一种电动汽车动力电池组远程监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电动汽车动力电池组远程监控系统，系统包括BMS、车载终端、服务器和远程监控平台。本发明系统用于对电动汽车动力电池组的运行状态进行稳定高效的在线监测，利用远程监控平台强大的硬件计算资源对海量的电池数据进行分析处理，实现对包括荷电状态SOC、能量状态SOE、功率状态SOP、健康状态SOH在内的多种信息的获取，并能定期对电动汽车动力电池组初始状态进行标定。
【专利说明】
一种电动汽车动力电池组远程监控系统
技术领域
[0001]本发明涉及新能源汽车信息监控技术领域，尤其涉及一种电动汽车动力电池组的远程监控系统。【背景技术】
[0002]随着全球的环境污染和能源短缺日益加重，关于新能源汽车的研究和应用逐渐成为人们研究的焦点。目前，国内外均提出以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，并从汽车技术变革和产业升级的战略出发，颁布制定了优惠的政策措施，积极促进新能源汽车的发展。作为解决全球能源危机和环境污染的重要手段。
[0003]BMS电池管理系统，其用于提供包括电池参数实时监测、电池状态估计、电池一致性与均衡、电池热管理、在线诊断与预警、充放电控制，以及网络通信与信息存储在内的电池管理功能；
[0004]BMS电池管理系统是新能源汽车研究的重要领域之一，是保证电动汽车安全、保持电源系统正常应用和提高电池寿命的一种相当重要的技术措施。它起到对电池性能保护、 防止个别电池的早期损坏的作用。BMS的主要功能包括:电池参数实时监测、电池状态估计、 电池一致性与均衡、电池热管理、在线诊断与预警、充放电控制，以及网络通信与信息存储；
[0005]然而，大量电动汽车在投入使用后，获取BMS中存储的电池参数信息变得非常困难，传统的电动汽车远程监控系统只是简单实现了在线监测电动汽车的主要技术指标以及运行状态等功能，并未针对电动汽车的核心部件，即动力电池组建立完整的在线检测、分析和控制体系。
【发明内容】
[0006]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种功能完善的电动汽车动力电池组远程监控系统，通过远程监控系统便捷地获取BMS中存储的电池参数信息，方便使用者快捷地查看电池数据、监测电池状况，进行状态估计以及其它进一步分析，及时发现电池潜在的危险和故障，提高电动汽车使用过程中的安全性。
[0007]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0008]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点是:所述远程监控系统包括:
[0009]BMS电池管理系统，其用于提供包括电池参数的实时监测、电池状态的估计、电池的一致性与均衡、电池的热管理、在线诊断与预警、充放电控制，以及网络通信与信息存储在内的电池管理功能；
[0010]车载终端，其用于在BMS电池管理系统和服务器之间进行电池数据和控制指令的传送，并进行CAN/3G通信协议转换；
[0011]服务器，其用于接收和储存来自车载终端的电池数据，并对所述电池数据进行管理和维护；
[0012]远程监控平台；其用于访问所述服务器以获取所需的电池数据，对所述电池数据数据进行处理和分析，并进行状态估计，通过对电池数据所进行的分析判断出电池的潜在危险和故障，利用人机交互界面对于所述潜在危险和故障进行显示，并通过由人机交互界面和服务器形成的通信链路向所述车载终端下发控制指令。
[0013]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点也在于，所述远程监控系统中用于信息传输的通信链路为双向通路；
[0014]所述双向通路中上行通路信号流向为:BMS通过整车控制器通信获取车辆基本信息，通过与各个电池管理单元通信获取电池实时参数以及电池实时状态，经BMS对所述车辆基本信息、电池实时参数以及电池实时状态按照CAN通信协议打包，相对应形成基本信息帧、电池参数帧、电池状态帧;BMS与车载终端通过CAN通信网络连接，由BMS向车载终端发送基本信息帧、电池参数帧和电池状态帧，车载终端控制器通过CAN/3G转换协议，将基本信息帧、电池参数帧和电池状态帧转换为基本信息包、电池参数包、电池状态包;车载终端主控制器通过USART接口与3G模块相连，将基本信息包、电池参数包和电池状态包发送至3G模块；3G模块与基站之间通过WCDMA无线网络方式连接，以3G上行数据包的形式将基本信息包、电池参数包和电池状态包发送至基站;基站与远程监控平台通过Internet方式连接，以电池数据包的形式将3G上行数据包发送至远程监控平台；
[0015]所述双向通路中下行通路信号流向为:远程监控平台通过对接收到的信息进行分析处理，可进行电池初始化参数标定、电池状态在线估计、电池故障预警，对信息编码形成指令数据包，并通过Internet网络发送至基站;基站以3G下行数据包的形式将指令数据包发送至车载终端，经车载终端对3G数据包进行解析，形成参数标定包、状态估计包和故障预警包;车载终端通过3G/CAN转换协议将参数标定包、状态估计包和故障预警包转换为参数标定帧、状态估计帧和故障预警帧，并发送至BMS。
[0016]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点也在于，所述车载终端包括:主控制器、3G模块、CAN收发控制器、车辆定位模块、UART通信模块、电源模块、拓展模块及外围电路；
[0017]所述主控制器通过CAN收发控制器与BMS电池管理系统相连；
[0018]所述3G模块通过UART通信模块与主控制器相连；[〇〇19]所述车辆定位模块采用GPS定位系统，并通过SPI总线与主控制器相连。
[0020]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点也在于，所述远程监控平台包括:
[0021]通信模块，其与服务器之间采用TCP/IP通信方式，建立车载终端至远程监控平台的通信链路；
[0022]数据接收模块，用于接收电池参数和电池状态数据包；[〇〇23]数据解析模块，用于对数据包进行解析，恢复信息物理含义；
[0024]数据分析处理模块，对于来自数据解析模块的解析数据通过分析获得分析结果， 并采用复杂算法进行电池状态的估计，判断电池潜在的危险和故障；
[0025]数据存储模块，用于储存电池数据以及分析结果；
[0026]控制命令编码模块，用于按设定的规则对所需发送的控制命令进行编码；
[0027]数据发送模块，用于发送经所述控制命令编码模块完成编码和控制命令；
[0028]数据查询模块，用于查询历史信息；
[0029]故障报警模块，用于在电池组的工作状态超过限定阈值或通信链路中断时，启动声光报警；
[0030]人机交互界面，用于显示电动汽车及动力电池组的实时运行状态，并执行用户操作。
[0031]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点也在于，所述电池数据包括:车辆ID、车辆车型、车辆车牌号、电池类型、电池总容量、电池总电压、电池总电流、最高单体电压、最低单体电压、各个单体电压、最高单体温度、最低单体温度、电池S0C、电池剩余容量、 电池S0H、温度状态、电压状态、电流状态、功率状态、绝缘状态。[〇〇32]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点也在于，所述BMS电池管理系统与车载终端通过CAN通信网络相连;所述车载终端通过3G网络及Internet网络与远程监控平台相连。[〇〇33]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点也在于，所述复杂算法为:EKF拓展卡尔曼滤波法、UKF无迹卡尔曼滤波法、PF粒子滤波法、UPF无迹粒子滤波法、神经网络法、 小波变换法中的一种或多种算法的结合。
[0034]本发明电动汽车动力电池组远程监控系统的特点也在于，所述电池状态包括:荷电状态S0C、能量状态S0E、功率状态S0P和健康状态S0H。[〇〇35]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0036]本发明用于对电动汽车动力电池组的运行状态进行稳定高效的在线监测，利用远程监控平台强大的硬件计算资源对海量的电池数据进行分析处理，实现对包括荷电状态 S0C、能量状态S0E、功率状态S0P、健康状态S0H在内的多种信息的获取，并能定期对电动汽车动力电池组初始状态进行标定。【附图说明】[〇〇37]图1为本发明整体架构图；
[0038]图2为本发明中车载终端结构框图；
[0039]图3为本发明中车载终端的程序流程图；
[0040]图4为本发明中远程监控平台结构框图；[0041 ]图5为本发明中远程监控系统信息传输的通信链路图。【具体实施方式】
[0042]参见图1，本实施例中电动汽车动力电池组远程监控系统包括:[〇〇43] BMS电池管理系统，其用于提供包括电池参数的实时监测、电池状态的估计、电池的一致性与均衡、电池的热管理、在线诊断与预警、充放电控制，以及网络通信与信息存储在内的电池管理功能；
[0044]车载终端，其用于在BMS电池管理系统和服务器之间进行电池数据和控制指令的传送，并进行CAN/3G通信协议转换；
[0045]服务器，其用于接收和储存来自车载终端的电池数据，并对所述电池数据进行管理和维护；
[0046]远程监控平台；其用于访问所述服务器以获取所需的电池数据，对所述电池数据进行处理和分析，并进行状态估计，通过对电池数据所进行的分析判断出电池的潜在危险和故障，利用人机交互界面对于所述潜在危险和故障进行显示，并通过由人机交互界面和服务器形成的通信链路向所述车载终端下发控制指令。[〇〇47]如图2和图3所示，本实施例中车载终端包括:主控制器、3G模块、CAN收发控制器、 车辆定位模块、UART通信模块、电源模块、拓展模块及外围电路;其中:[〇〇48] 主控制器通过CAN收发控制器与BMS电池管理系统相连，
[0049]3G模块通过UART串行通信模块与主控制器相连；
[0050]车辆定位模块采用GPS定位系统，并通过SPI总线与主控制器相连。[〇〇51]车载终端的主要功能是接收BMS电池数据并由3G模块转发至远程监控平台；接收远程监控平台下发指令，并由CAN网络转发至BMS中，建立一个双向数据传输通道的中转中心。基于上述功能需求，车载终端软件设计采用模块化的设计方法，使得软件结构更加清晰。
[0052]如图3所示，系统上电后，首先对硬件资源进行初始化，主要包括:时钟、串口、CAN、 定时器、中断以及3G模块的初始化;其次，建立TCP通信链路，通过发送相应AT命令，完成3G 模块与远程监控平台之间的通信连接;连接成功后，等待电池数据上传及控制指令下发任务，在任务到达时接收电池数据及控制指令，在完成数据格式转换后分别发送至远程监控平台和BMS。[〇〇53]远程监控平台利用LabVIEW集成开发环境开发，其提供良好的人机交互界面，利用 LabVIEW丰富的资源，更有快捷，高效完成远程监控平台的功能需求。如图4所示，本实施例中远程监控平台包括:[〇〇54]通信模块，其与服务器之间采用TCP/IP通信方式，建立车载终端至远程监控平台的通信链路，是任务接收和任务发送的端口；在由通信模块检测到接收任务时，由数据接收模块通过接收端口接收电池参数和电池状态数据包;再由数据解析模块对数据包进行解析，恢复信息物理含义;在完成数据解析后，由数据存储模块储存电池数据，并通过人机交互界面利用电池数据绘制曲线图进行显示，同时，利用数据分析处理模块对于来自数据解析模块的解析数据通过分析获得分析结果，采用复杂算法进行电池状态的估计，通过人机交互界面显示给用户，数据分析处理模块还根据数据阈值进行分析，进而判断出电池潜在的危险和故障，由数据存储模块对分析结果进行存储。
[0055]远程监控平台还包括:控制命令编码模块，用于按设定的规则对所需发送的控制命令进行编码;数据发送模块，用于发送经所述控制命令编码模块完成编码和控制命令;数据查询模块，用于查询历史信息，用户可以随时通过数据查询模块调用数据存储模块中的存储数据，用于查询电池原始数据，以分析结果等信息；故障报警模块，用于在电池组的工作状态超过限定阈值或通信链路中断时，启动声光报警;人机交互界面，用于显示电动汽车及动力电池组的实时运行状态，并执行用户操作。[〇〇56]如图5所示，本实施例中BMS电池管理系统与车载终端通过CAN通信网络相连;车载终端通过3G网络及Internet网络与远程监控平台相连。[〇〇57] 本实施例中主控制器采用32位STM32F407芯片，其具有高性能的ARM Cortex-M4内核，兼容两路CAN接口以及1M高速闪存，能够实时准确处理CAN通信数据收发任务和3G通信数据收发任务;3G模块选用S頂5320E芯片，其支持GSM 850MHZ/WCDMA和900MHz/HSDPA多频段，主控制器通过USART接口向其发送AT命令，即可控制3G网络与外部网络的通信。CAN通信网络，其传输速率为500Kbit/s，协议采用29位扩展帧，符合SAE1939协议，两字节数据高字节在前、低字节在后，同一字节中高位在前，低位在后；Internet通信网络，采用TCP/IP协议，通过设置IP地址及相应端口实现。
[0058]具体实施中，电池数据即为电动汽车相应的基本信息，电池数据包括:车辆ID、车辆车型、车辆车牌号、电池类型、电池总容量、电池总电压、电池总电流、最高单体电压、最低单体电压、各个单体电压、最高单体温度、最低单体温度、电池S0C、电池剩余容量、电池S0H、 温度状态、电压状态、电流状态、功率状态、绝缘状态;复杂算法为:EKF拓展卡尔曼滤波法、 UKF无迹卡尔曼滤波法、PF粒子滤波法、UPF无迹粒子滤波法、神经网络法、小波变换法中的一种或多种算法的结合；电池状态包括:荷电状态S0C、能量状态S0E、功率状态S0P和健康状态 S0H。
[0059]图5示出了本实施例中远程监控系统信息传输的通信链路是包括有上行通路和下行通路的双向通路;其中，上行通路按信号流向依序为:BMS、车载终端、3G模块、基站至远程监控平台；下行通路为按信号流向依序为:远程监控平台、基站、3G模块、车载终端至BMS。
[0060]双向通路中上行通路信号流向为:BMS通过整车控制器通信获取车辆基本信息，通过与各个电池管理单元通信获取电池实时参数以及电池实时状态，经BMS对所述车辆基本信息、电池实时参数以及电池实时状态按照CAN通信协议打包，相对应形成基本信息帧、电池参数帧、电池状态帧；BMS与车载终端通过CAN通信网络连接，由BMS向车载终端发送基本信息帧、电池参数帧和电池状态帧，车载终端控制器通过CAN/3G转换协议，将基本信息帧、 电池参数帧和电池状态帧转换为基本信息包、电池参数包、电池状态包;车载终端主控制器通过USART接口与3G模块相连，将基本信息包、电池参数包和电池状态包发送至3G模块;3G 模块与基站之间通过WCDMA无线网络方式连接，以3G上行数据包的形式将基本信息包、电池参数包和电池状态包发送至基站;基站与远程监控平台通过Internet方式连接，以电池数据包的形式将3G上行数据包发送至远程监控平台；
[0061]双向通路中下行通路信号流向为:远程监控平台通过对接收到的信息进行分析处理，可进行电池初始化参数标定、电池状态在线估计、电池故障预警，对信息编码形成指令数据包，并通过Internet网络发送至基站;基站以3G下行数据包的形式将指令数据包发送至车载终端，经车载终端对3G数据包进行解析，形成参数标定包、状态估计包和故障预警包;车载终端通过3G/CAN转换协议将参数标定包、状态估计包和故障预警包转换为参数标定帧、状态估计帧和故障预警帧，并发送至BMS。
【主权项】
1.一种电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于所述远程监控系统包括:BMS电池管理系统，其用于提供包括电池参数的实时监测、电池状态的估计、电池的一 致性与均衡、电池的热管理、在线诊断与预警、充放电控制，以及网络通信与信息存储在内 的电池管理功能；车载终端，其用于在BMS电池管理系统和服务器之间进行电池数据和控制指令的传送， 并进行CAN/3G通信协议转换；服务器，其用于接收和储存来自车载终端的电池数据，并对所述电池数据进行管理和 维护；远程监控平台；其用于访问所述服务器以获取所需的电池数据，对所述电池数据数据 进行处理和分析，并进行状态估计，通过对电池数据所进行的分析判断出电池的潜在危险 和故障，利用人机交互界面对于所述潜在危险和故障进行显示，并通过由人机交互界面和 服务器形成的通信链路向所述车载终端下发控制指令。2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于，所述远程监 控系统中用于信息传输的通信链路为双向通路；所述双向通路中上行通路信号流向为:BMS通过整车控制器通信获取车辆基本信息，通 过与各个电池管理单元通信获取电池实时参数以及电池实时状态，经BMS对所述车辆基本 信息、电池实时参数以及电池实时状态按照CAN通信协议打包，相对应形成基本信息帧、电 池参数帧、电池状态帧；BMS与车载终端通过CAN通信网络连接，由BMS向车载终端发送基本 信息帧、电池参数帧和电池状态帧，车载终端控制器通过CAN/3G转换协议，将基本信息帧、 电池参数帧和电池状态帧转换为基本信息包、电池参数包、电池状态包;车载终端主控制器 通过USART接口与3G模块相连，将基本信息包、电池参数包和电池状态包发送至3G模块;3G 模块与基站之间通过WCDMA无线网络方式连接，以3G上行数据包的形式将基本信息包、电池 参数包和电池状态包发送至基站;基站与远程监控平台通过Internet方式连接，以电池数 据包的形式将3G上行数据包发送至远程监控平台；所述双向通路中下行通路信号流向为:远程监控平台通过对接收到的信息进行分析处 理，可进行电池初始化参数标定、电池状态在线估计、电池故障预警，对信息编码形成指令 数据包，并通过Internet网络发送至基站;基站以3G下行数据包的形式将指令数据包发送 至车载终端，经车载终端对3G数据包进行解析，形成参数标定包、状态估计包和故障预警 包;车载终端通过3G/CAN转换协议将参数标定包、状态估计包和故障预警包转换为参数标 定帧、状态估计帧和故障预警帧，并发送至BMS。3.根据权利要求1或2所述的电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于，所述车 载终端包括:主控制器、3G模块、CAN收发控制器、车辆定位模块、UART通信模块、电源模块、 拓展模块及外围电路；所述主控制器通过CAN收发控制器与BMS电池管理系统相连；所述3G模块通过UART通信模块与主控制器相连；所述车辆定位模块采用GPS定位系统，并通过SPI总线与主控制器相连。4.根据权利要求1或2所述的电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于，所述远 程监控平台包括:通信模块，其与服务器之间采用TCP/IP通信方式，建立车载终端至远程监控平台的通信链路；数据接收模块，用于接收电池参数和电池状态数据包；数据解析模块，用于对数据包进行解析，恢复信息物理含义；数据分析处理模块，对于来自数据解析模块的解析数据通过分析获得分析结果，并采 用复杂算法进行电池状态的估计，判断电池潜在的危险和故障；数据存储模块，用于储存电池数据以及分析结果；控制命令编码模块，用于按设定的规则对所需发送的控制命令进行编码；数据发送模块，用于发送经所述控制命令编码模块完成编码和控制命令；数据查询模块，用于查询历史信息；故障报警模块，用于在电池组的工作状态超过限定阈值或通信链路中断时，启动声光 报警；人机交互界面，用于显示电动汽车及动力电池组的实时运行状态，并执行用户操作。5.根据权利要求1或2所述的电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于，所述电 池数据包括:车辆ID、车辆车型、车辆车牌号、电池类型、电池总容量、电池总电压、电池总电 流、最高单体电压、最低单体电压、各个单体电压、最高单体温度、最低单体温度、电池SOC、 电池剩余容量、电池SOH、温度状态、电压状态、电流状态、功率状态、绝缘状态。6.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于，所述BMS电 池管理系统与车载终端通过CAN通信网络相连;所述车载终端通过3G网络及Internet网络 与远程监控平台相连。7.根据权利要求4所述的电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于，所述复杂算 法为:EKF拓展卡尔曼滤波法、UKF无迹卡尔曼滤波法、PF粒子滤波法、UPF无迹粒子滤波法、 神经网络法、小波变换法中的一种或多种算法的结合。8.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组远程监控系统，其特征在于，所述电池状 态包括:荷电状态SOC、能量状态SOE、功率状态SOP和健康状态SOH。
【文档编号】G05B19/042GK105955146SQ201610494767
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】陈宗海, 潘瑞, 汪玉洁, 杨朵
【申请人】中国科学技术大学