度传感器(1-1)的温度信号输出端连接电池数据处理器(1-6)的温度信号输入端；
每个电池电压传感器(1-3)一一对应采集电动汽车电池组内一个电池单体的输出的电压信号，每个电池电压传感器(1-3)的信号输出端对应连接电池数据处理器(1-6)的一个电压信号输入端；
每个电池电流传感器(1-4)一一对应采集电动汽车电池组内一个电池单体输出的电流信号，电池电流传感器(1-4)的电流信号输出端对应连接电池数据处理器(1-6)的一个电流信号输入端；
时钟电路(1-5)的信号输出端连接电池数据处理器(1-6)的时钟信号输入端，电池数据处理器(1-6)通过一号无线通信电路(1-7)将具有编号的电池数据发送至分布式数据处理单元(2)；
分布式数据处理单元(2)包括n个数据处理子服务器(2-2)和n个二号无线通信电路(2-1)，每个数据处理子服务器(2-2)通过互联网连接，每个数据处理子服务器(2-2)的信号输出输入端均一一对应连接有一个二号无线通信电路(2-1)的信号输出输入端，二号无线通信电路(2-1)与一号无线通信电路(1-7)和三号无线通信电路(3-2)进行无线通信，三号无线通信电路(3-2)的信号输出输入端连接数据处理主服务器(3-1)的信号输出输入端，三号无线通信电路(3-2)与四号无线通信电路(4-2)和用户的无线通讯设备进行无线通信，四号无线通信电路(4-2)的信号输出输入端连接电池分拣机(4-1)的信号输出输入端，数据处理主服务器(3-1)的电池单体编号信号输入端连接电池单体编号检测装置(1-2)的信号输出端，n为大于1的整数。
2.利用权利要求1所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法，其特征在于，该方法包括：
采集的步骤；
该步骤通过电池单体编号检测装置(1-2)检测电动汽车上电池组中电池单体的编号，
电池温度传感器(1-1)采集电动汽车上电池组中的温度，
电池电压传感器(1-3)采集电动汽车上电池组中电池单体输出的电压信号，
电池电流传感器(1-4)采集电动汽车上电池组中电池单体输出的电流信号；
并将采集到的电动汽车上电池组温度信号、电池单体输出的电压信号、电池单体输出的电流信号和电池组中电池单体的编号发送至电池数据处理器(1-6)；
电池编号与电池信息对应的步骤；
该步骤中电池数据处理器(1-6)将电池组温度信号、电池单体输出的电压信号和电池单体输出的电流信号与电池组中电池单体的编号和时间信号一一对应；并将对应后获得的具有编号的电池信号通过一号无线通信电路(1-7)通过无线的方式发送出去；
分布式信号存储与处理的步骤；
该步骤中分布式数据处理单元(2)通过二号无线通信电路(2-1)接收具有编号的电池信号，并将接收具有编号的电池信号发送至二号无线通信电路(2-1)所对应连接的数据处理子服务器(2-2)；
数据处理子服务器(2-2)将接收到的具有编号的电池信号进行分布存储，根据具有编号的电池信号计算出每个电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号，将每个电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号经二号无线通信电路(2-1)发送出去；
剩余电量判断的步骤；
该步骤中数据处理主服务器(3-1)通过三号无线通信电路(3-2)接收与自身存储的电池编号相对应的电池单体的内阻、剩余电量和电池单体的充放电次数信号；
数据处理主服务器(3-1)根据接收信号判断每个电池单体的剩余电量是否小于电池电量最小阈值M，M为整数；
若是，数据处理主服务器(3-1)经三号无线通信电路(3-2)向用户的无线通信设备发送电池电量低报警信号，同时将电池剩余电量小于电池电量最小阈值M的电池单体编号信号发送出去；
否则，判断电池单体的剩余电量是否大于电池电量最大阈值N，若是，则数据处理主服务器(3-1)经三号无线通信电路(3-2)向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将电池剩余电量大于电池电量最大阈值N的电池单体编号信号发送出去；N为正数；
否则，数据处理主服务器(3-1)根据接收信号判断每个电池单体的充放电次数信号是否大于电池充放电次数最大阈值G，G为正数；
若电池单体的充放电次数信号是大于电池充放电次数最大阈值G，则数据处理主服务器(3-1)经三号无线通信电路(3-2)向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将充放电次数大于电池充放电次数最大阈值G的电池单体编号信号发送出去；
电池分拣的步骤；
该步骤中电池分拣机(4-1)经四号无线通信电路(4-2)接收三号无线通信电路(3-2)发送的电池编号信号，电池分拣机(4-1)根据接收的电池编号对电池单体进行电池分拣，实现基于大数据的电动汽车动力电池管理。
3.根据权利要求2所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法，其特征在于，电池判断的步骤还包括：
数据处理主服务器(3-1)根据接收信号判断每个电池单体的内阻是否大于电池最大内阻阈值P的子步骤
当电池单体的内阻大于电池最大内阻阈值P时，数据处理主服务器(3-1)经三号无线通信电路(3-2)向用户的无线通信设备发送电池电量低报警信号，同时将内阻大于电池最大内阻阈值P的电池单体编号信号发送出去，P为正数。
4.根据权利要求2或3所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法，其特征在于，电池判断的步骤还包括：
数据处理主服务器(3-1)根据接收信号判断每个电池单体所处温度是否高于电池所处环境温度阈值Q的子步骤，Q为正数；
当电池单体所处温度高于电池所处环境温度阈值Q时，则数据处理主服务器(3-1)经三号无线通信电路(3-2)向用户的无线通信设备发送报警信号，同时将电所处温度高于电池所处环境温度阈值Q的电池单体编号信号发送出去。
5.根据权利要求2或3所述的基于大数据的用于电池梯次利用的电动汽车动力电池管理系统的电池管理方法，数据处理主服务器(3-1)经三号无线通信电路(3-2)将剩余电量小于电池电量最小阈值M的电池单体的剩余电量信号、内阻和充放电次数信号和充放电次数大于电池充放电次数最大阈值G的电池单体的剩余电量、内阻和充放电次数信号均发送给四号无线通信电路(4-2)，G为正数；电池分拣机(4-1)根据接收的电池单体的剩余电量信号、内阻和充放电次数信号对电池单体进行分组。
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