一种直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统的制作方法

本发明属于环境、新能源、通信领域，具体涉及一种直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统及使用方法。

背景技术：

动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。新能源汽车主要由电池驱动系统、电机系统和电控系统及组装等部分组成。其中电机、电控及组装和传统汽车基本相同，差价的原因在于电池驱动系统。从新能源汽车的成本构成看，电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30-45％，而动力锂电池又占据电池驱动系统约75-85％的成本构成。

随着新能源汽车的保有量加大，动力锂电池的回收问题成为重中之重。新能源小客车生产企业对电池等关键零部件提供的质保期，乘用车为8年或12万公里，商用车为5年或20万公里。按照规定，在质保期内，新能源车动力电池的性能衰减不能超过20％。按照这一规定，从2008起算，我国大部分电动车已过了质保期或临近质保期结束。而从2013年开始的第二批电动商用车也即将满足5年质保的期限。

因此，对动力电池的健康状态分析、回收动力电池是十分有必要的，但是现在市场上并没有一种对动力电池全生命周期的进行跟踪、评价、判断的装置。除此以外，至今市场上也缺乏对动力电池的正常回收手段，缺少一种查找和定位动力电池的装置。因此，本发明提供一种直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统及监测方法。

技术实现要素：

为解决现有存在的技术问题，本发明提供一种直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统及其在线监测动力电池的方法。

本发明所述的直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统，包括位于动力电池的监测装置和云平台监测中心，其中动力电池的监测装置包括：

电源变换模块，将动力电池的高压电转换为本系统所用的常规低压电源，以用于为系统各模块的供电；

电源管理模块，为系统各模块提供持续的电源供给；

动力电池电压采集模块，采集动力电池的电压电量数据，以用于判断电池寿命；

动力电池温度采集模块，采集动力电池的温度数据，以用于判断动力电池工作是否安全；

定位模块，用于确定动力电池的位置信息；

通信模块，与CPU模块相连，用于发送采集的动力电池的信息和定位装置自身的位置信息以及其他信息；

CAN采集模块，与车载总线连接，取得汽车行驶状态下动力电池的各种参数数据；

CPU模块，与动力电池电压采集模块、电池温度采集模块、定位模块、CAN采集模块、通信模块相连，取得包括电池电压、温度数据、定位信息以及电池其他信息的电池信息，并将这些信息部分或全部通过通信模块发送到云平台监控中心。

其中，电池信息包括来自动力电池电压采集模块的电压电量信息、来自电池温度采集模块的温度数据，来自定位模块的动力电池的位置信息，来自CAN采集模块的电池运行时的各项参数信息，以及电池其他信息。

所述电池其他信息是指动力电池二维码数据(管理编号)及其它与制造、生产相关的附属信息。

所述的电源变换模块，包括外部供电接口和内部连接；外部供电接口与动力电池总电源相连，内部连接电源变换模块；将高压为直流40v至700v的动力电源转换为5v低压电源；按照动力电池规格可以分为在72v标称值、108v标称值、331.2v标称值、537.6v标称值等规格进行取电。

所述的电源管理模块，利用所述的电源变换模块产生的低压电生成装置各模块所需电源，提供包括3.3V和3.75V的多种稳定的电压输出，所述的电源管理模块还包括供电控制模块，控制电压采集模块、温度采集模块和外围电路是否供电。当需要采集动力电池的电压电量时，使其采集电路供电，采集完成后，关闭供电达到节电效果。在动力电池工作时，将动力电池的不受控整体电源直接输出到电源转换模块进行供电。

所述的动力电池电压采集模块，采集动力电池的整体电压，即72v标称值、108v标称值、331.2v标称值、537.6v标称值等规格。采集电路将动力电池组的电压信息，传送到CPU模块的电压采集入口，CPU模块获得动力电池组的电压数据，通过通信模块传送到云平台，来判断和评估动力电池的使用寿命情况。

优选地，所述的动力电池电压采集模块，采集入口连接到动力电池的电压输入经过保护的部分，同时采集电路取得供电，采集电路将动力电池组的输出电压，转换成频率输出，输出的频率信号，经过隔离，传送到CPU的电压采集入口，CPU模块获得动力电池组的电压电量数据，通过通信模块传送到云平台，来判断和评估动力电池的寿命。

优选地，所述的CPU模块的外围电路还包括晶振、复位、基准、仿真接口和存储电路；所述外围电路与电池电压采集模块、电池温度采集模块、定位模块、通信模块相连，取得电池数据、定位信息，并将这些信息通过通信模块发送到云平台监控中心。

所述电池温度采集模块包括温度传感器，利用温度传感器采集电池温度；所述温度传感器包括内置温度传感器和外置温度传感器，内置温度传感器采集系统内部的温度，外置温度传感器设置于动力电池PACK包上，采集动力电池的温度，采集电路将动力电池组的温度信息和系统内部的温度信息，传送到CPU模块的温度采集入口，CPU模块获得动力电池组的温度数据，通过通信模块传送到云平台，来判断和评估动力电池的工作是否安全。

所述的定位模块为LBS模块，通过基站确定系统的位置信息，以确定动力电池的位置，外置有GPRS天线；所述的通信模块为GPRS模块，外置有共用的GPRS天线。

优选的，所述的通信模块为GPRS模块，外置有GPRS天线和SIM卡，通过GPRS网络，发送采集装置的位置信息和动力电池的电压电量、温度、寿命信息。优选地，所述的GPRS和LBS可以集成到一个模块，通过基站辅助定位技术实现高精度的定位。

所述CAN采集模块为车载总线采集模块，连接到汽车电池BMS系统与车载系统的CAN连接网络，用于获取当前动力电池的电池容量，取得汽车行驶状态下动力电池的各种参数数据；

所述的CAN采集模块，根据车载总线的状态判断，当检测车载总线活跃时，即可判断此时为动力电池正常使用阶段，所述通信模块小间隔(如每10分钟)发送数据，并且可以发送除电池容量以外的各种信息(数据组成包括动力电池二维码数据(管理编号)、动力电池组SOC(剩余电量)信息、动力电池组温度信息、动力电池组具体位置信息(LBS)、动力电池组其它附属信息)；当检测车载总线不活跃时，即可判断此时为动力电池未投入使用或者动力电池已经报废，如果从未从CAN取得过动力电池参数，则此阶段是出厂未安装阶段，如果已经从CAN取得过动力电池参数且电池容量接近报废，则此阶段是报废阶段，所述通信模块大间隔(如每天)发送包括定位信息的数据(包括动力电池二维码数据(管理编号)、动力电池组SOC(剩余电量)信息、动力电池组温度信息、动力电池组具体位置信息(LBS))。

优选地，所述的定位装置与动力电池进行捆绑式安装：所述的定位装置在生产时即取得动力电池的唯一的管理编号；管理编号信息由通信模块一并发送。

另外，所述云平台监测中心包括统计分析单元，所述统计分析单元根据接收到的动力电池的电压信息、温度信息和定位信息中的部分或全部信息以及电池信息后，进行统计，获取动力电池衰减影响因子的概率分析。

本发明还提供利用上述直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统在线监测动力电池的方法，所述方法包括步骤：

A、获取汽车动力电池的运行状态信息：根据CAN采集模块采集的车载总线的状态信息，确定时间间隔，有选择地采集动力电池的电池信息；

B、将所述采集到的动力电池的全部或部分电池信息发送至云平台监测中心；

C、云平台监测中心根据接收到的动力电池的部分或全部电池信息，进行统计，获取动力电池衰减影响因子的概率分析。

步骤A中，所述有选择地采集动力电池的电池信息可以如下进行：根据车载总线的状态判断，当检测车载总线活跃时，即可判断此时为动力电池正常使用阶段，此时，关闭动力电池电压采集模块和电池温度采集模块的电源，不再通过其采集动力电池的温度和电量电压，而通过CAN采集模块采集动力电池的电池信息(包括电量电压、温度、单体电池电压电流等)，同时，定位采集模块也采集定位信息，传递到CPU模块，然后所述通信模块小间隔(如每10分钟)发送数据，此时发送CAN总线所能采集到的的各种信息(数据组成包括动力电池二维码数据(管理编号)、动力电池组SOC(剩余电量)信息、动力电池组温度信息、动力电池组具体位置信息(LBS)、动力电池组其它附属信息)；当检测车载总线不活跃时，此时电池的BMS系统不工作，即可判断此时为动力电池未投入使用或者动力电池已经报废，如果从未从CAN取得过动力电池参数，则此阶段是出厂未安装阶段，如果已经从CAN取得过动力电池参数且电池容量接近报废，则此阶段是报废阶段，这两阶段都使能动力电池电压采集模块和电池温度采集模块的电源来采集动力电池的温度和电量电压，同时，定位采集模块也采集定位信息，传递到CPU模块，此时，所述通信模块大间隔(如每天)发送包括定位信息的数据(包括动力电池二维码数据(管理编号)、动力电池组电压电量信息、动力电池组温度信息、动力电池组具体位置信息(LBS))。

为节电起见，每次采集数据完成后，关闭采集模块电源。

特别地，所述云平台监测中心包括统计分析单元，所述统计分析单元根据接收到的动力电池的电压信息、温度信息和定位信息中的部分或全部信息以及电池信息，进行统计，获取动力电池衰减影响因子的概率分析。

本发明所述的直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统和使用方法，是直接从电池包取电的电量、温度采集、电池包定位的动力电池全生命周期跟踪技术，可将数据传输到云平台，为高效利用电池能源提供可靠安全的服务和数据支持，具有以下技术特点：

1、宽电源输入范围多种规格动力电池组总输出整体电压，即72v标称值、108v标称值、331.2v标称值、537.6v标称值等规格，可以适用于多种动力电池；

2、与动力电池捆绑式安装，可以分为三个工作时段，即出厂后使用前阶段、实际使用阶段、废弃阶段，能够全生命周期监测动力电池使用情况；

3、使用动力电池总输出的不受控电源供电，可以在动力电池出厂到实际使用这个阶段以及动力电池废弃后的阶段工作。

4、低功耗设计，动力电池电压电量采集、动力电池温度采集、存储操作都是受控供电工作或者不供电，达到节电效果；

5、灵活的配置方式，可以适用于不同的车型，可以适用于其他类型的电池回收场景。

6、可以实时取得动力电池SOC数据，判断电池寿命情况；

7、LBS定位精准，可以在云平台描述动力电池全生命周期运动轨迹；

8、为动力电池回收提供准确有效的方法、确保资源再生利用、避免环境污染。

与现有技术相比，本发明所述的直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统和方法，能够全生命周期监测动力电池使用情况；取得动力电池电量、温度数据，判断电池寿命情况，判断动力电池使用是否安全；准确定位，确保废弃的动力电池准确回收。

通过采用本发明的动力电池全生命周期跟踪系统，能够对动力电池放电状况与汽车运行状态之间的关系进行持续监测，特别是能够总结动力电池放电状况与汽车行驶速度状况、载荷状况或者在前放电速度之间的关系，由此发现动力电池健康状况线与汽车运行状态之间的关系。

另外，通过采用本发明的动力电池全生命周期跟踪系统，能够节约汽车内的监测装置和云平台监测中心之间的数据流量，降低系统的开销。

附图说明

图1为根据本发明具体实施方式中直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统中动力电池内监控装置的系统框图。

图2为根据本发明具体实施方式中直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统中动力电池内监控装置的部件连接示意图。

图3为根据本发明具体实施方式中动力电池在线监测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参见图1和2所示，本发明实施例中包括一种直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统，所述在线监测系统包括位于汽车内部的动力电池的监测装置和云平台监测中心，其中动力电池的监测装置包括：

电源变换模块，将动力电池的高压电转换为本系统所用的常规低压电源，以用于为电池系统各模块的供电；

电源管理模块，为系统各模块提供持续的电源供给；

动力电池电压采集模块，采集动力电池的电压电量数据，以用于判断电池寿命；

电池温度采集模块，采集动力电池的温度数据，以用于判断动力电池工作是否安全；

定位模块，用于确定动力电池的位置信息；

通信模块，与CPU模块相连，用于发送采集的动力电池的信息和定位装置自身的位置信息以及其他信息；

CAN采集模块，与车载总线连接，取得汽车行驶状态下动力电池的各种参数数据；

CPU模块，与动力电池电压采集模块、电池温度采集模块、定位模块、CAN采集模块、通信模块相连，取得电池电压、温度数据、定位信息以及电池其他信息，并将这些信息部分或全部通过通信模块发送到云平台监控中心。

具体而言，电源转换模块包括外部供电接口和内部连接。其中外部电源接口用于连接外部动力电池的不受控电源输出，通过隔离变换后输出到电池管理模块为整个采集定位装置供给电源。电源转换模块为宽输入范围的多种规格动力电池组总输出整体电压，即72v标称值、108v标称值、331.2v标称值、537.6v标称值等规格。由于传统汽车供电是24V，现代新型动力汽车供电输出并不统一，前几年48V输出占据主流，随着新技术的发展，几百伏的电动汽车将在未来成为主流。

电源管理模块还包括生成各模块所需要的不同电源输出，包括3.3V和3.75V。电源管理模块还包括外围供电控制，外围的存储器、温度采集电路是受控电源，需要工作的时候供电，节电模式不供电。电源管理模块还包括动力电池电压采集的供电控制，当需要采集动力电池的电压电量时，使能其采集电路供电，采集完成后，关闭供电达到节电效果。电源管理模块的作用就对每个采集定位设备的每个模块提供稳定的电源输出。由于电源转换模块的输出电压是5V，而每个模块的正常工作电压都是低压，比如CPU及外围正常工作，需要产生CPU正常工作的3.3V工作电压的电源电压，GPRS\LBS模块正常工作需要3.75V电源电压。因此电源管理模块是一个输入5V，而提供稳定多种状态的低压输出的稳压源。

动力电池电压采集模块，采集入口连接到动力电池的电压输入经过保护的部分，同时采集电路取得供电，采集电路将动力电池组的输出电压，转换成频率输出，输出的频率信号，经过光耦隔离，传送到CPU的电压采集入口，CPU模块获得动力电池组的电压电量数据，通过通信模块传送到云平台，判断和评估动力电池的寿命，该电压采集的供电部分是受控的，采集的时候接通供电电路，采集完成后切断供电电路，达到节电目的；

动力电池温度采集模块，采集入口连接到三个外部温度传感器和一个内部温度传感器，外部传感器与动力电池安装在一起，同时采集电路取得受电源管理电路控制的供电，采集电路将动力电池组的温度信息和装置内部的温度信息，传送到CPU的温度采集入口，CPU模块获得动力电池组的温度数据，通过通信模块传送到云平台，判断和评估动力电池的工作是否安全，采集完成后切断供电电路，达到节电目的。

CAN采集模块，连接到汽车电池BMS系统与车载系统的CAN连接网络，用以获取动力电池当前的评估使用状况以及其它数据，这个参考数据由动力电池的BMS系统给出。

在实际进行监控的时候，在电动汽车运行时，车载总线活跃，CAN采集模块能从CAN总线上取得的所有的信息，包括汽车运行信息和电池的全部信息，如电池的电压、温度、电流、放电速度等等，也就是说，在电动汽车运行时，CAN采集模块就能够采集电池信息，此时可以关闭电池温度采集模块和动力电池电压采集模块的电源供应，来达到节电目的。CAN采集模块，根据车载总线的状态判断，当检测车载总线活跃时，即可判断此时为动力电池正常使用阶段，所述通信模块小间隔发送数据；当检测车载总线不活跃时，即可判断此时为动力电池未投入使用或者动力电池已经报废，如果从未从CAN取得过动力电池参数，则此阶段是出厂未安装阶段，如果已经从CAN取得过动力电池参数且电池容量接近报废，则此阶段是报废阶段，所述通信模块大间隔发送包括定位信息的数据。

当汽车正常使用情况下，CAN采集模块可以获取当前动力电池的完整数据，可以在一个小的时间间隔里发送数据(如每10分钟)，并且可以发送除电池容量以外的各种信息(数据组成包括动力电池二维码数据(管理编号)、动力电池组SOC(剩余电量)信息、动力电池组温度信息、动力电池组具体位置信息(LBS)、动力电池组其它附属信息)；当检测车载总线不活跃时，即可判断此时为动力电池未投入使用或者动力电池已经报废，可以在一个较长的时间间隔(如每天)发送上传数据，只发送定位信息(包括动力电池二维码数据(管理编号)、动力电池组SOC(剩余电量)信息、动力电池组温度信息、动力电池组具体位置信息(LBS))。

采集定位装置还包含一个配置调试I2C电路，可以进行出厂配置、系统调试使用。

定位模块和通信模块可以集成在一起。包含LBS模块和GPRS模块。外置GPRS天线，SIM卡。GPRS与LBS集成在一起，GPRS基站位置信息提供辅助定位，提高定位模块的精度。GPRS通信与云平台连接，实现电池状况与位置信息实时监测的数据交换；LBS模块采集动力电池的定位信息，GPRS模块获取由电池数据采集模块提供的全生命周期的动力电池的信息。GPRS模块通信具有灵活的工作模式，当采集判断当前有动力电池系统在供电时，可以在一个小的时间比如每10分钟间隔里发送上传数据，并且可以发送除SOC以外的各种信息；当采集判断当前是备份电池供电时，可以在一个较长的时间间隔比如每一天发送上传数据，此时，只发送LBS定位信息和基本信息。

可回收电池采集定位装置生产时取得动力电池二维码，存储于非易失性内存，作为电池捆绑数据。一种直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统伴随动力电池安装，直至动力电池寿命终结。

CPU模块是本发明具体实施方式中最核心的部件。其与动力电池电压采集模块、电池温度采集模块、定位模块、通信模块相连，以及与CAN采集模块相连，以获取汽车的运行状态信息，根据汽车的运行状态信息，确定时间间隔，选择采集动力电池的电压信息、温度信息和定位信息中的部分或全部信息，将所述采集到的动力电池的电压信息、温度信息和定位信息中的部分或全部信息以及汽车的运行状态信息传输至通信模块。

另外，所述云平台监测中心包括统计分析单元，所述统计分析单元根据接收到的动力电池的电压信息、温度信息和定位信息中的部分或全部信息以及电池信息后，进行统计，获取动力电池衰减影响因子的概率分析。

实际应用领域中，本领域内技术人员根据实际需要选择采集数据的时间间隔，但是遵循本发明具体实施方式中的对比方案，也就是例如当电动汽车的载荷更大时，电池的电量也会以更快的速度下降，这样如果要保证对于动力电池健康状况足够的采样率，就必须以更短的采样间隔来进行采样。

所以以上的描述中，较大、较小、较高、较低或较短，并不会引起本领域内技术人员的误解，也不会导致相关的限定或说明不清楚的问题。

该装置无需额外车载终端，适配所有电池组，安装使用均极为方便，能够收集实时状态数据并将数据上传到电池云平台，从而实现电池组状态远程监控，为动力电池回收提供准确有效的方法、确保资源再生利用、避免环境污染。

与本发明的直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统相对应，本发明具体实施方式中还公开了一种动力电池全生命周期在线监测方法，所述动力电池全生命周期在线监测方法包括以下步骤。

A、获取汽车动力电池的运行状态信息：根据现场总线采集模块CAN采集模块采集的车载总线的状态信息，确定时间间隔，选择采集动力电池的电压信息、温度信息还是全部电池信息以及和定位信息和电池其他信息；

B、将所述采集到的动力电池的电压信息、温度信息和定位信息中的部分或全部信息或电池的其他信息发送至云平台监测中心；

C、云平台监测中心根据接收到的动力电池的定位信息、电压信息、温度信息和定位信息中的或者部分或全部信息或以及电池的其他信息后，进行统计，获取动力电池衰减影响因子的概率分析。

电池云平台应用

将本发明所述的一种直接从电池包取电的动力电池全生命周期跟踪系统提供的信息上传至云平台，即电池云平台，该平台通过获取收集电池组在实际环境中运行的第一手数据，管理分散的动力电池组。

电池云平台将电池生产厂家，电动汽车生产厂，电动汽车消费者，电池回收方，电网等各个参与方紧密的联系到一块，实现了电池全生命周期完全覆盖。

由此可见，通过采用本发明的动力电池在线监测方法和系统，能够对动力电池放电状况与汽车运行状态之间的关系进行持续监测，特别是能够总结动力电池放电状况与汽车行驶速度状况、载荷状况或者在前放电速度之间的关系，由此发现动力电池健康状况线与汽车运行状态之间的关系。

另外，通过采用本发明的动力电池在线监测方法和系统，能够节约汽车内的监测装置和云平台监测中心之间的数据流量，降低系统的开销。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，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，并能够在本文所述发明构想范围内，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。