CN204834787U - 动力电池云监控系统 - Google Patents

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刘江川
熊险峰
吴丝雨
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Abstract

本实用新型公开了一种动力电池云监控系统，所述系统包括：动力电池包，所述动力电池包中包括电池管理系统；云服务器，用于存储动力电池包中的实时充放电参数；数据终端，包括微控制器、及与微控制器相连的电池管理系统接口和无线通讯模块，所述微控制器与动力电池包通过电池管理系统接口相连并进行数据传输，所述微控制器与云服务器通过无线通讯模块相连并进行数据传输。本实用新型用于动力电池监控中的数据采集，使用移动通讯网络、低功耗蓝牙(BLE)或Wi-Fi进行数据通讯，将电池管理系统获取的实时电池参数传入云中心的数据服务器，从而能够预测动力电池包的电池充电状态和健康状况。

Description

动力电池云监控系统
技术领域
本实用新型涉及动力电池技术领域，特别是涉及一种动力电池云监控系统。
背景技术
随着可充电固态电池技术的发展，受电动汽车、无线基站、电池后备能源系统、电动工具、便携式电子设备、移动机器人等领域的应用驱动，对动力电池尤其是动力锂电池的市场需求正以前所未有的速度增长，可充电锂电池具有高能量密度、应用灵活方便、重量轻、寿命长等显著特性。但是锂电池的安全问题和快速老化一直是人们担心的核心所在，锂电池在充放电过程中往往由于过热而导致燃烧，不应该仅仅通过对锂电池的在线监测来进行保护系统设计，而应该通过对内部状态的渐变来对电池可能出现的状况进行预测和预估，这就是对电池充电状态(SOC)和健康状况(SOH)进行预估。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种动力电池云监控系统。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种动力电池云监控系统。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：
一种动力电池云监控系统，所述系统包括：
动力电池包，所述动力电池包中包括电池管理系统；
云服务器，用于存储动力电池包中的实时充放电参数；
数据终端，包括微控制器、及与微控制器相连的电池管理系统接口和无线通讯模块，所述微控制器与动力电池包通过电池管理系统接口相连并进行数据传输，所述微控制器与云服务器通过无线通讯模块相连并进行数据传输。
作为本实用新型的进一步改进，所述微控制器为STM32F205VC控制器。
作为本实用新型的进一步改进，所述数据终端还包括与微控制器相连的6轴加速度和转角传感器、串行快闪存储器、或GPS定位模块。
作为本实用新型的进一步改进，所述6轴加速度和转角传感器为LSM6D53传感器，串行快闪存储器为64位的MX25L640存储器，GPS定位模块为通用的有源内置模块。
作为本实用新型的进一步改进，所述无线通讯模块为移动数据通讯模块、蓝牙通讯模块、或Wi-Fi通讯模块，所述移动数据通讯模块为GPRS通讯模块、3G通讯模块、或4G通讯模块。
作为本实用新型的进一步改进，所述移动数据通讯模块为SIM800CGPRS通讯模块，蓝牙通讯模块为基于德州仪器CC254X设计的模块，Wi-Fi通讯模块为GT202无线模块。
作为本实用新型的进一步改进，所述电池管理系统接口为CAN接口、RS-232接口、或RS-485接口。
本实用新型用于动力电池监控中的数据采集，使用移动通讯网络、低功耗蓝牙(BLE)或Wi-Fi进行数据通讯，将电池管理系统获取的实时电池参数传入云中心的数据服务器，从而能够预测动力电池包的电池充电状态和健康状况。
附图说明
图1为本实用新型中动力电池云监控系统的模块结构示意图。
图2为本实用新型中动力电池云监控方法的具体流程图。
图3为本实用新型实施例一种基于移动数据通讯的数据终端的模块结构示意图。
图4为本实用新型实施例二种基于蓝牙通讯的数据终端的模块结构示意图。
图5为本实用新型实施例三种基于Wi-Fi通讯的数据终端的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
参图1所示，本实用新型公开了一种动力电池云监控系统，包括：
动力电池包10，所述动力电池包中包括电池管理系统11；
云服务器20，用于存储动力电池包中的实时充放电参数；
数据终端30，包括微控制器31、及与微控制器相连的电池管理系统接口32和无线通讯模块33，所述微控制器与动力电池包通过电池管理系统接口相连并进行数据传输，所述微控制器与云服务器通过无线通讯模块相连并进行数据传输。
相应地，参图2所示，本实用新型还公开了一种动力电池云监控方法，包括以下步骤：
S1、电池管理系统获取动力电池包的电池数据；
S2、电池数据通过电池管理系统接口传输至微控制器；
S3、微控制器将电池数据通过无线传输模块传输至云服务器；
S4、云服务器根据接收的电池数据对动力电池的SOC和SOH进行预估。
本实用新型为对动力电池包的实时充放电性能进行预测设计了一个完整的方案，它能预测动力电池包的电池充电状态(SOC)和健康状况(SOH)，能对电池包内部母线和接头的松动和老化锈蚀等进行监测，当电池内部出现短路时能给用户即时警报，并可即时报告一些极端情况发生，如过热、燃烧等，它的核心技术是借助于对锂电池的原始历史数据的采集、存储、分析，进而通过对大数据的处理和建模对电池的行为和状态进行模型化。该方案包含数据采集终端和运行于云服务器上的数据模型引擎，当然它也有和用户交互显示的WEB端人机界面和手机APP。数据采集终端通过CAN、RS-232或RS-485接口和动力电池包中的电池管理系统(BMS)进行通讯，获取动力电池包中的实时充放电参数，如电压、电流、温度等，这些数据再通过数据采集终端中的无线收发器传入云中心的数据存储服务器。基于不用的应用场合，本实用新型提出了三种不同的结构模型：即基于GPRS/3G/4G移动数据网的数据通讯、基于Wi-Fi的数据通讯、基于低功耗蓝牙(蓝牙4.2)的数据通讯。
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例一：
在本实用新型的实施例一中，数据终端30为使用手机通讯服务的数据终端，从动力电池包内的电池管理系统BMS获取的数据通过移动通讯服务上传到云服务器内，数据终端内使用一个支持GPRS、3G或4G的手机模块。
图3所示为本实施例中数据终端内硬件的结构框图，使用基于ARMCortex-M4的微控制器31，该微控制器最高可运行在200MHZ，并能无缝升级到更高性能的Cortex-M7处理器。GPS定位模块34为可选择的，为方便使用于某些需要实现定位的应用中，当使用GPS定位模块时，实时地理信息会连同电池包传来的电池性能参数一道上传到数据服务器。可选的串行快闪存储器35可用作本地缓存，当手机服务被中断时能起到数据暂存的作用，同时一个可选的6轴加速度和转角传感器36(3轴加速度传感器和3轴转角传感器)能通过探测运动与否实现节能，同时也可辅助GPRS进行定位。无线通讯模块为基于GPRS/3G/4G的移动数据通讯模块33。电池管理系统接口32为CAN、RS-232或RS-485接口。
实施例二：
在本实用新型的实施例二中，数据终端30为使用低功耗蓝牙(BLE)的数据终端，从动力电池包10中的电池管理系统BMS获取的电池参数通过数据终端内的BLE射频模块和智能手机中的BLE接口上传至云服务器20。所使用的智能手机必须支持BLE，支持苹果或安卓系统的APP将安装于智能手机上用于从数据终端获取数据并上传云服务器，智能手机起到网关的作用。
图4所示为使用蓝牙(BLE射频)的数据终端硬件结构框图，和上述图3所示系统相比，差别就是将无线通讯模块换成了蓝牙通讯模块33，且未设置GPS定位模块。
实施例三：
在本实用新型的实施例三中，数据终端30为使用Wi-Fi的数据终端，为支持802.11b/g/n的Wi-Fi通讯模块33，其工作于STN模式，当Wi-Fi服务存在时，实时数据通过Wi-Fi通讯模块上传至云服务器20。如无Wi-Fi服务，从电池管理系统BMS中获取的数据先缓存于串行快闪存储器35，直到数据终端连接上Wi-Fi路由器，这时缓存于数据终端内的所有数据被立即全部上传到云服务器，图5所示为使用Wi-Fi通讯模块的数据终端的硬件结构图，GPS定位模块34为备选功能，系统内的串行快闪存储器35的容量足够大，能够存储最少一天的数据。6轴加速度和转角传感器36和电池管理系统接口32与实施例一种完全相同，在此不再进行赘述。
优选地，上述实施方式中，微控制器选用STM32F205VC控制器，6轴加速度和转角传感器为ST半导体公司的LSM6D53传感器，串行快闪存储器为64位的MX25L640存储器，GPS定位模块为通用的有源内置模块，移动数据通讯模块为SIMCOM公司的SIM800CGPRS通讯模块，蓝牙通讯模块为基于德州仪器CC254X设计的模块，Wi-Fi通讯模块为GT202无线模块。采用CAN总线时，驱动器为SN65HVD1785DR驱动器，采用RS-485总线时，驱动器为TJA1050T驱动器。当然在其他实施方式中，也可以采用其他等同的硬件模块进行更换，在此不再一一举例进行说明。
由以上技术方案可以看出，本实用新型用于动力电池监控中的数据采集，使用移动通讯网络、低功耗蓝牙(BLE)或Wi-Fi进行数据通讯，将电池管理系统获取的实时电池参数传入云中心的数据服务器，从而能够预测动力电池包的电池充电状态和健康状况。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种动力电池云监控系统，其特征在于，所述系统包括：
动力电池包，所述动力电池包中包括电池管理系统；
云服务器，用于存储动力电池包中的实时充放电参数；
数据终端，包括微控制器、及与微控制器相连的电池管理系统接口和无线通讯模块，所述微控制器与动力电池包通过电池管理系统接口相连并进行数据传输，所述微控制器与云服务器通过无线通讯模块相连并进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的动力电池云监控系统，其特征在于，所述微控制器为STM32F205VC控制器。
3.根据权利要求1所述的动力电池云监控系统，其特征在于，所述数据终端还包括与微控制器相连的6轴加速度和转角传感器、串行快闪存储器、或GPS定位模块。
4.根据权利要求3所述的动力电池云监控系统，其特征在于，所述6轴加速度和转角传感器为LSM6D53传感器，串行快闪存储器为64位的MX25L640存储器，GPS定位模块为通用的有源内置模块。
5.根据权利要求1所述的动力电池云监控系统，其特征在于，所述无线通讯模块为移动数据通讯模块、蓝牙通讯模块、或Wi-Fi通讯模块，所述移动数据通讯模块为GPRS通讯模块、3G通讯模块、或4G通讯模块。
6.根据权利要求5所述的动力电池云监控系统，其特征在于，所述移动数据通讯模块为SIM800CGPRS通讯模块，蓝牙通讯模块为基于德州仪器CC254X设计的模块，Wi-Fi通讯模块为GT202无线模块。
7.根据权利要求1所述的动力电池云监控系统，其特征在于，所述电池管理系统接口为CAN接口、RS-232接口、或RS-485接口。
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