摘 要: 為了實現(xiàn)對不同區(qū)域鋰電池組的遠程管理,,提出了一種基于Web的鋰電池組管理系統(tǒng),,并完成系統(tǒng)的軟件設計。系統(tǒng)基于前后臺分系統(tǒng)的設計思想,,采用C/S和B/S相結合的軟件架構,,即后臺系統(tǒng)使用C/S架構,實現(xiàn)與GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元DTU的通信,,保證系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的安全性,;前臺系統(tǒng)使用B/S架構,給電池管理員/用戶提供友好的界面,,實現(xiàn)靈活的人機交互,;兩個分系統(tǒng)之間利用數(shù)據(jù)庫進行連接,實現(xiàn)電池數(shù)據(jù)的存儲與訪問,。
關鍵詞: 鋰電池組,;Web網(wǎng)絡架構;電池管理系統(tǒng)
0 引言
21世紀以來,,隨著各國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,,人類漸漸意識到節(jié)能和環(huán)保的重要性。鋰離子電池憑借其能量密度高,、循環(huán)壽命長,、自放電率低、無記憶效應和無環(huán)境污染等優(yōu)勢,,使其取代鉛酸電池組成為必然趨勢[1-3],。隨著鋰電池在電動汽車、大功率儲能等方面的廣泛應用,人們對鋰電池組在線管理系統(tǒng)的要求也越來越高,,應用環(huán)境也越來越多樣化。例如應用于新能源發(fā)電以及通信基站備用電源的大容量鋰離子儲能電池組,,由于其所在位置比較分散,,所以早期的電池管理系統(tǒng)不便于對電池進行實地勘察和管理。除此之外,,早期系統(tǒng)一般使用上位機軟件顯示電池相關數(shù)據(jù),,當不同的用戶/管理員需要了解電池狀況時,需要安裝相應的上位機軟件,。隨著電池組數(shù)量以及用戶數(shù)量的急劇增加,,這種方式應用起來越來越不方便。
為了克服早期系統(tǒng)的諸多不足,,文章設計一個基于Web的鋰電池組管理系統(tǒng),。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡實現(xiàn)對鋰電池組的在線監(jiān)測,界面友好,、美觀,,操作簡單、快捷,,具有靈活的人機交互功能等,,能夠及時了解鋰電池組的狀態(tài)信息。
1 系統(tǒng)概述
鋰電池組管理系統(tǒng)是一套完整的實現(xiàn)對不同區(qū)域大容量鋰離子電池組進行遠程監(jiān)控的系統(tǒng),,該系統(tǒng)集電池組的數(shù)據(jù)收集,、狀態(tài)分析、人機交互于一體,,其物理結構如圖1所示,。鋰電池組管理系統(tǒng)(Battery Management System,BMS)接收GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元(Data Transfer Unit,,DTU)發(fā)送的電池數(shù)據(jù),,隨后對這些數(shù)據(jù)進行存儲、分析,,以圖表或曲線的形式通過瀏覽器呈現(xiàn)給用戶/管理員,。
2 系統(tǒng)的總體設計
2.1 設計思想
從圖1中可以看出,BMS銜接了兩個部分:一是DTU,,負責數(shù)據(jù)的接收,;二是與電池管理員/用戶相關,主要負責對不同區(qū)域的電池進行管理以及電池狀態(tài)的顯示,。鑒于這兩方面要實現(xiàn)的功能完全不相關,,并且服務的對象也不同,因此將系統(tǒng)設計為兩個分系統(tǒng),以前后臺的方式運行,,后臺系統(tǒng)負責與DTU進行通信,;前臺系統(tǒng)則負責人機交互,數(shù)據(jù)庫為兩個分系統(tǒng)之間的橋梁,,如圖2所示,。
2.2 軟件架構
基于前后臺分系統(tǒng)的設計思想,系統(tǒng)的軟件架構采用客戶端/服務器(C/S)和瀏覽器/服務器(B/S)相結合[4-5]的網(wǎng)絡架構搭建鋰電池組管理系統(tǒng),,即后臺系統(tǒng)使用C/S架構,,實現(xiàn)與GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元DTU的通信,保證傳輸數(shù)據(jù)的安全性,;前臺系統(tǒng)使用B/S架構,,實現(xiàn)靈活的人機交互,提供電池管理員/用戶友好的界面交互,,如圖3所示,。
3 系統(tǒng)的具體實現(xiàn)
基于Web的鋰電池組管理系統(tǒng)主要由三個部分組成:后臺系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫,、前臺系統(tǒng),。下面針對這三個部分的具體實現(xiàn)做詳細闡述。
3.1 后臺系統(tǒng)的實現(xiàn)
鋰電池組管理系統(tǒng)要實現(xiàn)對眾多電池組的監(jiān)控,,后臺系統(tǒng)就要接收大量的數(shù)據(jù),,這就涉及到對大量數(shù)據(jù)的處理。采用C/S架構有利于處理大量數(shù)據(jù),,可以滿足網(wǎng)絡通信量低,、傳輸數(shù)據(jù)安全性高、程序響應速度快等需求,。
除此之外,,鋰電池組管理系統(tǒng)BMS作為服務器,要具有同時接收多個客戶端(即DTU)所發(fā)送數(shù)據(jù)的能力,,即處理大量并發(fā)連接的能力,。為了實現(xiàn)多任務并發(fā)執(zhí)行,系統(tǒng)采用.NET Framework 4提供的任務并行庫(Task Parallel Library,,TPL)技術以滿足電池管理系統(tǒng)對外接口多任務和高效率的需求[6],;另外,為了保證傳輸數(shù)據(jù)能夠正確地接收,,采用安全,、可靠、穩(wěn)定的TCP/IP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議,,具體使用的是Socket類進行網(wǎng)絡編程,,流程圖如圖4所示,。
3.2 數(shù)據(jù)庫設計
從DTU獲取的有關電池組的數(shù)據(jù)信息可以分為三大類,分別是電池組總覽查詢,、BMS電芯溫度信息,、電池測量模擬前端(Battery Measurement Analog Front End,BMAFE)狀態(tài)信息,。其中,,電池組總覽信息又可以細分為電池包數(shù)據(jù)信息和N組基本模組數(shù)據(jù)信息。根據(jù)需求以及接收到的數(shù)據(jù),,得到概念數(shù)據(jù)模型,用“實體-關系”圖(即E-R圖)表示,,圖5所示為基本模組與電池包之間的E-R圖,。
基于上述的概念數(shù)據(jù)模型,進一步對其分解與細化,,得到邏輯數(shù)據(jù)模型,,具體描述如下:
(1)電池包數(shù)據(jù)信息(設備地址,、循環(huán)次數(shù),、設備總數(shù)、正常工作的設備數(shù),、總電壓等),;
(2)N組基本模組數(shù)據(jù)信息(設備地址,、系統(tǒng)電流,、剩余容量、電池組電壓等),;
?。?)BMS電芯溫度信息(第1節(jié)電芯電壓、第2節(jié)電芯電壓,、第1節(jié)電芯溫度等),;
(4)AFE狀態(tài)信息(電池組電芯電壓,、AFE最低電芯電壓,、AFE最高電芯溫度等)。
數(shù)據(jù)庫設計的最后一步是物理數(shù)據(jù)模型設計,,即對真實數(shù)據(jù)庫的表達,。本設計選用適合中型企業(yè)/單位的SQL Server關系型數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建數(shù)據(jù)表,限于文章篇幅,,僅列出電池包數(shù)據(jù)信息表,,如表1所示。
3.3 前臺系統(tǒng)的實現(xiàn)
在B/S架構下,人機交互的工作通過瀏覽器來完成,,其優(yōu)點是用戶使用簡單,、界面友好,并且由服務器端處理絕大部分工作,,系統(tǒng)的維護成本較低等,。Microsoft提供高級的Web應用程序開發(fā)平臺,即ASP.NET平臺[7-8],,具有簡單易用性和便捷的可管理性等優(yōu)勢,。
如圖6所示,鋰電池組管理系統(tǒng)采用B/S架構,,BMS作為Web服務器,,管理員/用戶通過瀏覽器來訪問整個系統(tǒng)。即用戶通過瀏覽器向Web服務器發(fā)出請求,,服務器接收請求,,并使用LINQ to SQL技術訪問數(shù)據(jù)庫,經(jīng)過一定的后臺程序處理后,,將結果返回并顯示給用戶,。
4 界面設計及結果顯示
4.1 后臺系統(tǒng)測試結果
后臺系統(tǒng)主要實現(xiàn)鋰電池組管理系統(tǒng)BMS與鋰電池終端設備DTU之間的通信,使用Windows Forms平臺進行開發(fā),,測試結果如圖7,、圖8。
如圖7所示為服務器界面以及測試結果圖,,可以看出BMS(IP地址為192.168.100.7)與DTU(IP地址為:192.168.100.6)成功建立連接,,服務器收到的數(shù)據(jù)為電池組主控設備信息(以16進制顯示,從第5字節(jié)開始為具體的信息),,服務器BMS將接收到的數(shù)據(jù)進行解析并存儲到數(shù)據(jù)庫中,,如圖8所示。通過比較發(fā)現(xiàn),,數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與接收到的數(shù)據(jù)一致,,說明系統(tǒng)成功解析、存儲數(shù)據(jù),。
綜上所述,,基于Web的鋰電池組管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)后臺的通信過程,且所傳輸數(shù)據(jù)準確,、可靠,。
4.2 前臺系統(tǒng)測試結果
前臺主要實現(xiàn)人機交互功能,方便用戶/管理員查詢電池組的各項信息,。設計前臺界面時,,主要使用GridView控件和GDI+圖形圖像技術實現(xiàn)對電池組基本信息以及電池性能分析結果的顯示,,測試結果如圖9、圖10,。
如圖9所示為電池組主控設備信息的網(wǎng)頁顯示,,可通過瀏覽器進行查看,還可以通過點擊不同的網(wǎng)頁按鈕(如圖矩形框中按鈕),,查看其他的電池相關信息,;圖10為紹興移動電池組(電池容量為48 V/20 Ah)以4 A的電流放電時,總體電壓與各單體最大壓差的曲線圖,,觀察曲線可以很直觀地了解鋰電池組的放電特性,。除此之外,還可以通過設置其他參數(shù)來觀察電池的其他特性曲線,。
綜上所述,,基于Web的鋰電池組管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)靈活的人機交互,操作簡單,、便捷。
5 結論
基于前后臺分系統(tǒng)的設計思想,,系統(tǒng)分別采用Windows Forms平臺和ASP.NET平臺進行軟件設計,,合理規(guī)劃系統(tǒng)的分工,將系統(tǒng)負荷分配到前臺系統(tǒng)和后臺系統(tǒng),,充分發(fā)揮C/S和B/S兩種架構的優(yōu)勢,。實際測試表明,系統(tǒng)能夠可靠,、準確地接收數(shù)據(jù),,并成功地對數(shù)據(jù)進行解析與存儲,還提供靈活的人機交互功能,,達到了設計要求,。
參考文獻
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