電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李曉輝 ，張向文 ，2，侯少陽(yáng)

1.桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林 541004 2.桂林電子科技大學(xué) 廣西自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李曉輝1，張向文1，2，侯少陽(yáng)1

1.桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林 541004 2.桂林電子科技大學(xué) 廣西自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)和故障情況，提高電動(dòng)汽車運(yùn)行的安全性，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在車載端實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)測(cè)量信息和位置信息，并將信息利用GSM/GPRS通信模塊定時(shí)傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心對(duì)上傳的信息進(jìn)行接收、存儲(chǔ)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)電池性能做出分析評(píng)價(jià)；同時(shí)開發(fā)了一款手機(jī)APP，利用HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)中心的Web服務(wù)器的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的應(yīng)用前景。

電動(dòng)汽車；動(dòng)力電池；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（GPRS）；Android

1 引言

電動(dòng)汽車是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的有效手段，然而，電池技術(shù)的相對(duì)落后制約了電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用。電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池狀態(tài)可以通過電池管理系統(tǒng)（BMS）進(jìn)行測(cè)量和管理，但是，目前的BMS大部分沒有實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)[1-4]。在電動(dòng)汽車運(yùn)行的過程中，由于動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)受不同環(huán)境因素的影響，電池在持續(xù)工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如單體溫度過高、電流過大、過放電和過充電等情況，對(duì)電池造成一定程度的損壞，甚至引起電池毀壞發(fā)生爆炸事件。利用電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，電動(dòng)汽車廠商和車主可以實(shí)時(shí)了解電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的工作狀態(tài)和故障情況，對(duì)動(dòng)力電池故障進(jìn)行及時(shí)的處理，從而提高動(dòng)力電池使用的安全性[5]。另外，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端可以提供功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過數(shù)據(jù)回放，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析，為改進(jìn)BMS和進(jìn)行電動(dòng)汽車故障或事故的分析提供科學(xué)依據(jù)[6-8]。

國(guó)內(nèi)外在電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究上都取得了一定的成果。在國(guó)外，日本的日產(chǎn)汽車公司為其研制的電動(dòng)汽車EV-11開發(fā)了一款遠(yuǎn)程手機(jī)監(jiān)控軟件，當(dāng)在IPhone客戶端接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的情況下運(yùn)行該監(jiān)控軟件，就可以對(duì)EV-11電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；美國(guó)福特汽車公司開發(fā)的一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控，讀取溫度、電壓和電流等重要參數(shù)，另外，該系統(tǒng)還可以完成電池管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程升級(jí)服務(wù)。在國(guó)內(nèi)，上海交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院開發(fā)了應(yīng)用于新能源汽車示范運(yùn)營(yíng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控原型系統(tǒng)[9]；吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院開發(fā)的電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)電動(dòng)汽車電池進(jìn)行故障診斷[10]。綜合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)在實(shí)時(shí)性、可靠性等核心技術(shù)方面與國(guó)外還存在一定程度的差距，并且現(xiàn)有的電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)大多采用Web形式，只能在監(jiān)控中心查看電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀況，辦公地點(diǎn)固定，不能隨時(shí)隨地查看電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)信息，有一定的局限性[11]。

本文提出一種基于Android的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以STM32為主控制器，利用CAN總線技術(shù)、GPS定位技術(shù)和GPRS無(wú)線技術(shù)，傳輸BMS采集的數(shù)據(jù)和汽車位置信息到遠(yuǎn)程服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和分析，有助于研究人員對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在不同環(huán)境下的運(yùn)行狀況進(jìn)行專業(yè)分析。此外，開發(fā)了一款A(yù)ndroid手機(jī)APP，不受時(shí)間空間的限制，對(duì)電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)信息和位置信息進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。這樣，用戶既可以在PC端，也可以通過Android智能手機(jī)，隨時(shí)隨地進(jìn)行電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和跟蹤。實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與Android智能終端的有機(jī)結(jié)合，提高了對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)的靈活性和方便性。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

基于Android的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖1所示，由車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[12]、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)和Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以STM32為主控制器，通過自主制定的CAN通信協(xié)議采集電池狀態(tài)信息，然后通過液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，利用GPS定位模塊實(shí)時(shí)獲取電動(dòng)汽車GPS位置信息，并利用GSM/GPRS模塊定時(shí)上傳電池狀態(tài)信息、汽車位置信息以及其他重要信息的數(shù)據(jù)幀。這些信息被移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的GPRS網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)機(jī)所接收，按照數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)地址[13]，GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)傳送到Internet網(wǎng)絡(luò)，最終到達(dá)相應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)將接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SQL Serve數(shù)據(jù)庫(kù)中，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)和GPS信息的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[14]。通過查看電動(dòng)汽車有關(guān)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，了解電動(dòng)汽車的故障信息，可以對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，對(duì)電動(dòng)汽車的運(yùn)行軌跡進(jìn)行跟蹤。另外，在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)搭建了一個(gè)由SQL Serve+Java+Apache組成的三層結(jié)構(gòu)的Web服務(wù)器[15]，實(shí)現(xiàn)了Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和Web服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互。Android智能手機(jī)可以通過HTTP協(xié)議對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行訪問，獲取電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)的有關(guān)數(shù)據(jù)，直觀地顯示在Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的UI上，實(shí)現(xiàn)Android智能手機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主控芯片、GSM/GPRS無(wú)線通信模塊、GPS衛(wèi)星定位模塊、CAN功能模塊和顯示模塊等模塊組成，是一種典型的嵌入式設(shè)備，硬件原理框圖如圖2所示。

圖2 車載終端硬件原理框圖

主控芯片MCU采用STM32系列的微處理器。由于功能較多，為了保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)，采用多任務(wù)模式，移植了基于實(shí)時(shí)內(nèi)核RTOS（uC/OS-Ⅱ）的小型嵌入式系統(tǒng)。

CAN功能模塊采用的芯片是TJA1050，該芯片支持CAN V2.0B技術(shù)規(guī)范，采用11個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)幀，其穩(wěn)定性高，可靠性強(qiáng)。MCU（STM32）的所有型號(hào)芯片中都具有bxCAN控制器，bxCAN接口可以自動(dòng)地接收和發(fā)送CAN報(bào)文，支持標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符和擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，便于對(duì)CAN功能模塊的控制。

GSM/GPRS無(wú)線通信模塊和GPS衛(wèi)星定位模塊采用一款低功耗的SIM908模塊，它具有GSM/GPRS無(wú)線通信功能和GPS信息采集功能，內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧且擴(kuò)展了TCP/IP-AT指令的三頻段模塊。MCU通過串口與GSM模塊連接，再通過無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，把解析整理好的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)及電動(dòng)汽車的GPS位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

顯示模塊采用ALIENTEK推出的一款高性能7寸電容觸摸屏，屏幕分辨率800×480，16位真彩顯示，自帶LCD控制器，通過FSMC總線接口實(shí)現(xiàn)MCU（STM32）和液晶屏的數(shù)據(jù)通信，具有非常好的操控效果。通過設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互界面，電動(dòng)汽車的車主可以隨時(shí)查看電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的狀態(tài)信息，當(dāng)電池狀態(tài)異常時(shí)，可以及時(shí)采取相應(yīng)的措施，防止對(duì)電動(dòng)汽車造成損害。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)采用基于TCP/IP的C/S開發(fā)模式，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，利用C++編程語(yǔ)言進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件開發(fā)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)來(lái)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和分析。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)主要功能有：電動(dòng)汽車位置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)軌跡回放、電池狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史分析，以及Web服務(wù)器的搭建，系統(tǒng)功能框圖如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)功能框圖

車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳回電動(dòng)汽車當(dāng)前的位置、速度、經(jīng)度和緯度等GPS測(cè)量信息。遠(yuǎn)程端通過對(duì)GPS信息的解析在百度地圖上展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車位置實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，掌握電動(dòng)汽車在道路上的行駛情況。利用獲得的位置信息，可以對(duì)電動(dòng)汽車的歷史行駛路線在百度地圖上重新予以回放，查看電動(dòng)汽車的行駛軌跡，便于對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。

遠(yuǎn)程端通過對(duì)電動(dòng)汽車電池總體電壓、總電流、SOC、單體電壓和電池故障等信息的監(jiān)測(cè)，直觀顯示在監(jiān)測(cè)界面，電動(dòng)汽車廠商和車主可以及時(shí)了解電動(dòng)汽車電池狀態(tài)參數(shù)的變化情況。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了總體電池電壓歷史分析、總體電池電流歷史分析、單體電池電壓歷史分析、電池組SOC歷史分析和電池故障歷史分析。在電池組參數(shù)的歷史分析中，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的參數(shù)值為縱坐標(biāo)，繪制某一段時(shí)間的參數(shù)值變化，可以形成連續(xù)變化的歷史曲線。通過對(duì)電池組參數(shù)歷史曲線的分析，可以對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池性能做出分析評(píng)價(jià)。在電池故障歷史分析中，記錄電池發(fā)生某故障的次數(shù)，比如絕緣過低、單體過放、單體過充，總壓過低和短路保護(hù)等電池故障信息。

系統(tǒng)的Web服務(wù)器由SQL Serve+Java+Apache三層結(jié)構(gòu)組成。采用J2EE作為開發(fā)平臺(tái)，同時(shí)采用Tomcat做Web應(yīng)用服務(wù)器軟件，它是一個(gè)超文本傳輸協(xié)議（HTTP）服務(wù)器。其工作原理：當(dāng)客戶端發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，Tomcat服務(wù)器中的Servlet容器使用Servlet Request對(duì)象把客戶端的請(qǐng)求信息封裝起來(lái)，然后調(diào)用Java Servlet API中定義的一些Servlet方法，完成Servlet的執(zhí)行，然后將Servlet執(zhí)行的要返回給客戶端的結(jié)果封裝到 Servlet Response對(duì)象中。最后，Servlet容器把客戶端的請(qǐng)求發(fā)給用戶，完成為客戶端的一次服務(wù)過程。

5 Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用Eclipse工具下的Android插件進(jìn)行開發(fā)。程序設(shè)計(jì)主要基于Java語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并調(diào)用了Android的部分API函數(shù)庫(kù)。Android系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，它是一種基于Linux的自由的操作系統(tǒng)，Android SDK給開發(fā)者提供了豐富的API[16-17]。

Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是通過與Web服務(wù)器通信，獲取電動(dòng)汽車的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且利用功能界面直觀地顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)Android智能手機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。因此，Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由通信和顯示兩大模塊組成，此外還包括登錄模塊和設(shè)置模塊。其中顯示模塊分為電動(dòng)汽車電池參數(shù)顯示模塊和地圖顯示模塊，如圖4所示。

圖4 Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能模塊

5.1 通信模塊

通信模塊實(shí)現(xiàn)與Web服務(wù)器的通信。本系統(tǒng)利用JSON格式數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)與Web服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互[18]。在通信過程中，線程使用HTTP協(xié)議中的Http URL Connection方法進(jìn)行請(qǐng)求/響應(yīng)，Web服務(wù)器收到請(qǐng)求后，將請(qǐng)求數(shù)據(jù)封裝成JSON格式，通過HTTP協(xié)議響應(yīng)到Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，返回的結(jié)果代碼為200時(shí)，請(qǐng)求成功，再對(duì)接收到的JSON格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將數(shù)據(jù)顯示在Android手機(jī)UI上。

5.2 顯示模塊

顯示模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車的狀態(tài)信息，以方便用戶隨時(shí)進(jìn)行查看。它分為電動(dòng)汽車電池參數(shù)顯示模塊和地圖顯示模塊。

電動(dòng)汽車電池參數(shù)顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車電池組總體電壓、總體電流、SOC、單體電壓和電池故障等信息的顯示。利用定時(shí)器，每隔5 s向服務(wù)器發(fā)送一次請(qǐng)求，通過返回的數(shù)據(jù)更新UI，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車電池的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。電動(dòng)汽車電池的總體電壓、總電流和SOC的歷史曲線回放，則通過向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，把某段時(shí)間的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來(lái)并返回到Android手機(jī)端，在用戶界面上進(jìn)行顯示，分析它們的變化情況。

地圖顯示模塊用于電動(dòng)汽車位置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史軌跡回放功能中，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車位置的實(shí)時(shí)顯示和軌跡描繪。它們都是基于百度地圖設(shè)計(jì)開發(fā)的，需要在布局設(shè)計(jì)中添加Map View用來(lái)顯示地圖。

電動(dòng)汽車位置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：當(dāng)用戶需要對(duì)電動(dòng)汽車位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，通過定時(shí)器，每隔5 s，向Web服務(wù)器發(fā)送位置請(qǐng)求，Web服務(wù)器將GPS信息回傳給Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過調(diào)用百度地圖Android SDK中的API插件，用Map View進(jìn)行地圖顯示，使用戶能夠監(jiān)測(cè)到電動(dòng)汽車的實(shí)時(shí)位置變化。

電動(dòng)汽車歷史軌跡回放：歷史軌跡回放是重現(xiàn)電動(dòng)汽車某一段時(shí)間內(nèi)的行駛情況，在百度地圖上以點(diǎn)、線的形式表現(xiàn)出來(lái)。Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向Web服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，Web服務(wù)器返回某段時(shí)間內(nèi)的電動(dòng)汽車歷史軌跡數(shù)據(jù)，再調(diào)用百度地圖 Android SDK中的API插件，用Map View進(jìn)行地圖顯示，使用戶能夠查看到電動(dòng)汽車的歷史運(yùn)行軌跡。

5.3 登錄模塊

當(dāng)用戶打開應(yīng)用軟件后，進(jìn)入登錄界面，有注冊(cè)和登錄功能。如有賬戶可直接登錄，沒有賬戶可以進(jìn)行相應(yīng)的注冊(cè)。用戶進(jìn)行注冊(cè)后，將用戶信息上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，用戶登錄時(shí)，通過訪問遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶信息，匹配后才能登錄成功。

5.4 設(shè)置模塊

設(shè)置模塊主要進(jìn)行系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)置，目前設(shè)計(jì)了單體信息更新頻率、總體信息更新頻率、電池故障更新頻率、服務(wù)器的IP和端口設(shè)置功能。在Android中，最簡(jiǎn)單的持久化數(shù)據(jù)的辦法是使用首選項(xiàng)應(yīng)用程序接口（Preferences API），設(shè)置模塊利用首選項(xiàng)（preferences）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，利用實(shí)驗(yàn)室的ARBIN電動(dòng)汽車動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。ARBIN是可以編程控制的電池測(cè)試儀器，充放電電壓范圍20～400 V，充放電電流范圍±200 A，電流分2個(gè)量程±200 A/50 A，電壓精度±0.1%FSR，電流精度±0.1%FSR。測(cè)試使用的動(dòng)力電池是中航鋰電池SA40AHA，電池成組方式為1并12串，這樣整體電池組額定電壓38.4 V，額定容量40 Ah，電池組正常工作電壓33.6～43.2 V，車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

采集終端通過CAN總線與實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的BMS模塊相連，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且通過ARBIN的編程控制，對(duì)電池組循環(huán)充放電。放電時(shí)模擬電動(dòng)汽車的各種運(yùn)行工況，測(cè)試電池組的電壓、電流，溫度的變化和故障報(bào)警功能，驗(yàn)證該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能力。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過7寸LCD顯示電池管理系統(tǒng)的主菜單，如圖6所示。當(dāng)點(diǎn)擊相應(yīng)功能，則在車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)信息的監(jiān)測(cè)。

圖6 電池管理系統(tǒng)主菜單

在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池單體電壓、總體電壓、總體電流、SOC和電池故障信息等參數(shù)的監(jiān)測(cè)。在某一時(shí)刻點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面如圖7所示。

圖7 監(jiān)測(cè)中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

在Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，同樣可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池運(yùn)行的全部參數(shù)，與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)同步監(jiān)測(cè)。在某一時(shí)刻點(diǎn)，Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)界面如圖8所示。

圖8 Android手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)和Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車位置的實(shí)時(shí)定位，它們的定位監(jiān)測(cè)界面如圖9所示。

圖9 定位監(jiān)測(cè)界面

通過選取某段時(shí)間的總體電壓，可以得到在這一段時(shí)間內(nèi)的總體電壓歷史曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，分別在ARBIN測(cè)試系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)和Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得出總體電壓歷史曲線如圖10所示。

圖10 總體電壓歷史曲線

通過選取某段時(shí)間的總電流，可以得到在這一段時(shí)間的總電流歷史曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，分別在ARBIN測(cè)試系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)和Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得出總電流歷史曲線圖如圖11所示。

通過選取某段時(shí)間的SOC，可以得到在這一段時(shí)間的SOC歷史曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，分別在ARBIN測(cè)試系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)和Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得出SOC歷史曲線圖如圖12所示。

圖11 總電流歷史曲線

圖12 SOC歷史曲線

7 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)和Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。車載終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)信息，通過7寸LCD液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)利用GPS定位模塊實(shí)時(shí)獲取電動(dòng)汽車GPS位置信息，并定時(shí)將這些信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)和GPS信息的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，另外，對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和對(duì)電動(dòng)汽車的運(yùn)行軌跡進(jìn)行跟蹤。同時(shí)，Android智能手機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)的Web服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了基于Android智能手機(jī)的動(dòng)力電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)的靈活性和方便性。

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)記錄完整，歷史數(shù)據(jù)的回放及曲繪制也都直觀清晰，較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與運(yùn)行狀態(tài)的分析，證明了該系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。

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LI Xiaohui1,ZHANG Xiangwen1，2,HOU Shaoyang1

1.School of Electronic Engineering andAutomation,Guilin University of Electronic Technology,Guilin,Guangxi 541004,China 2.Guangxi Key Laboratory of Automatic Detecting Technology and Instruments,Guilin University of Electronic Technology,Guilin,Guangxi 541004,China

Design of remote monitoring system for electric vehicle power battery.Computer Engineering and Applications,2017,53（21）：233-238.

In order to monitor the status and fault condition of the electric vehicle power battery in real-time,and improve the operation security of electric vehicles,a remote monitoring system for BMS based on a new mobile operation system-Android is designed and implemented in this page.The battery state data and the GPS data are collected in the vehicle terminal and sent to the remote monitoring center by GSM/GPRS communication module.The remote monitoring center receives,stores and analyzes the uploaded information,so that achieves real time monitoring of running state of electric vehicle,and analyzes and evaluates the battery performance.Meanwhile,a mobile phone APP is developed,and its communication with the Web server of the remote monitoring center is realized by HTTP protocol,so the running state of electric vehicle and battery information can be monitored with a phone in real time.The system is tested,and its design rationality,reliability and stability are verified,so it has a good application prospects.

electric vehicle;power battery;remote monitoring;General Packet Radio Service（GPRS）;Android

A

TP277；TP37；TP393

10.3778/j.issn.1002-8331.1605-0439

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)課題（No.桂科重1348003-4）；廣西自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金（No.YQ14111）。

李曉輝（1991—），男，碩士研究生，主要研究方向：汽車電子，E-mail：1032139901@qq.com；張向文（1976—），男，博士，研究員，研究方向?yàn)槠囯娮涌刂?；侯少?yáng)（1992—），男，碩士研究生，主要研究方向：汽車電子。

2016-05-31

2016-08-18

1002-8331（2017）21-0233-06

CNKI網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版：2016-12-16,http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20161216.1400.020.html