CN110146820A - 实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置与方法，主要用于高速采样氢燃料电池电堆系统各单体电芯的模拟电压，经过信号调理和抗干扰处理后进行模数转换，转换电压数据再高速上传到BMS主控单元和后台服务器，以实现对氢燃料电池电堆系统各功能部件的精确控制及后台大数据分析和挖掘。与现有技术相比，本发明的优点在于利用分布式同步采样技术，实现了电芯电压的高速同步采集，同时采用以太网交换机组建本地局域网实现数据远程高速传输，通过增加服务器数量并利用多线程技术可以实现分布式数据采集，扩展同时在线的设备数量，实现对氢燃料电池的远程管理、监控和大数据挖掘，这种组网通信方式效率高、通信速率快、实时性好。

Description

实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置与方法

技术领域

本发明涉及氢燃料电池技术领域，更为具体地，涉及一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置与方法。

背景技术

随着全球环境气候的恶化以及煤、石油、天然气等一次能源的短缺，我国近几年大力发展新能源汽车，据中国汽车工业协会统计数据：2018年1～11月，我国新能源汽车产销分别完成105.4万辆和103万辆，比上年同期分别增长63.6％和68％。以电代油，节能减排，既符合我国的国情，也代表了世界汽车产业发展的方向。而在众多清洁能源中，氢燃料电池因具有零排放、无污染，高效和高功率密度等突出优点，被人们公认是最具有发展前景的动力源，目前许多国家和各大汽车巨头都投入了巨大的精力致力于相关核心技术的研究，以降低其制造成本，加速商业化进程。

氢燃料电池是一种特殊的电能发生装置，不同于铅酸蓄电池和锂离子电池的充放电过程，它是通过燃料(氢气)和氧化剂(氧气或空气)在催化剂作用下发生的电化学反应，直接将化学能转化成电能，其实质是电解水的逆过程，整个反应过程中不涉及燃烧反应，故能量转化效率高，并且反应的唯一产物是水，而生成的水还能用于循环制氢，整个过程清洁环保。

尽管氢燃料电池具有众多突出的优点，但它与一般动力蓄电池相比，也有其不足之处，其一，单节电芯电压平台偏低，通常情况下，单节燃料电芯的理论电压值为1.2V，实际操作电压值一般为0.6V～0.8V，甚至更低，所以实际应用中会将多节燃料电芯串联成组形成燃料电池电堆，向外电路供电；其二，输出伏安特性较软，功率变化范围较大，即当承担的负载功率增大时，燃料电池输出电压下降的斜率要远大于一般动力蓄电池，当出现负载波动的情况时，燃料电池输出电压的波动要比一般动力蓄电池的波动大很多。

对于有多种气体参与的氢燃料电池电化学反应，电池实际运行时的电动势以及输出的电量由Nernst方程决定，燃料和氧化剂的消耗服从法拉第定律，具体来说取决于：氢燃料电池的实际反应温度T，氢气有效分压PH2，氧气有效分压PO2。鉴于氢燃料电池本身是一个非常复杂的非线性电源系统，其输出电能特性不仅受到电池内部结构的影响，同时也受温度、气体压力、气体流量以及负载等因素的制约，所以对氢燃料电池管理系统提出了更为严苛的要求，它需要具备较高的实时性和准确性来检测每个电池单体的输出电压数据，通过运算处理后对氢气进气阀、氢气侧排水阀、氧气进气阀、氧气侧排水阀等电磁阀工作状态进行准确的控制，以实现对氢燃料电池电堆系统实际的氢气进气压力值、氢气排气压力值、氧气进气压力值、氧气排气压力值、冷却水进口温度以及冷却水出口温度等自变量的精确调节，从而达到控制氢燃料电池电堆内单体电芯电压稳定输出的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置与方法，彻底改变了原来用于锂离子电池组的电压采集方法和通信机制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，包括高压采集模块和通信传输模块，高压采集模块与通信传输模块连接；所述高压采集模块包括放大器、滤波器、CPU和集成在CPU中的ADC模块，所述放大器用于对电芯电压模拟输入信号进行放大，并将放大后的模拟信号输出到滤波器进行滤波处理，然后将滤波处理后的信号输入到CPU中的ADC模块进行AD转换，AD转换得到的数字信号交由CPU处理、平滑滤波及TCP/IP封装后为下一步的数据传输做准备；且每一路电芯电压模拟量输入都对应单路运放调理、信号滤波和ADC通道；所述通信传输模块包括高速传输模块和低速传输模块，所述高速传输模块包括集成在CPU中的MAC控制器、PHY收发器、设置有网络变压器的RJ接口、以太网交换机，所述PHY收发器与MAC控制器连接，所述设置有网络变压器的RJ接口与PHY收发器连接，所述以太网交换机与设置有网络变压器的RJ接口连接；由所述以太网交换机接入本地局域网；本地局域网还包括管理员客户端、用户客户端、数据库服务器、数据采集服务器和地址转发服务器；所述管理员客户端与以太网交换机连接，所述用户客户端与以太网交换机连接，所述数据库服务器与以太网交换机连接，所述数据采集服务器与以太网交换机连接，所述地址转发服务器与以太网交换机连接；所述低速传输模块包括集成在CPU中的CAN控制器、差分隔离器、CAN收发器及CAN接口，多个BMU之间可以通过标准CAN总线互联，并与BCU主控单元构成分布式CAN网络拓扑以满足车载总成通信规约要求。

进一步的，包括SRAM存储器件，所述SRAM存储器件与所述CPU连接。

进一步的，所述CPU4包括STM32F407ZGT6。

进一步的，BMU和地址转发服务器及数据采集服务器采用网络套接字通信方式，数据采集服务器、地址转发服务器、数据库服务器以及管理员客户端、用户客户端相互之间均采用Windows通讯接口通信。

进一步的，所述数据采集服务器包括阿里云平台的云服务器ECS，在数据采集服务器上设置有数据采集服务端，该数据采集服务端使用TCP/IP协议，在端口监听BMU上传的数据并解析数据。

进一步的，BMU供电电源与外部进行电隔离，BMU内部模拟采集电路部分直接受控于CPU，通信传输模块的CAN总线和以太网通信与外部进行磁隔离，在分布式数据采集系统中各个BMU之间相互独立。

进一步的，BMU还连接有FLASH存储器，用于存储故障报告和事件顺序记录。

进一步的，所述数据库服务器包括阿里云平台的云数据库RDS。

进一步的，用户客户端用于查询和访问数据库资源，管理员客户端具有设置和修改相应配置与定值的权限。

一种基于任一所述的实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置的方法，包括如下流程：

CPU4内部存储器能够管理的地址大小为4GB，其中从0x60000000到0x9FFFFFFF共1GB的空间分给了外部内存，并由FSMC来接管；FSMC将1GB的外部内存划分为固定大小为256MB的四个Bank区域，并分别对应CPU内部寻址空间的不同地址范围；每个Bank区域内部256MB存储空间又被分成4个小块，每块64MB，各自有相应的控制引脚用于连接外部存储器的片选信号；CPU通过FSMC实现代码从扩展的外部存储器SRAM中直接运行，而不需要首先调入内部SRAM，数据存取访问速度极大提高。

在分布式数据采集系统中，BMU首先是发送请求到地址转发服务器的IP和端口,以获取数据采集服务器信息，并根据当前的服务器负载程度自动分配较空闲的数据采集服务器的IP和端口发送给请求地址的BMU，然后BMU再根据获取的IP地址和端口访问对应的数据采集服务器，并建立数据链接。数据采集服务器上数据采集服务端对数据进行解析后把数据保存在RDS，客户端再通过RDS查询和浏览数据。

本发明的有益效果是：

(1)与现有技术相比，本发明彻底改变了原来用于锂离子电池组的电压采集方法和通信机制，相关详细对比分析见具体实施例。

(2)在本发明的实施例中，例如实施例1中的高速采集部分可以包含高精度仪表放大器、抗干扰滤波器和集成在CPU之中的ADC，主要完成对模拟输入信号的放大、滤波、采样等任务。不同于现有产品广泛采用的单运放切换开关分时采样方法，本发明实行分布式同步采样技术，即每个电芯电压模拟量输入都对应单独的运放调理、信号滤波和ADC通道，这样可以解决切换开关操作时间过长、电压抖动的问题。AD转换得到的数字信号交由CPU处理、平滑滤波及TCP/IP封装后为下一步的数据传输做准备。数据采样速率要达到BMU设计目标10Ksps，仅依靠CPU内部的SRAM空间难免会造成数据溢出，因此外部扩展了2MB(1Mx16bit)空间带先进先出(FIFO)功能的SRAM存储器件，SRAM内部存储单元通过行地址和列地址寻址的方式来访问数据。FIFO存储器是系统的缓冲环节，利用它来设计数据传送通道可以实现高速数据吞吐，匹配具有不同传输速率的系统进程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为氢燃料电池电堆系统BMS功能拓扑结构图。

图2为专用BMS模拟前端采集芯片内部结构和外部链接关系图。

图3为利用开关分时切换采样方式的典型应用电路图。

图4为高速采集与传输系统组成框图。

图5为BMU高速采集部分详细原理框图。

图6为BMU电压信号调理电路原理图。

图7为BMU内模拟采集电路部分供电转换关系及多个BMU之间供电结构关系图。

图中，1-模拟信号输入，2-放大器，3-滤波器，4-CPU，5-SRAM存储器件，6-FLASH存储器，7-差分隔离器，8-CAN接口，9-BCU主控单元，10-PHY收发器，11-RJ45接口，12-以太网交换机，13-管理员客户端，14-用户客户端，15-数据库服务器，16-数据采集服务器，17-地址转发服务器。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书中公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

如图1～7所示，一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，包括高压采集模块和通信传输模块，高压采集模块与通信传输模块连接；所述高压采集模块包括放大器2、滤波器3、CPU4和集成在CPU4中的ADC模块，所述放大器2用于对电芯电压模拟输入信号进行放大，并将放大后的模拟信号输出到滤波器3进行滤波处理，然后将滤波处理后的信号输入到CPU4中的ADC模块进行AD转换，AD转换得到的数字信号交由CPU4处理、平滑滤波及TCP/IP封装后为下一步的数据传输做准备；且每一路电芯电压模拟量输入都对应单路运放调理、信号滤波和ADC通道；所述通信传输模块包括高速传输模块和低速传输模块，所述高速传输模块包括集成在CPU 4中的MAC控制器、PHY收发器10、设置有网络变压器的RJ45接口11、以太网交换机12，所述PHY收发器10与MAC控制器连接，所述设置有网络变压器的RJ45接口11与PHY收发器10连接，所述以太网交换机12与设置有网络变压器的RJ45接口11连接；由所述以太网交换机12接入本地局域网；本地局域网还包括管理员客户端13、用户客户端14、数据库服务器15、数据采集服务器16和地址转发服务器17；所述管理员客户端13与以太网交换机12连接，所述用户客户端14与以太网交换机12连接，所述数据库服务器15与以太网交换机12连接，所述数据采集服务器16与以太网交换机12连接，所述地址转发服务器17与以太网交换机12连接；所述低速传输模块包括集成在CPU4中的CAN控制器、差分隔离器7、CAN收发器及CAN接口8，多个BMU之间可以通过标准CAN总线互联，并与BCU主控单元9构成分布式CAN网络拓扑以满足车载总成通信规约要求。

进一步的，包括SRAM存储器件5，所述SRAM存储器件5与所述CPU4连接。

进一步的，所述CPU4包括STM32F407ZGT6。

进一步的，BMU和地址转发服务器17及数据采集服务器16采用网络套接字通信方式，数据采集服务器16、地址转发服务器17、数据库服务器15以及管理员客户端13、用户客户端14相互之间均采用Windows通讯接口通信。

进一步的，所述数据采集服务器包括阿里云平台的云服务器ECS，在数据采集服务器上设置有数据采集服务端，该数据采集服务端使用TCP/IP协议，在端口监听BMU上传的数据并解析数据。

进一步的，BMU供电电源与外部进行电隔离，BMU内部模拟采集电路部分直接受控于CPU，通信传输模块的CAN总线和以太网通信与外部进行磁隔离，在分布式数据采集系统中各个BMU之间相互独立。

进一步的，BMU还连接有FLASH存储器6，用于存储故障报告和事件顺序记录。

进一步的，所述数据库服务器包括阿里云平台的云数据库RDS。

进一步的，用户客户端14用于查询和访问数据库资源，管理员客户端13具有设置和修改相应配置与定值的权限。

一种基于任一所述的实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置的方法，包括如下流程：

CPU4内部存储器能够管理的地址大小为4GB，其中从0x60000000到0x9FFFFFFF共1GB的空间分给了外部内存，并由FSMC来接管；FSMC将1GB的外部内存划分为固定大小为256MB的四个Bank区域，并分别对应CPU内部寻址空间的不同地址范围；每个Bank区域内部256MB存储空间又被分成4个小块，每块64MB，各自有相应的控制引脚用于连接外部存储器的片选信号；CPU通过FSMC实现代码从扩展的外部存储器SRAM中直接运行，而不需要首先调入内部SRAM，数据存取访问速度极大提高。

在分布式数据采集系统中，BMU首先是发送请求到地址转发服务器的IP和端口,以获取数据采集服务器信息，并根据当前的服务器负载程度自动分配较空闲的数据采集服务器的IP和端口发送给请求地址的BMU，然后BMU再根据获取的IP地址和端口访问对应的数据采集服务器，并建立数据链接。数据采集服务器上数据采集服务端对数据进行解析后把数据保存在RDS，客户端再通过RDS查询和浏览数据。

实施例1

如图4所示，一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，包括高压采集模块和通信传输模块，高压采集模块与通信传输模块连接；高压采集模块包括放大器2、滤波器3、CPU4和集成在CPU4中的ADC模块，放大器2用于对电芯电压模拟输入信号进行放大，并将放大后的模拟信号输出到滤波器3进行滤波处理，然后将滤波处理后的信号输入到CPU4中的ADC模块进行AD转换，AD转换得到的数字信号交由CPU4处理、平滑滤波及TCP/IP封装后为下一步的数据传输做准备；且每一路电芯电压模拟量输入都对应单路运放调理、信号滤波和ADC通道；通信传输模块包括高速传输模块和低速传输模块，高速传输模块包括集成在CPU 4中的MAC控制器、PHY收发器10、设置有网络变压器的RJ45接口11、以太网交换机12，PHY收发器10与MAC控制器连接，设置有网络变压器的RJ45接口11与PHY收发器10连接，以太网交换机12与设置有网络变压器的RJ45接口11连接；由以太网交换机12接入本地局域网；本地局域网还包括管理员客户端13、用户客户端14、数据库服务器15、数据采集服务器16和地址转发服务器17；管理员客户端13与以太网交换机12连接，用户客户端14与以太网交换机12连接，数据库服务器15与以太网交换机12连接，数据采集服务器16与以太网交换机12连接，地址转发服务器17与以太网交换机12连接；低速传输模块包括集成在CPU4中的CAN控制器、差分隔离器7、CAN收发器及CAN接口8，多个BMU之间可以通过标准CAN总线互联，并与BCU主控单元9构成分布式CAN网络拓扑以满足车载总成通信规约要求。

在本实施例中，本发明涉及一种氢燃料电池电动汽车(FCEV)电池管理系统(BMS)的从控检测单元(BMU)，属于FCEV三电系统中的电控部分零部件，主要用于高速采样氢燃料电池电堆系统各单体电芯的模拟电压，经过信号调理和抗干扰处理后进行模数转换(ADC)，转换电压数据再高速上传到BMS主控单元(BCU)和后台服务器，以实现对氢燃料电池电堆系统各功能部件的精确控制及后台大数据分析和挖掘。

依据电动汽车不同的车型，一般需要将多个氢燃料电池电堆进行串并联以达到几百伏甚至上千伏的电压平台，而每个电堆中就包含有几百片单体电芯，这些数量庞大的燃料电芯在工作过程中均需要BMS进行实时监控，以保证安全可靠和运行稳定。

基于氢燃料电池电芯结构，BMS多采用分布式拓扑，如图1所示，它包括1个主控单元(BCU)，1个绝缘监测单元(HVU)和若干个从控检测单元(BMU)来为电堆系统提供完善的保护，可实现对电堆系统总电压、总电流、单体电芯电压、温度等多种参数在线检测及故障报警；能够估算电堆系统的剩余电量(SOC)和功率输出能力(SOP)；实时监测正负母线绝缘电阻，进行漏电保护；通过控制各种继电器和电磁阀的工作状态来达到电堆系统功率输出的目的。BCU和BMU之间通过内部高速CAN总线进行互联，完成数据的实时传输与交互，BCU对接收到的各种模拟量和开关量数据进行运算处理后，开展核心算法计算和逻辑保护判断，并按照用户规定的整车通信协议将相应数据信息通过整车CAN总线与整车CAN上的各个总成部件如整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和组合仪表盘(INS)等进行交互通信。

氢燃料电池与属于储能装置的锂离子电池工作原理不一样，它的输出电压和功率流动完全取决于电堆内氢气和氧气(或空气)有效分压和反应温度，因此需要BMU对电堆内各单体电芯进行高速采集，并将带有时间戳的采样数据高速实时上传至BCU和后台服务器。BCU能否实现高速实时采集与传输，关键取决于其内部所采用的电路采集方案。目前，市场上针对氢燃料电池电压的采集方案基本上直接沿用了现阶段比较成熟的锂离子电池组的电压采集方案，主要有两种，列举如下：

其一，专用的BMS模拟前端(AFE)采集芯片，例如德州仪器(TI)的BQ76PL455A-Q1，凌特公司(LINEAR)的LTC6803、LTC6804，美信公司(MAXIM)的MAX17830等等之类，这些高度集成的AFE采集芯片(IC)具有诸多优势，例如集成度高，单片IC即可采样多达12～16通道的电芯电压，同时具备温度采样端口及故障诊断功能，极大的简化了电路设计；内部ADC分辨率高，12～16位的转换精度可实现电芯电压的高精度采集；支持堆叠和级联设计，IC间利用菊花链串行通信或差分通信，方便资源扩展，BMU采集端口数量可灵活配置，图2为这类IC典型的内部结构和外部链接关系。

其二，采用切换开关+信号调理+高精度ADC等分立器件组成的采集方案，前端切换开关一般由光耦继电器、MOS管或信号继电器构成，信号调理部分主要由输入抗干扰滤波和运算放大电路构成，作用是与后端ADC进行信号匹配，这种利用开关分时切换的采样方式其典型应用电路如3图所示。为便于理解，图中示例画了6节单体电芯cell1-cell6，各电芯正负极首尾相连，并依次连接到切换开关K1-K7，奇数类切换开关K1、K3、K5、K7汇接在一起，偶数类切换开关K2、K4、K6汇接在一起，并通过带转换触点切换开关K8、K9连接至信号调理电路，K8、K9的作用是在选通单体电芯时倒换正负极，以保证进入ADC的电极性始终为正电压。

现有BMU产品广泛采用上述的两种电压采集方案，虽有各自的优点，但其缺点也非常明显。第一种电压采集方案利用专用的AFE芯片，芯片内部的模拟基准和数字电源都由线性调压器和电荷泵产生，而线性调压器和电荷泵的输入来自于该AFE芯片所管理的电芯串联总压(如图2芯片内的DCIN\GNDL分别为供电正\供电负)，每种AFE芯片对电源输入即所管理的电芯串联总压是有最低要求的，低于最低输入阈值就不能正常工作，例如MAXIM的MAX17830最低工作电压为9V，由于此芯片采集和管理12节电芯，那就要求每节电芯平均电压不能低于9V/12＝0.75V，这对锂离子电池是不成问题的，因为单节锂离子电池最低电压不会小于2.5V，但是单节燃料电芯的操作电压值可能低于0.6V，极易导致AFE芯片工作失效；其次，在AFE芯片堆叠使用时，由于芯片间采用菊花链式级联结构，从最低端到最高端芯片间共模电平是逐渐升高的，各芯片上采样引脚有其固有电位关系，因此在插接电池侧采集线束到BMU上的各个采集端口时必须依照从最低电位端到最高电位端的顺序，不然容易导致AFE芯片击穿；最后，在菊花链式级联结构中，如果其中一片AFE芯片出现通信故障或者损坏，那么从它开始以上所有芯片均会处于离线状态。至于第二种由分立器件组成的采集方案具有器件选型灵活和配置方便的优点，但是却有开关切换时间过长、选通逻辑复杂、易造成电芯短路的危险。况且上述两种方案均是直接沿用锂离子电池组的电压采集方案，氢燃料电池与锂离子电池电化学反应机理不一样，用于后者BMU的电压巡检周期一般在100ms～1s，CAN总线通信速率一般为250Kbps，这显然不太满足氢燃料电池高速采集与实时传输的要求，解决现有产品以上问题的技术难点在于如何同时实现高速采集和高速实时上传，高速采集必然产生大量数据流，而采集、处理、存储与传输之间需要具有很高的匹配度，单纯提高某一环节的速度并不能解决这些问题，必须改变整个BMU的电路结构和采集传输方法。

本方案选用的微处理器(CPU)平台是意法半导体(ST)的STM32F407ZGT6，它是整个BMU的运算核心和控制核心，采用32位高性能ARM Cortex-M4处理器内核，时钟高达168MHz，支持浮点运算(FPU)和DSP指令，自带1024K的FLASH存储容量和192K的SRAM缓存空间，内部具有3个12位ADC，多达24个外部测试通道，能够实现3通道同时采样，采样率高达2.4MSPS，同时还具有2个CAN总线接口和1个以太网MAC控制器，具备16个带FIFO缓冲功能DMA通道，可以极大地提高数据的吞吐率和传输速度，避免频繁的总线操作，减轻CPU的负担；另外，STM32F407ZGT6内的定时器、SPI、IIC、USART和I/O端口等外设资源也非常丰富，方便功能扩展。

总体来说，该款CPU芯片数据处理能力强，运行速度快，存储空间大，资源丰富，能够满足本方案复杂控制算法和高实时性的技术要求，从CPU平台的选择上这是不同于现有产品的一个重要方面。

与现有技术相比，本方案彻底改变了原来用于锂离子电池组的电压采集方法和通信机制，具体的系统组成框图如图4所示。虚线框18是BMU内部各功能模块组成连接关系，它由两部分构成：高速采集部分和通信传输部分。

高速采集部分包含高精度仪表放大器2、抗干扰滤波器3和集成在CPU 4之中的ADC，主要完成对模拟输入信号1的放大、滤波、采样等任务。不同于现有产品广泛采用的单运放切换开关分时采样方法，本方案实行分布式同步采样技术，即每个电芯电压模拟量输入都对应单独的运放调理、信号滤波和ADC通道，这样可以解决切换开关操作时间过长、电压抖动的问题。AD转换得到的数字信号交由CPU处理、平滑滤波及TCP/IP封装后为下一步的数据传输做准备，数据采样速率要达到BMU设计目标10Ksps，仅依靠CPU内部的SRAM空间难免会造成数据溢出，因此外部扩展了2MB(1M x 16bit)空间带先进先出(FIFO)功能的SRAM存储器件5，SRAM内部存储单元通过行地址和列地址寻址的方式来访问数据。FIFO存储器是系统的缓冲环节，利用它来设计数据传送通道可以实现高速数据吞吐，匹配具有不同传输速率的系统进程。

CPU内部集成有FSMC总线控制器，它是采用存储器映射的方式来进行通信，能管理外部多个不同种类的存储设备，支持包括SRAM、NOR Flash和NAND Flash等存储器，FSMC的代码可以采用ST官方库函数来实现，具有方便，简单，快捷的优点。CPU内部存储器能够管理的地址大小为4GB，其中从0x60000000到0x9FFFFFFF共1GB的空间分给了外部内存，并由FSMC来接管。FSMC将1GB的外部内存划分为固定大小为256MB的四个Bank区域，并分别对应CPU内部寻址空间的不同地址范围。每个Bank区域内部256MB存储空间又被分成4个小块，每块64MB，各自有相应的控制引脚用于连接外部存储器的片选信号。CPU通过FSMC可实现代码从扩展的外部存储器SRAM中直接运行，而不需要首先调入内部SRAM，数据存取访问速度极大提高。

通信传输模块分为高速传输和低速传输两部分，以实现不同数据内容信息和不同互联设备的兼容性设计。高速传输部分由集成在CPU4之中的MAC控制器、PHY收发器10和带网络变压器的RJ45接口11组成，并链接到10Mbps/100Mbps自适应以太网交换机12组成本地局域网。本地局域网中还包括客服端(管理员)13、客服端(用户)14、数据库服务器15、数据采集服务器16和地址转发服务器17，它们都链接在以太网交换机12上。BMU和地址转发服务器17及数据采集服务器16采用网络套接字(SOCKET)通信方式，数据采集服务器16、地址转发服务器17、数据库服务器15以及客户端(13-14)相互之间均采用Windows通讯接口(WCF)通信。

本方案中的BMU采用以太网的通讯方式来实现远程数据传输功能，实时上传总电流、总电压、温度、报警、单体电压等数据到数据采集服务器16并保存到数据库服务器15，通过使用配套的客户端软件访问数据库，可以查看实时数据以及历史记录，实现对氢燃料电池的远程管理、监控和大数据挖掘，这种组网通信方式效率高、实时性好，是目前现有产品所不具备的。

数据采集服务器利用的是阿里云平台的云服务器(ECS)，并对多台ECS进行负载均衡，保证在大量BMU或其它设备同时连接的情况下，服务器具有足够的吞吐量和处理能力。数据采集服务器上根据不同需求会安装定制开发的数据采集服务端，该数据采集服务端使用TCP/IP协议，在指定端口监听BMU或其它设备上传的数据并解析数据。通过采用多线程技术，在带宽允许的情况下单台数据采集服务端最大支持几百台设备同时在线，图4中只布置了1台数据采集服务器，但可以根据实际应用环境增加服务器数量，并部署该数据采集服务端，实现分布式数据采集，来扩展同时在线的设备数量。

数据库服务器采用的是阿里云平台的云数据库(RDS)，RDS是一种稳定可靠、可弹性伸缩的在线数据库服务。在分布式数据采集系统中，BMU首先是发送请求到地址转发服务器的IP和端口,以获取数据采集服务器信息，并根据当前的服务器负载程度自动分配较空闲的数据采集服务器的IP和端口发送给请求地址的BMU，然后BMU再根据获取的IP地址和端口访问对应的数据采集服务器，并建立数据链接。数据采集服务器上数据采集服务端对数据进行解析后把数据保存在RDS，客户端再通过RDS查询和浏览数据。客户端根据权限管理要求分为“管理员”和“用户”两个层面，“用户”只能查询和访问数据库资源，而“管理员”还有设置和修改相应配置与定值的权限。

低速传输部分由集成在CPU 4之中的CAN控制器、差分隔离器7、CAN收发器及CAN接口8组成，多个BMU之间可以通过标准CAN总线互联，并与BCU主控单元9构成分布式CAN网络拓扑以满足车载总成通信规约要求，车载CAN总线通信速率一般为250Kbps，可靠性高，但对于观察氢燃料电池在工作中各电芯电压的微观变化却是力所不及。

BMU还连接有4MB(4M x 8bit)外部FLASH存储器6，用来存储故障报告和事件顺序记录(SOE)，故障报告指的是电池状况的异常以及装置自身的异常。比如单体欠压告警、过温告警、通信异常、定值/配置校验异常等等；事件顺序记录指的是装置自身发生遥信变位和遥控动作时，BMU会自动记录下开关变位时间、变位原因以及跳闸动作时相应的遥测量值(如相应的电池电压、放电电流、温度等)，形成SOE记录，以便于事后分析和故障回放。

采用本方案设计的BMU可以同步采集15节串联的单体电芯电压，电压采样范围是-1.25V～2.05V，采样精度是0.25％FS±1mV，数据采样速率设计目标为10Ksps，并能高速实时上传。图5为图4中的高速采集部分展开后的详细原理框图，21为氢燃料电池组，22为高精度仪表放大器，23为π型RC滤波电路，24为集成在CPU内的ADC。

为了实现电芯电压的高速同步采集，本方案采用了分布式同步采样技术，即每个电芯电压模拟量输入都对应单独的运放调理、信号滤波和ADC通道，这样可以解决前述第二种利用分立器件组成的采集方案所带来的开关切换时间过长、选通逻辑复杂和易造成电芯短路等弊端。外部电池电压通过采样线束和采样端口进入BMU后，直接连接到BMU内部的高精度仪表放大器22进行模拟信号预处理，将电压调理到合适的范围以匹配后端的ADC输入，经过运放处理后的电压信号再通过π型滤波电路23平滑滤波以去除不需要的谐波和高频干扰，得到干净纯洁的电压信号输入到CPU内的ADC进行模数转换。STM32F407ZGT6内部具有3个12位ADC，多达24个外部测试通道，能够实现3通道同步采样，这样外部15节电池电压AIN1～AIN15进入BMU后将被分成3组，每组5路，依次分配到CPU内部的3个ADC，单个ADC采样率高达2.4MSPS，ADC转换完成后以直接内存访问(DMA)的方式将转换结果传递到CPU内的逻辑运算单元(ALU)进行运算处理和逻辑判断。在DMA模式下，CPU只须向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数据的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU，这样在很大程度上减轻了CPU资源占有率，可以大大节省系统处理时间。

图6是图5中信号调理部分的电路原理图，D1、D2、D3、D4为瞬变电压抑制二极管(TVS)，作用是吸收电池端串入的浪涌电压和瞬态过压脉冲，保护仪表放大器U1和CPU的管脚不被击穿损坏；F1和F2为自恢复保险丝(PPTC)，它是一种正温度系数热敏电阻，能在电流浪涌过大、温度过高时对电路起保护作用；由于氢燃料电池电压平台比较低，单节电芯理论电压值只有1.2V，实际工作电压可能在0.6V左右，发生故障时甚至为负值，因此对于运放U1的选择至关重要，要求精度高、失调电压小、温度漂移系数小，另外本方案采样电路采用电芯独立运放堆叠式设计，故而对运放共模电压范围有具体要求，最高节电芯所连接运放的共模电压水平最高，其值在电池电压最大时不能超过运放的共模电压上限，否则会发生上削顶失真，同时因为采样信号电压幅度比较小，所以必须选用双电源运放，否则会因运放内部晶体管的饱和压降导致下削顶失真，本方案综合各种指标后选择了TI公司的INA105KU作为采样电路的运算放大器，电阻R1、R2、R3、R4阻值相等，利用CMOS工艺均集成在INA105KU芯片内部，匹配一致性非常好。考虑到发生故障时电池电压可能为负值，对运放正向一端施加了1.25V的电压基准VREF，将-1.25V～2.05V的电压输入范围抬升到0V～3.3V，以匹配后端的ADC电压采样范围。

为了降低信号噪声，提高采样精度，图中由C5、C6、C7、R5、R6组成二阶π型RC滤波电路对经过运放调理后的电压信号进行平滑滤波处理。其中C5、C6、C7是滤波电容，R5、R6是滤波电阻，从运放输出的电压信号首先经过C5、R5、C6构成的第一级π型滤波电路，将大部分的噪声和交流成分滤除，再经过由C6、R6、C7构成的第二级π型滤波电路，进一步对噪声干扰信号进行滤波，所以滤波效果更好。在选取参数时，电容C5、C6、C7的取值可按照阶梯数量级进行确定以保证最好的滤波效果，电阻R5、R6取值不宜过大，一般几个至几十欧姆，以降低有效电压信号在电阻上的损耗和衰减。

BMU的供电电源取自外部车载铅酸蓄电瓶的电能，小车为12Vdc，大车为24Vdc，这个直流电压进入BMU后直接通过隔离型直流-直流(DC/DC)变换成稳定的24Vdc输出，图5和图6所包含的模拟采集电路部分的供电电源VDD、基准VREF都是由隔离型DC/DC输出的24Vdc进一步转换而来，它们均和车载铅酸蓄电瓶电源电压进行了电隔离，不共地，图7展示了BMU内模拟采集电路部分供电转换关系及多个BMU之间供电结构关系。

BMU内模拟采集电路部分的供电电源不是来自它所采集和管理的串联电池组，而是来自车载铅酸蓄电瓶，并经过独立的隔离型DC/DC转换而来，因此就不存在前述第一种利用专用AFE芯片的采集方案所带来的因串联电池组总压过低而导致芯片工作失效的风险。

采用前述第一种采集方案的BMU，当需要增加其采集和管理的电池电压节数时，必须采用菊花链式级联结构将2片甚至多片AFE芯片堆叠使用，这样从最低端到最高端芯片间共模电平是逐渐升高的，各芯片上采样引脚有其固有电位关系，因此在插接电池侧采集线束到BMU上的各个采集端口时必须依照从最低电位端到最高电位端的顺序，不然容易导致AFE芯片击穿。但采用本方案的BMU如果需要增加其采集和管理的电池电压节数时，只需要扩展对应的运放调理、信号滤波电路即可，各个模拟采集电路部分因独立隔离供电，不存在共模电平的阶梯升高问题，也就彻底解决了因人工误操作导致AFE芯片击穿的弊端。

采用前述第一种采集方案的BMU，当采用菊花链式级联结构将2片甚至多片AFE芯片堆叠使用时，各AFE芯片间通过菊花链串行通信或差分通信，上行或下行都是一级一级的往上或往下传递交互，如果其中一片AFE芯片出现通信故障或者损坏，那么从它开始以上所有芯片均会处于离线状态，这是菊花链式级联结构的致命弱点。但采用本方案的BMU供电电源均与外部完全电隔离，内部模拟采集电路部分直接受控于CPU，收发数据包的CAN总线和以太网通信又与外部进行了磁隔离，各个BMU之间相互独立，互不影响，彻底解决了因AFE芯片故障或损坏导致采集通信瘫痪的问题。

根据国家最新的补贴政策来看，锂电池电动汽车最近几年补贴逐年退坡，但氢燃料电池汽车仍保持着高额财政补贴不变，新能源汽车的产业化重点正向氢燃料电池汽车方向拓展与倾斜，在这种背景下，氢燃料电池电动汽车BMU仍沿用着锂电池组的电压采集方案，这些方案已然匹配不了氢燃料电池内部电化学反应机理，无法满足氢燃料电池高速采集与实时传输的要求。本方案针对现有技术的缺陷提出了一种全新的电压采集方法和通信机制，解决了同时实现高速采集和数据实时上传的技术难点，具有较大的实用价值。

本方案的优点在于利用分布式同步采样技术，实现了电芯电压的高速同步采集，同时采用以太网交换机组建本地局域网实现数据远程高速传输，通过增加服务器数量并利用多线程技术可以实现分布式数据采集，扩展同时在线的设备数量，实现对氢燃料电池的远程管理、监控和大数据挖掘，这种组网通信方式效率高、通信速率快、实时性好，是现有产品所不具备的。

本发明具有如下优点：

1、本实施例的微处理器平台选用意法半导体的STM32F407ZGT6作为BMU的运算核心和控制核心，数据处理能力强，运行速度快，存储空间大，资源丰富，能够满足复杂控制算法和高实时性的技术要求，以其高性价比优于现有产品所选用的处理内核。

2、本实施例采用分布式同步采样技术，每个电芯电压模拟量输入都对应单独的运放调理、信号滤波和ADC通道，结合集成在CPU内部的3路ADC实现了氢燃料电池电压的高速同步采集，同时通过使用CPU内部的FSMC总线控制器和外部扩展的带FIFO功能的SRAM存储器克服了采集、存储和数据处理之间的速度差异，极大地提高了数据的吞吐率和传输速率。

3、本实施例采用以太网交换机组建本地局域网实现数据远程高速传输，通过增加服务器数量并利用多线程技术可以实现分布式数据采集，扩展同时在线的设备数量，实现对氢燃料电池的远程管理、监控和大数据挖掘，这种组网通信方式效率高、通信速率快、实时性好，是现有产品所不具备的。

4、本实施例中的大数据存储和访问利用阿里云平台的ECS和RDS，能自动进行负载均衡，保证在大量BMU或其它设备同时连接的情况下，后台服务器具有足够的吞吐量和处理能力。客户端根据管理权限可以查询和访问数据库资源，在远方进行配置和定值的设置、修改操作。

5、本实施例中的信号调理电路采用集成有CMOS薄膜电阻的单位增益差分仪表放大器配合二阶π型RC滤波电路的组合方式，具有匹配一致性好、精度高、失调电压小、温度漂移系数小和噪声滤波效果好的优点。

6、本实施例中的模拟采集电路部分的供电电源取自车载铅酸蓄电瓶，并经过独立的隔离型DC/DC转换而来，与所采集和管理的串联电池组总压无关，抗干扰能力强，稳定性好，鲁棒性高。

7、本实施例中的采样电路采用电芯独立运放堆叠式设计，方便扩展，如果需要增加采集和管理的电池电压节数时，只需要增加对应的运放调理、信号滤波电路即可。

8、本实施例中的BMU供电电源均与外部完全电隔离，内部模拟采集电路部分直接受控于CPU，通信传输部分的CAN总线和以太网通信又与外部进行了磁隔离，在分布式数据采集系统中各个BMU之间相互独立，互不影响，冗余性好。

根据本实施例的思路和方法，以下修改、替换和改进均包含在本实施例的保护范围之内：

1、高速采集电路部分所用之方法采用了本实施例所述方案，只是更换了微处理器平台，选用了意法半导体的其它CPU型号或者其它厂家具有同等性能的CPU型号。

2、高速采集电路部分所用之方法沿用了本实施例所述方案，只是对电路结构做了等效变型，例如不使用CPU内部集成ADC，改用片外独立的高精度ADC，CPU通过SPI、IIC、UART等外设接口或数据总线与ADC交互数据；更换高精度仪表放大器具体型号，或者采用不同于本实施例的其它类型抗干扰滤波电路等等。

3、高速采集电路部分所用之方法来自于本实施例所述方案的改型，例如采用片外独立的高精度ADC结合现场可编程门阵列(FPGA)和CPU或者片外独立的高精度ADC结合带SoC内核的FPGA的电路结构形式，通过FPGA同步ADC控制时序，CPU与FPGA共享数据总线的方式以达到高速采集的技术方案。

4、通信传输部分所用之方法采用了本实施例所述方案，在组建本地局域网分布式数据采集系统时，使用蓝牙模块、WIFI模块、红外模块、Zig-Bee模块、GPRS模块中的一个或者多个以无线通信方式来替代本实施例中CPU内集成的以太网控制器的技术方案。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用和以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实现本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的算法，方法或系统等，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法实现所描述的功能，但是这种实现不应超出本发明的范围。

所揭露的系统、模块和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例，仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅是一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以说通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述分立部件说明的单元可以是或者也可以不收物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者可以不收物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例的方案的目的。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，包括高压采集模块和通信传输模块，高压采集模块与通信传输模块连接；所述高压采集模块包括放大器(2)、滤波器(3)、CPU(4)和集成在CPU(4)中的ADC模块，所述放大器(2)用于对电芯电压模拟输入信号进行放大，并将放大后的模拟信号输出到滤波器(3)进行滤波处理，然后将滤波处理后的信号输入到CPU(4)中的ADC模块进行AD转换，AD转换得到的数字信号交由CPU(4)处理、平滑滤波及TCP/IP封装后为下一步的数据传输做准备；且每一路电芯电压模拟量输入都对应单路运放调理、信号滤波和ADC通道；所述通信传输模块包括高速传输模块和低速传输模块，所述高速传输模块包括集成在CPU(4)中的MAC控制器、PHY收发器(10)、设置有网络变压器的RJ45接口(11)、以太网交换机(12)，所述PHY收发器(10)与MAC控制器连接，所述设置有网络变压器的RJ45接口(11)与PHY收发器(10)连接，所述以太网交换机(12)与设置有网络变压器的RJ45接口(11)连接；由所述以太网交换机(12)接入本地局域网；本地局域网还包括管理员客户端(13)、用户客户端(14)、数据库服务器(15)、数据采集服务器(16)和地址转发服务器(17)；所述管理员客户端(13)与以太网交换机(12)连接，所述用户客户端(14)与以太网交换机(12)连接，所述数据库服务器(15)与以太网交换机(12)连接，所述数据采集服务器(16)与以太网交换机(12)连接，所述地址转发服务器(17)与以太网交换机(12)连接；所述低速传输模块包括集成在CPU(4)中的CAN控制器、差分隔离器(7)、CAN收发器及CAN接口(8)，多个BMU之间通过CAN总线互联，并与BCU主控单元(9)构成分布式CAN网络拓扑。

2.根据权利要求1所述的一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，包括SRAM存储器件(5)，所述SRAM存储器件(5)与所述CPU(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，所述CPU(4)包括STM32F407ZGT6。

4.根据权利要求1所述的一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，BMU和地址转发服务器(17)及数据采集服务器(16)采用网络套接字通信方式，数据采集服务器(16)、地址转发服务器(17)、数据库服务器(15)以及管理员客户端(13)、用户客户端(14)相互之间均采用Windows通讯接口通信。

5.根据权利要求1所述一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，所述数据采集服务器包括阿里云平台的云服务器ECS，在数据采集服务器上设置有数据采集服务端，该数据采集服务端使用TCP/IP协议，在端口监听BMU上传的数据并解析数据。

6.根据权利要求1所述一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，BMU供电电源与外部进行电隔离，BMU内部模拟采集电路直接受控于CPU，通信传输模块的CAN总线和以太网通信与外部进行磁隔离，在分布式数据采集系统中各个BMU之间相互独立。

7.根据权利要求1所述一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，BMU连接有FLASH存储器(6)，用于存储故障报告和事件顺序记录。

8.根据权利要求1所述一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，所述数据库服务器包括阿里云平台的云数据库RDS。

9.根据权利要求1所述一种实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置，其特征在于，用户客户端(14)用于查询和访问数据库资源，管理员客户端(13)用于远程配置、和定值的设置、修改操作。

10.一种基于权利要求1～9任一所述的实现氢燃料电池电压高速采集和实时传输的装置的方法，其特征在于，包括如下流程：

CPU(4)内部存储器能够管理的地址大小为4GB，其中从0x60000000到0x9FFFFFFF共1GB的空间分给了外部内存，并由FSMC来接管；FSMC将1GB的外部内存划分为固定大小为256MB的四个Bank区域，并分别对应CPU内部寻址空间的不同地址范围；每个Bank区域内部256MB存储空间分成4个小块，每块64MB，各自有相应的控制引脚用于连接外部存储器的片选信号；CPU通过FSMC实现代码从扩展的外部存储器SRAM中直接运行，而不需要首先调入内部SRAM，数据存取访问速度极大提高；

在分布式数据采集系统中，BMU首先发送请求到地址转发服务器的IP和端口，以获取数据采集服务器信息，并根据当前的服务器负载程度分配较空闲的数据采集服务器的IP和端口发送给请求地址的BMU，然后BMU再根据获取的IP地址和端口访问对应的数据采集服务器，并建立数据链接，根据采集服务器上数据采集服务端对数据进行解析后把数据保存在RDS，客户端通过RDS查询和浏览数据。