鋰電池組遠程監控系統

《鋰電池組遠程監控系統》是合肥國軒高科動力能源有限公司於2011年3月1日申請的發明專利，該專利申請號為2011100481031，公布號為CN102142186A，專利公布日為2011年8月3日，發明人是陳宇、李飛、方清、張冠武、徐興無，該發明涉及鋰離子電池套用領域。

《鋰電池組遠程監控系統》包括鋰電池組管理系統單元、鋰電池組信息採集處理單元、監控中心伺服器單元以及客戶端單元，鋰電池組的電壓、電流、溫度及荷電狀態和故障信息通過鋰電池組管理系統單元的實時監控收集後，送入鋰電池組信息採集處理單元進行數據處理，然後通過無線網路將處理後的數據傳輸至監控中心伺服器單元進行存儲，客戶端單元通過Internet與監控中心伺服器單元相連。該發明解決了2011年3月之前技術的鋰電池組的數據採集效率低、故障預警實時性差及失效分析數據匱乏問題。

2017年6月22日，《鋰電池組遠程監控系統》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《鋰電池組遠程監控系統》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：鋰電池組遠程監控系統
• 公布號：CN102142186A
• 公布日：2011年8月3日
• 申請號：2011100481031
• 申請日：2011年3月1日
• 申請人：合肥國軒高科動力能源有限公司
• 地址：安徽省合肥市瑤海工業園緯D路7號
• 發明人：陳宇、李飛、方清、張冠武、徐興無
• 代理機構：安徽合肥華信智慧財產權代理有限公司
• 代理人：余成俊
• Int.Cl.：G08C17/02(2006.01)I、H01M10/42(2006.01)I、H04L29/08(2006.01)I、G01R31/36(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

隨著鋰離子電池套用領域的迅速擴張，大量單體鋰電池串並聯組成鋰電池組，為電動汽車、儲能電站、通訊基站等系統提供電源。鋰離子電池技術為近幾年興起的新能源技術，怎樣保證鋰電池組的安全使用、零故障使用成了2011年3月之前的首要難題。鋰電池組管理系統雖然引入了鋰電池安全管理概念，但其行為較為機械，僅在鋰電池組故障發生時對鋰電池組進行保護，儘管鋰電池組管理系統導入了故障預警系統，但鋰電池組使用者通常是非專業的，即使了解鋰電池組也一般都略知一二，其不能通過管理系統預警信息準確的判斷出應如何處理即將發生的故障或已發生的故障，而且當故障一旦發生後就很難分析或描述故障過程及原因。再次，鋰電池廠商專業技術人員很難及時獲得鋰電池組運行信息、預警信息等，為鋰電池組後續可能出現的故障惡化等很難得到及時有效控制。

2011年3月之前鋰電池組的數據採集方式為專業技術人員攜帶專業設備到鋰電池組所在現場，通過現場測量、記錄的方式進行數據採集。2011年3月之前的數據採集方式存在以下缺點：

1. 費時費力。
2. 對鋰電池組的故障起不到預警作用，只有故障發生了才知道鋰電池組發生故障了，對故障分析缺乏可靠數據。對後續改進增加了難度，且大幅度增加了售後成本。
3. 需記錄內容較多，人為記錄方式所記錄數據出錯率較高，可能會導致故障誤判等現象。所記錄數據沒有系統管理，數據雜亂，數據分析較為困難。
4. 不便於對鋰電池組做失效分析。

發明內容

專利目的

《鋰電池組遠程監控系統》的目的是提供一種鋰電池組遠程監控系統，以解決2011年3月之前技術的鋰電池組的數據採集效率低、故障預警實時性差及失效分析數據匱乏問題。

技術方案

《鋰電池組遠程監控系統》其特徵在於：包括安裝在鋰電池組上的鋰電池組信息採集處理單元以及通過無線網路連線的監控中心伺服器單元和通過Internet和監控中心伺服器單元連線的客戶端單元。鋰電池組電壓、電流、溫度及荷電狀態、故障等信息通過鋰電池組信息採集處理單元對鋰電池組管理系統單元數據的實時監控收集，經處理後通過無線網路將處理後數據傳輸至監控中心伺服器單元進行存儲，客戶端單元通過Internet與監控中心伺服器單元相連，實現對電池組異常數據實時顯示及告警，通知中心管理員及時對鋰電池組進行維護或維修，以保證鋰電池組的正常使用。所述的電池組信息採集處理單元可通過無線通信模組單元與監控中心伺服器單元管理員進行語音通話，且語音通話是雙向的。所述的監控中心伺服器單元可通過電池組信息採集處理單元內的GPS模組單元精準查出異常鋰電池組地理位置，並第一時間進行處理。

所述的鋰電池組信息採集處理單元包括有電連線的兩個處理器模組單元、實時時鐘RTC單元、CAN匯流排通訊單元、RS485匯流排通訊單元、RS232匯流排通訊單元、外部數據存儲單元、三二選一雙向模擬開關單元、顯示單元、按鍵單元、紅外信號接收單元、GPS模組單元、無線通信模組單元、語音模組單元。

所述的監控中心伺服器單元包括有TCP/IP連線的數據快取伺服器單元、輸入輸出控制單元以及資料庫伺服器單元。所述的實時時鐘RTC單元，用於系統日期及時間的實時更新及保存。所述的CAN匯流排通訊單元，用於與外部CAN匯流排進行通訊，以讀取鋰電池組數據及狀態信息。所述的RS485匯流排通訊單元，用於與外部RS485匯流排進行通訊，以讀取鋰電池組數據及狀態信息。所述的RS232匯流排通訊單元，用於與外部RS232匯流排進行通訊，以讀取鋰電池組數據及狀態信息。

所述的外部數據存儲單元，用於存儲鋰電池組故障數據及故障日期/時間。 所述的三二選一模擬開關單元，用於自動切換鋰電池組採集處理單元內CAN/RS485/RS232匯流排至外部匯流排，以配合鋰電池組管理系統通訊接口。所述的顯示單元，用於顯示日期/時間及鋰電池組採集處理單元實時狀態。所述的按鍵單元，用於撥打電話時撥號及相關無線通信模組操作。所述的紅外信號接收單元，用於接收紅外撥號遙控器信號，以達到控制無線通信模組目的。

所述的GPS模組單元，用於實時定位鋰電池組地理位置及實時更新系統時間。所述的無線通信模組單元，用於無線通信及簡訊或電話通訊。所述的語音模組單元，用於無線通信模組單元語音輸出功率放大，以實現免提通話功能。所述的數據快取伺服器單元，用於接收鋰電池組採集處理單元傳送過來的數據，並歸類存於記憶體中。所述的輸入輸出控制單元，用於控制鋰電池組實時數據/狀態信息或歷史數據/狀態信息的存儲與查詢。所述的資料庫伺服器單元，用於存儲鋰電池組數據或狀態信息。

改善效果

1. 《鋰電池組遠程監控系統》技術方案中採用鋰電池組信息採集處理單元採集上傳鋰電池組信息更為方便，數據更為可靠，突破了鋰電池組數據採集費時費力的瓶頸。
2. 該發明技術方案中引入了鋰電池組故障預警及失效線上分析概念，大幅度降低了售後維護或維修成本，一定程度上避免了鋰電池組不可恢復故障的發生，同時為鋰電池組後續改進提供了強有力的依據。
3. 該發明技術方案中採用了固態FLASH作為故障預警數據及故障數據備份存儲，故障預警數據及故障數據可一方面通過無線網路上傳至伺服器，另一方面同時存儲於固態FLASH，對數據起到了雙保險作用，數據存儲更安全。
4. 該發明技術方案中對鋰電池組實時數據進行實例分析，通過採集及計算鋰電池組充放電過程中單體電芯電壓變化情況、電池模組溫度變化情況，可估算出鋰電池組可能將發生的故障，可在故障發生前對故障進行預警，便於專業技術人員實時監控鋰電池組運行狀態。
5. 該發明技術方案中採用GPS對鋰電池組地理位置實時定位，可在電池組故障發生前後第一時間確定鋰電池組地理位置，保障了故障處理的及時性。
6. 該發明技術方案中搭載了語音通話功能，使得使用者與專業技術人員可隨時進行雙向通話，避免了因臨時更換使用者後無法取得聯繫等問題發生。
7. 該發明技術方案中啟用了簡訊功能，當無線網路無法連線時，鋰電池組採集處理單元任可通過簡訊方式與監控中心伺服器取得聯繫，特別是在發生故障時無線網路不通的情況下尤其有用。

附圖說明

圖1為《鋰電池組遠程監控系統》結構原理圖。

圖2為該發明鋰電池組信息採集處理單元結構原理圖。

圖3為該發明監控中心伺服器單元結構原理圖。

圖4為該發明鋰電池組故障預警及故障信息局部顯示樣圖。

圖5為該發明鋰電池組信息採集處理單元配置軟體樣圖。

權利要求

1.《鋰電池組遠程監控系統》其特徵在於：包括鋰電池組管理系統單元、鋰電池組信息採集處理單元、監控中心伺服器單元以及客戶端單元，鋰電池組的電壓、電流、溫度及荷電狀態和故障信息通過鋰電池組管理系統單元的實時監控收集後，送入鋰電池組信息採集處理單元進行數據處理，然後通過無線網路將處理後的數據傳輸至監控中心伺服器單元進行存儲，客戶端單元通過Internet與監控中心伺服器單元相連，實現對電池組異常數據實時顯示及告警，通知中心管理員及時對鋰電池組進行維護或維修，以保證鋰電池組的正常使用；所述的電池組信息採集處理單元通過無線通信模組單元與監控中心伺服器單元的管理員進行語音通話，且語音通話是雙向的；所述的監控中心伺服器單元通過電池組信息採集處理單元內的GPS模組單元精準查出異常鋰電池組地理位置，並第一時間進行處理；所述的鋰電池組信息採集處理單元包含有電連線的處理器模組單元一和處理器模組單元二，雙處理器處理機制保證了數據的完整性及實時性；所述的處理器模組單元二同時與CAN匯流排通訊單元、RS485匯流排通訊單元及RS232匯流排通訊單元電連線，並通過三二選一雙向模擬開關單元根據配置要求自動切換匯流排通訊方式至外部匯流排，同時兼容帶CAN匯流排、RS485匯流排、RS232匯流排通訊的鋰電池組管理系統單元，避免鋰電池組管理系統單元因為通訊標準不統一導致的局限性問題；所述的處理器模組單元二通過電連線的實時時鐘RTC單元實時更新系統日期及時間，並通過與處理器模組單元一電連線的GPS模組單元定時獲取衛星日期及時間數據並對系統日期及時間進行校準，確保外部數據存儲單元所存儲數據的時效性和可追溯性；所述的處理器模組單元一與無線通信模組單元直接電連線，通過無線通信模組單元將需要傳送的數據以GPRS方式傳送至監控中心伺服器單元，所述的無線通信模組單元包含有二路內置的音頻輸入、輸出，配以直接電連線的語音模組單元，實現免提電話功能；所述的處理器模組單元一包括依次電連線的紅外信號接收單元、顯示單元及按鍵模組單元，實現由紅外撥號遙控單元進行撥打電話及其他遠程連線操作和由操作按鍵模組單元進行撥打電話及其他遠程連線操作兩種操作模式，這兩種操作模式可以根據實際需要進行選擇；所述的紅外撥號遙控單元為市面通用的紅外撥號遙控器，所述的顯示單元實時顯示鋰電池組採集處理單元的狀態內容，包括時鐘、通話、故障、系統狀態內容。

2.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的處理器模組單元一和處理器模組單元二所採集到鋰電池組信息包括但不限於電池組總電壓、電池組總電流、電池組SOC、單體電芯電壓、電池模組溫度及電池組故障狀態信息，所述的處理器模組單元一或處理器模組單元二對採集到的鋰電池組信息進行實例分析，對電池組故障做出預警，並通過處理器模組單元一或處理器模組單元二及無線通信模組單元在電池組故障發生前對監控中心伺服器發出預警警報，以便工作人員及時對電池組進行維護或維修，避免更大損失故障發生。

3.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的處理器模組單元一和處理器模組單元二都為ARMCortex-M3處理器。

4.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的無線通信模組單元為EM323無線模組。

5.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述GPS模組單元由GPS模組ME-1316A構成，GPS模組ME-1316A通過UARTTTL電平與處理器模組單元一電連線，以1秒每組數據頻率主動上報日期、時間、地理位置信息、速度及方位信息。

6.根據權利要求2所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的語音模組單元由雙3.5W音頻功率放大電路SJ2038組成，SJ2038與GPRS模組語音通道音頻輸出電連線，實現外接喇叭功能。

7.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的監控中心伺服器單元包括有TCP/IP連線的數據快取伺服器單元、輸入輸出控制單元及資料庫伺服器單元，所述數據快取伺服器單元通過無線Internet網路接收鋰電池組信息採集處理單元上傳數據，並進行分類存放於記憶體中；所述的輸入輸出控制單元從記憶體中取出已分類數據，通過寫指令將數據寫入資料庫伺服器單元對應存儲位置。

8.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的客戶端單元通過Internet網路與監控中心伺服器單元有線或無線連線，並控制輸入輸出控制單元通過讀指令從資料庫伺服器單元取出對應數據；所述的客戶端單元完成數據顯示、故障預報警、報警以及歷史數據報表查詢、列印工作。

9.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的監控中心伺服器單元最多連線不小於100個同時線上的客戶端單元，最多連線不小於1000台同時線上的鋰電池組信息採集處理單元。

10.根據權利要求1所述的一種鋰電池組遠程監控系統，其特徵在於：所述的鋰電池組信息採集處理單元在無線網路因故障或其他無法連線時通過外部數據存儲單元保存不小於一個月的故障數據，並在發生嚴重故障時通過無線通信模組單元以簡訊方式告知管理員故障信息及地理位置，所述外部數據存儲單元為可擴展512兆的固態FLASH存儲器。

實施方式

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，鋰電池組遠程監控系統包括安裝在鋰電池組上的鋰電池組信息採集處理單元1以及通過無線網路連線的監控中心伺服器單元2和通過Internet和監控中心伺服器單元2連線的客戶端單元3。鋰電池組電壓、電流、溫度及荷電狀態（SOC）、故障等信息通過鋰電池組信息採集處理單元1對鋰電池組管理系統單元4數據的實時監控收集，經處理後通過無線網路將處理後數據傳輸至監控中心伺服器單元2進行存儲，客戶端單元3通過Internet與監控中心伺服器單元2相連，實現對電池組異常數據實時顯示及告警，通知中心管理員及時對鋰電池組進行維護或維修，以保證鋰電池組的正常使用。同時鋰電池組信息採集處理單元還具備故障數據備份存儲功能，以防通訊異常時數據備份存儲，以便數據查詢及分析。

如圖2所示，鋰電池組信息採集處理單元1包括有電連線的處理器模組單元11、實時時鐘RTC單元13、CAN匯流排通訊單元14、RS485匯流排通訊單元15、RS232匯流排通訊單元16、外部數據存儲單元12、三二選一雙向模擬開關單元17、處理器模組單元21、顯示單元22、按鍵單元23、紅外信號接收單元27、GPS模組單元26、無線通信模組單元24、語音模組單元25。

該實施例中處理器模組單元11及處理器模組單元21以NXP公司的嵌入式微處理器晶片Crotex-M3LPC1766為核心處理單元。處理器模組單元11控制CAN匯流排通訊單元14或RS485匯流排通訊單元15或RS232匯流排通訊單元通過三二選一模擬開關單元17從外部鋰電池組管理系統單元4採集鋰電池組信息，包括但不限於鋰電池組總電壓、總電流、最高單體電壓、最低單體電壓、最高模組溫度、最低模組溫度及故障信息等內容，經過處理器模組單元11對數據進行分析處理後通過有電連線的處理模組單元21控制無線通信模組單元24將數據傳至監控中心伺服器單元2進行存儲及顯示。該實例中處理器模組單元11為鋰電池組信息處理分析核心單元，其將數據收集後對數據進行分析，正常數據以每30分鐘至1小時整體上報一次，預警數據及故障數據實時上報，通過可設定的數據上報最小時間片5秒至255秒約束上報最小頻率，以防止上報間隔太短造成數據堵塞。

該實例中處理器模組單元11對故障數據進行實時存儲，儲存最小時間片為可設定的數據上報最小時間片5秒至255秒。數據存儲於外部數據存儲單元12，所存儲數據可通過處理器模組單元11自帶的USB2.0接口進行讀取。外部數據存儲單元12為三星公司的NANDFLASHK9F1208U0M512兆儲存晶片。處理器模組單元11通過GPS模組單元26及實時時鐘RTC單元13對系統日期及時間的實時更新及保存。該實例中CAN匯流排通訊單元14為周立功公司的CAN隔離通訊模組CTM8251，RS485匯流排通訊單元15為周立功公司的RS485隔離通訊模組RSM485ST，RS232匯流排通訊單元16為MAXIM公司MAX3232晶片。該實例中三二選一雙向模擬開關單元17為CD4053。該實例中處理器模組單元21為鋰電池組信息傳送介質，在收到處理器模組單元11上報數據外實時將數據通過控制無線通信模組單元24上報給監控中心伺服器單元2，處理器模組單元21為透明傳輸單元。

該實例中GPS模組單元26為ME-1316AGPS模組，通訊方式為UART接口，與處理器模組單元21UART接口直接連線。GPS模組單元以1秒間隔主動上報當前地理位置、速度、方位、時間等信息，由處理器模組單元21反饋回處理器模組單元11進行存儲處理。該實例中處理器模組單元21為無線通信模組單元24的核心控制單元，通過與處理器模組單元21相連的顯示單元22、按鍵單元23以及與無線通信模組單元24相連的語音模組單元25實現無線通信模組單元24的基本功能及擴展功能，包括語音通話、狀態顯示、GPRS數據傳輸、簡訊傳送與接收。該實例中處理器模組單元21與外信號接收單元27電連線，通過紅外撥號遙控單元5可實現對無線通訊模組單元24紅外遙控撥號，更便於使用。該實例中無線通信模組單元24為華為的EM323無線通信模組。該實例中顯示單元22為1602字元型LCD。可顯示鋰電池組信息採集處理單元1狀態信息，無線通信模組單元24狀態信息，GPS模組單元26狀態信息，外部數據存儲單元12狀態信息等內容。該實施例中語音模組單元，用於無線通信模組單元語音輸出功率放大，以實現免提通話功能。

如圖3所示，監控中心伺服器單元2包括有TCP/IP連線的數據快取伺服器單元33、輸入輸出控制單元32以及資料庫伺服器單元31。該實例中數據快取伺服器單元，用於接收鋰電池組採集處理單元傳送過來的數據，並歸類存於記憶體中。輸入輸出控制單元，用於控制鋰電池組實時數據/狀態信息或歷史數據/狀態信息的存儲與查詢。資料庫伺服器單元，用於存儲鋰電池組數據或狀態信息。該實例中客戶端單元3與鋰電池組信息採集處理單元1通過USB2.0接口進行連線，對鋰電池組信息採集處理單元1進行配置，以滿足不同實際工況的使用要求。設定內容除鋰電池組信息採集處理單元1敘述中提高的信息外還包括中心伺服器IP、中心電話等內容，為通訊連線埠設定。該實例中客戶端單元3與鋰電池組信息採集處理單元1通過USB2.0接口進行連線，對鋰電池組信息採集處理單元1儲存的故障數據進行讀取。該實例中客戶端單元3通過輸入輸出控制單元32對資料庫伺服器單元31中的數據進行讀取，實現數據顯示及分析。

榮譽表彰

2017年6月22日，《鋰電池組遠程監控系統》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。