CN115866452A - 一种基于无线通讯的云bms系统及上云方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线通讯的云BMS系统及上云方法。本发明的基于无线通讯的云BMS系统可以将原本复杂的计算部分由云端BMS系统来实现，云端BMS系统将更新后的参数模型下发至端边BMS，从而得到新的控制策略；另一方面，本发明的端边BMS系统和带有蓝牙的移动终端具有根据不同网络情况进行数据传输处理能力。

Description

一种基于无线通讯的云BMS系统及上云方法

技术领域

本发明领域属于储能领域，尤其是储能BMS领域，具体为一种基于无线通讯的云BMS系统及上云方法。

背景技术

BMS(电池管理系统)是电池储能系统中的核心，它直接与电芯直接接触，用来综合管理电芯的充放电以及安全管理。随着分布式储能的不断发展，对电芯的安全性监控需求越来越高，监控的数量也越来越多，电芯遇到的场景也越来越多，所以对BMS的要求也越来越高。

传统的BMS通常采用传统的一些计算方法和控制策略来管理电芯；同时一旦BMS成型，其控制策略变固定下来，如果升级则需要采用线下升级的方式，非常不利于目前对大规模分布式管理的需求。

分布式BMS的需求不断增加，也出现了一些将BMS数据采集并上传到云端进行结合计算的方法来解决板载BMS的计算问题，但是目前市面上的BMS数据上传都是采用被动式的联网上云方式，比如专利号：201911214263.1《基于云平台的智能化电池SOC管理系统及方法》，该专利采用了通过判断网络状况，在网络较好情况下与云端服务器建立通信，将采集的数据进行上报，同时接收云端自行下发的调控指令和新的校正系数。对于出现网络较差的情况下，将采集到的电池模组的运行参数及当前设备的环境参数传输给BMS调控单元，相当于直接使用现有参数而不进行任何更新。

如上这种上云技术完全依赖于网络的信号情况，一旦网络信号差则不进行更新，就无法有效实现将BMS的数据上云。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中BMS数据采集上云需要依赖于网络的信号的缺陷，提供一种借助其他设备来辅助进行BMS的上云的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明通过端边执行器+云边控制器的综合模型来构建的一种云BMS系统，同时借助带有特定APP的终端蓝牙设备进行辅助上云。

一种基于无线通讯的云BMS系统，包括端边BMS系统、云端BMS系统和带有蓝牙的移动终端；

端边BMS系统是一个综合电路控制系统，它由中央控制器、采集器、执行器、电源驱动、无线通信五大板块构成。

中央控制器由单片机等高级处理芯片构成，它主要用来在板载做一些预定义的控制策略来控制电芯的充放电，同时处理来自云端的模型和命令，并控制执行器进行策略执行。其中央控制器和其他BMS的中央控制器的区别在于它内置的控制策略并不是一成不变的，它可以通过云端下发的模型来刷新它的控制策略，从而改变对不同场景的充放电控制。

无线通信是作为本发明的一个特色，它由Wi-Fi和蓝牙两部分构成，它与中央控制器直接相连，并将中央控制器的相关采集数据以及控制数据进行上传到云端，作为云和端的桥梁部分，同时承载接收云端下发的命令和模型。该无线通信同时具备Wi-Fi信号检测功能和蓝牙切换功能，它根据云端数据传输的延时来判断网络通信情况，并在持续存在延时情况下进行打开蓝牙广播动作，同时开始记录数据包当前包号以及校验，为切换蓝牙断点续传提供准备。

采集器是采集整个电池组内所有电芯的电压、电流、温度等信息，并将其传输到中央控制器中进行处理。

执行器是硬件执行机构，它由中央控制器控制，它具备一定的硬件保护和执行能力，同时可以根据中央控制器来执行相应的执行操作，比如充放电MOS的开关、限流、充放电控制等。

电源驱动是作为整个板载的电源来源，同时为所有执行器提供电源驱动能力，它由一个板载的小电池以及可利用连接的电池组来供电的方式构成，可以为不同的部件提供不同的电源驱动。

另一方面，云端BMS系统由众多可扩展的计算集群构成，它具备了无线数据的接收能力，可以接收不同端边的数据然后进行计算，并将计算后的参数模型下发到指定的端边进行端边参数刷新，端边BMS系统可以利用最新的参数来进行执行策略控制。

第三部分是带有蓝牙的移动终端，该移动终端可以是手机或者平板、笔记本等其他可以下载第三方APP的安卓/iOS终端设备，终端设备安装APP。APP可以让终端设备变成中转设备，根据端边设备对网络信号的检查来决定是否采用中转设备来进行数据的中转，并通过移动设备的蜂窝网络能力进行转发上云，实现无网络或者低质量信号的情况下来实现BMS的上云。

本发明所达到的有益效果是：本发明的基于无线通讯的云BMS系统可以将原本复杂的计算部分由云端BMS系统来实现，云端BMS将计算后更新的参数模型下发至端边BMS，从而得到新的控制策略；另一方面，本发明的端边BMS系统和带有蓝牙的移动终端具有根据不同网络情况进行数据传输处理能力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种基于无线通讯的云BMS系统，包括端边BMS系统、云端BMS系统和带有蓝牙的移动终端；

端边BMS系统包括中央控制器、采集器、执行器、电源驱动和无线通信系统组成；

所述中央控制器用于通过控制策略控制电芯的充放，同时处理来自云端BMS系统的模型和命令，并控制执行器进行策略执行；

采集器用于采集电池组内所有电芯的信息，并将其传输到中央控制器中进行处理；

执行器用于根据中央控制器的指令来执行相应的执行操作；

电源驱动是作为整个端边BMS系统的电源来源；

所述无线通信系统包括Wi-Fi模块和蓝牙，其与中央控制器直接相连，并将中央控制器的相关采集数据以及控制数据上传到云端BMS系统，并将云端BMS系统下发的命令和模型传输到端边BMS系统。该无线通信系统同时具备Wi-Fi信号检测功能和蓝牙切换功能，它根据云端数据传输的延时来判断网络通信情况，并在持续存在延时情况下进行打开蓝牙广播动作，同时开始记录数据包当前包号以及校验，为切换蓝牙断点续传提供准备。

所述云端BMS系统用于接收端边BMS系统的数据然后进行计算，并将计算后的参数模型下发到指定的端边BMS系统进行端边参数刷新。

所述的带有蓝牙的移动终端用于根据端边BMS系统对网络信号的检查来决定是否将其接收到的数据中转至云端BMS系统，实现无网络或者低质量信号的情况下来实现端边BMS系统与云端BMS系统的数据传递。

该系统的主要特点在于可以将原本复杂的计算部分由云端来实现，云端根据采集得到的相关数据进行计算，通过AI等数据分析方法得到一个更新更合适的参数模型，然后对其进行下发，端边通过无线通信部分在静置状态下(电池组存在充电、放电、静置三种状态，充电和放电处于工作，不进行接收更新模型，只有在静置状态下进行接收)将接收到的新的参数模型进行更新，从而得到新的控制策略。

云上的下发模型存在两种情况，一种是固定的参数模型，只下发参数；另一种是通过OTA来对端边进行内部系统的升级；

第一种是日常的下发，下发周期一般在1天1次，通过内部参数变化评价体系，根据参数累计变化量的0.5％来决定是否下发更新参数模型。该模型是固定的参数模型，下发的是模型中不同的参数，整个BMS控制策略主要是围绕不同的参数来根据指标进行执行控制的。

第二种是对整个模型的更新，整个模型结构要发生变化，就会通过OTA(远程空中升级)的方式将新的适配端边的固件下发到端边，也同样会在BMS处于静置状态下进行刷新，刷新完成后需要进行自动重启操作完成新模型的加载。

由于采集的数据是通过一个频次(30秒，20秒，1分钟等)来进行数据的周期上报，同时会主动将BMS出现的告警、故障等状态进行主动上报，数据和状态是在不断变化的，云端是通过采集得到这些数据将其实时的存入云端数据池中，然后根据计算服务器不断从数据池中拉取数据进行离线计算，从而将计算得到的结果参数模型存放到结果数据库中，由定时参数评判器来确定结果参数模型是否下发，由于计算的需要，整个过程是存在时间偏差的，同时也无需频繁更新模型，所以该时间偏差是可以接受的，相当于每一天会下发上一天计算得到的结果参数模型。

端边和第三方设备根据不同网络情况的进行数据传输处理能力

端边具备网络诊断能力以及自适应切换能力，由于端边采用Wi-Fi-蓝牙一体，在网络传输和延时都较佳的情况下，蓝牙处于休眠状态，Wi-Fi会通过监听云端信息，及时接收云端下发的参数以及数据，同时会将数据进行不定期的上报云端，云端及时接收端边信息，保证端云的数据同步和通畅。

端边与云端是通过心跳包连接的方式来进行判断网络情况的，按照少量定期的包来测量当前的网络延时，由于传统的根据Wi-Fi信号强弱的方法判断并不准确，Wi-Fi信号强弱只能判断当前设备到Wi-Fi路由器之间的网络覆盖信号强度，但和实际数据的网络传输仍然不能作为唯一依据，而我们是通过采用持续少量定期的心跳包来判断数据延时情况，按照一个特定案例，可以选取75ms延时作为平均延时，选定5帧作为选取心跳包数，选定50ms延时作为连续延时参数，即当平均5帧数据包平均延时超过75ms，或者连续5帧每次延时超过50ms，则判断信号存在不稳定。

端边如果判断网络存在不稳定，则会唤起蓝牙并打开广播模式，搜索周边可用蓝牙(前提是在第一次配网时候，辅助移动端蓝牙设备需要先匹配该蓝牙，在后面搜索接入时则不需要手动确认连接)，当发现周边存在蓝牙设备时，就会和该设备进行连接，同时将开始同步数据并校验，此时Wi-Fi仍然在传输数据，只是做好提前数据切换准备。蓝牙部分和移动设备在同步数据时，如果当前是在上报数据阶段，那么蓝牙部分会将上报的数据从信号不稳定判定开始的数据包序号同步到移动设备上，移动设备会将接收的信息放置在缓存内；如果当前是在接收云端数据阶段，那么蓝牙部分会将Wi-Fi接收到的数据包序号同步到移动设备上，同时移动设备会通过蜂窝网络等连网方式将不稳定信号发生时刻的包序号告知云端，云端BMS系统会下发一份序号为从不稳定信号发生时刻开始的续传包文件，此时云端会一直下发两份，该续传包会持续存在移动设备的缓存中，直到下一次续传开始的时候进行覆盖。

当端边判断超过另一个延时时，按照一个特定案例，可以选取120ms延时作为平均延时，选定5帧作为选取心跳包数，选定80ms延时作为连续延时参数，即当平均5帧数据包平均延时超过120ms，或者连续5帧每次延时超过80ms，则将Wi-Fi部分传输关闭，切换到蓝牙传输，此时移动设备会和蓝牙在之前包序号的基础上实现续传。通过此种方法便可以借助移动设备进行包的辅助传输，实现断点续传的能力。

在端边是存在一个通用默认的执行策略，在BMS上电工作开始，会开始执行策略，如果移动设备也不存在，或者蓝牙无法搜索到周边设备，那么就会始终执行默认的执行策略，同时Wi-Fi线程会挂起，持续尝试请求下载信息，并同时将采集的数据进行上传同时接收云端下发模型。

为了保证数据传输成功率，模型下发包是具有固定大小限制，一般设定在1KB，一个参数模型通过层层打包后会被拆分成多个包，然后带有序号以及应答机制，每个包下发成功后，无线通讯会上发包序号的应答，从而保证下个序号包的稳定传输，在发生单包丢失或者传输错误的情况下，无线通信模块会在固定时间内进行响应，如果未发生应答，则云端会继续发该序号的包，如果连续5次失败，则整个下发包将结束，从而进入检查网络连接状态。

如果出现并没有Wi-Fi网络的情况下，此时本系统是配备自有的APP，往往家庭可能存在没有无线网络，但在目前时代，蜂窝网络或者移动基站网络是几乎存在的，APP可以通过蓝牙的方式在一定通讯距离情况下和端边BMS进行连接，同时APP可以在蜂窝网络情况下接收该云端的参数模型存放在APP内存中，在连接到端边BMS时将参数模型直接通过蓝牙方式进行发送。该方法同时也可以满足OTA的需求以及端边BMS周期上报的需求，可以通过手机这个中转媒介来实现无网络状态下的发送和接收。

整个系统的流程归纳如下：

S1：端边BMS上电之后，通过内置的控制策略来控制整个电芯的充放；

S2-1：端边BMS连接网络，并判断网络连接情况，如果网络通畅，则连接云端并做验证；

S2-2：如果网络疑似不通畅(第一级别延时)，则唤起蓝牙广播，同时尝试连接周围移动设备的蓝牙，连接成功后进行数据同步；

S2-3：如果网络确实不通畅或者中断(第二级别延时)，则将关闭Wi-Fi，将切换蓝牙与已经连接的蓝牙设备进行数据通信；

S2-4：如果网络直接到第二级别延时，还未来得及做蓝牙连接准备，则此时会直接进行蓝牙连接，连接成功后直接将断点的数据上报，并续传之前的包；

S2-5：如果蓝牙连接失败，则继续执行默认策略，并将故障记录，再下次联网之后机型上报登记；

S3-1：端边BMS采集各个电芯的相关数据，并将数据和自身状态通过无线模块直接上传到云端；

S3-2：端边BMS将数据和自身状态通过无线模组上传到APP，然后由APP转发到云端；

S4：云端接收端边BMS相关数据并进行实时存储；

S5：云端BMS通过拉取存储的数据进行集群计算，从而得到相关参数模型；

S6：通过参数模型评价器来确定该参数模型是否下发，如果需要下发，则直接下发，如果不需要则进行下一周期的计算；

S7-1：云端下发的参数模型直接下发到端边BMS的内部缓存中，等待端边BMS处于静置状态下时进行更新模型；

S7-2：云端下发的参数模型下发到所属BMS的手机APP的缓存中，然后由APP进行控制连接端边BMS，通过蓝牙方式将参数模型进行转发，等待端边BMS处于静置状态下时进行更新模型。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，包括端边BMS系统、云端BMS系统和带有蓝牙的移动终端；

所述端边BMS系统包括中央控制器、采集器、执行器、电源驱动和无线通信系统组成；所述中央控制器用于通过控制策略控制电芯的充放电，同时处理来自云端BMS系统的模型和命令，并控制执行器进行策略执行；采集器用于采集电池组内电芯的信息，并传输至中央控制器中进行处理；执行器用于执行根据中央控制器的指令；电源驱动为整个端边BMS系统的电源来源；

所述无线通信系统包括Wi-Fi模块和蓝牙，其与中央控制器直接相连，并将中央控制器的数据上传到云端BMS系统，并将云端BMS系统下发的命令和模型传输到端边BMS系统；

所述云端BMS系统用于接收端边BMS系统的数据并进行计算，将计算后的参数模型下发到指定的端边BMS系统进行端边参数刷新；

所述的带有蓝牙的移动终端用于根据端边BMS系统对网络信号的检查来决定是否将其接收到的数据中转至云端BMS系统，在无网络或者低质量信号的情况下来实现端边BMS系统与云端BMS系统的数据传递。

2.如权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，所述无线通信系统根据云端数据传输的延时来判断网络通信情况，并在持续存在延时情况下打开蓝牙广播动作，同时开始记录数据包当前包号以及校验，为切换蓝牙断点续传提供准备。

3.如权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，所述云端BMS系统下发模型包括参数固定的参数模型和通过OTA来对端边进行内部系统的升级模型。

4.如权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，所述云端BMS系统将采集得到数据实时的存入云端数据池中，然后根据计算服务器不断从数据池中拉取数据进行离线计算，从而将计算得到的结果参数模型存放到结果数据库中，由定时参数评判器来确定结果参数模型是否下发。

5.如权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，在网络传输和延时都较佳的情况下，无线通信系统的蓝牙处于休眠状态，Wi-Fi模块通过监听云端BMS系统信息，及时接收云端BMS系统下发的参数以及数据，同时会将数据进行不定期的上报云端BMS系统，云端BMS系统及时接收端边BMS系统信息，保证端云的数据同步和通畅。

6.如权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，用持续少量定期的心跳包来判断数据延时情况；

如果判断网络存在不稳定，则会唤起蓝牙并打开广播模式，搜索周边可用蓝牙，连接同时将开始同步数据并校验，在Wi-Fi模块仍然在传输数据时，做好提前数据切换准备；

Wi-Fi模块和带有蓝牙的移动终端在同步数据时，如果当前是在上报数据阶段，那么蓝牙会将上报的数据从信号不稳定判定开始的数据包序号同步到移动设备上，移动设备将接收的信息放置在缓存内；如果当前是在接收云端数据阶段，那么蓝牙会将Wi-Fi模块接收到的数据包序号同步到移动设备上，同时移动设备会通过蜂窝网络等连网方式将不稳定信号发生时刻的包序号告知云端BMS系统，云端BMS系统会下发一份序号为从不稳定信号发生时刻开始的续传包文件，续传包文件持续存在移动设备的缓存中，直到下一次续传开始的时候进行覆盖；

当端边BMS系统判断延时超时时，Wi-Fi模块传输关闭，切换到蓝牙传输，此时移动设备会和蓝牙在之前包序号的基础上实现续传。

7.如权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，端边BMS系统设置有通用默认的执行策略，在上电工作开始，会开始执行策略，如果未接受到新的策略始终执行默认的执行策略，同时Wi-Fi线程挂起，持续尝试请求下载信息，并同时将采集的数据进行上传同时接收云端BMS系统下发模型。

8.如权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统，其特征在于，一个参数模型通过层层打包后会被拆分成多个包，然后带有序号以及应答机制，每个包下发成功后，无线通信模块上发包序号的应答，从而保证下个序号包的稳定传输，在发生单包丢失或者传输错误的情况下，无线通信模块会在固定时间内进行响应，如果未发生应答，则云端BMS系统会继续发该序号的包，如果连续多次失败，则整个下发包将结束，从而进入检查网络连接状态。

9.一种权利要求1所述的基于无线通讯的云BMS系统的上云方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：端边BMS系统上电之后，通过中央控制器内置的控制策略来控制整个电芯的充放；

S2-1：端边BMS系统的无线通信系统连接网络，并判断网络连接情况，如果网络通畅，则连接云端BMS系统并做验证；

S2-2：如果网络疑似不通畅，则唤起蓝牙广播，同时尝试连接周围移动设备的蓝牙，连接成功后进行数据同步；

S2-3：如果网络确实不通畅或者中断，则将关闭Wi-Fi，将切换蓝牙与已经连接的蓝牙设备进行数据通信；

S2-4：如果网络直接到第二级别延时，还未来得及做蓝牙连接准备，则直接进行蓝牙连接，连接成功后直接将断点的数据上报，并续传之前的包；

S2-5：如果蓝牙连接失败，则继续执行默认策略，并将故障记录，再下次联网之后机型上报登记；

S3-1：端边BMS系统采集各个电芯的相关数据，并将数据和自身状态通过无线通信系统直接上传到云端BMS系统；

S3-2：端边BMS系统将数据和自身状态通过无线通信系统上传到带有蓝牙的移动终端，由带有蓝牙的移动终端转发到云端BMS系统；

S4：云端BMS系统接收端边BMS系统相关数据并进行实时存储；

S5：云端BMS系统通过拉取存储的数据进行集群计算，从而得到相关参数模型；

S6：通过参数模型评价器来确定该参数模型是否下发，如果需要下发，则直接下发，如果不需要则进行下一周期的计算；

S7-1：云端BMS系统下发的参数模型直接下发到端边BMS系统的内部缓存中，等待端边BMS系统处于静置状态下时进行更新模型；

S7-2：云端下发的参数模型下发到带有蓝牙的移动终端的缓存中，然后由带有蓝牙的移动终端进行控制连接端边BMS系统，通过蓝牙方式将参数模型进行转发，等待端边BMS系统处于静置状态下时进行更新模型。

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