基于电动汽车充换电服务网络的电池管理系统和方法与流程

本发明属于涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于电动汽车充换电服务网络的电池管理系统和方法。

背景技术：

随着社会的发展，中国逐渐进入了汽车社会，但是低劣的油品造成的汽车排放污染也成为了当前污染环境的一个不可忽视的因素。随着国家对于新能源行业的日益重视，纯电动汽车在北京、上海、深圳等大型城市已经日益普及。在智能充换电服务网络的运营模式中，电池的资产关系由单一的用户所有向运营公司所有或由第三方电池厂商统一租赁的方式转化，通过换电服务能够从根本上实现了车辆与电池的解耦，从而摆脱了车辆属性对于电池充放电的一系列束缚。然而，随之而来的各种问题和挑战也应运而生，例如对电池在不同环境和情况下的身份识别和管理，对于全网络电池流转的跟踪和统计，对全网络电池的动态盘点，以及用户非法私自换电和用电的防范等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中电动汽车的电池身份识别和管理技术不够合理的问题，本发明实施例的目的是提供一种有效且高效的基于物联网的电动汽车智能充电装置及方法。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种基于电动汽车充换电服务网络的电池管理系统，包括：电池、车载终端、站级监控单元、运营管理平台；

每一电池具有唯一电池id，电池上设有rfid标签和bms模块，所述rfid标签和bms模块内都存储有电池的唯一电池id；

车载终端连接车辆的bms模块以读取车辆的电池的唯一电池id；

站级监控单元包括设置在储存库房内和/或配送车辆上的rfid阅读器和/或车载终端，以通过读取车辆的rfid标签和/或bms模块以获取电池的唯一电池id；

车载终端设置在用户车辆、充电桩上以赌气电池的唯一电池id；

车载终端和站级监控单元连接远端的运营管理平台以使运营管理平台监控通过接收到的身份参数、时空参数、状态参数，对全网内电池进行管理。

其中，所述bms模块包括主控单元和从控单元，所述bms主控单元安装在车辆上，且每一电池箱内都设有bms从控单元，所述bms从控单元内存储有电池的唯一id；其中bms主控单元通过车辆内部的can总线连接bms从控单元；当所述电池安装在车辆内并连接充电桩时，充电桩的车载终端通过车辆can总线连接所述电池以获取电池的唯一电池id。

其中，所述rfid阅读器设置与电池存储的储位处、库房门处、叉车上、机械臂上。

其中，所述运营管理平台包括：电池全景信息采集模块、编组管理实施模块、全网络动态盘点模块、运行效率综合统计分析模块、规范使用监测模块；

其中所述电池全景信息采集模块用于在电池流转的整个过程中，并实时采集电池的身份参数、时空参数、状态参数；

其中编组管理实施模块用于对电池进行编组管理，具体包括：在电池组出入库时通过rfid阅读器读取电池id以使同一组电池在同一批次进行操作；在电池组放入储位或充电架或电池仓时通过rfid阅读器读取电池id以使同一组电池放置在同一区域；在讲电池组安装到车辆使用内时通过rfid阅读器读取电池id以验证电池与车辆是否匹配；

其中全网络动态盘点模块用于对电池进行盘点，具体包括：根据电池的唯一电池id，对运输过程中、储存状态下、安装在用户车辆上的三种状态下的电池进行盘点，以确定电池的时空参数、状态参数；

其中运行效率综合统计分析模块通过电池的时空参数、状态参数，统计待充电池、满充电池、正在充电电池、正在运输电池的数量，以根据统计结果对电池调度进行优化；

其中规范使用监测模块用于根据车载终端、站级监控单元读取的电池的身份参数、时空参数、状态参数，判断电池和车辆使用是否恰当。

同时，本发明实施例还提出了一种基于电动汽车充换电服务网络的电池管理方法，包括：

通过车载终端、站级监控单元读取电池的rfid标签和/或bms模块，实时获取电池的身份参数、时空参数、状态参数，并将上述参数发送到运营管理平台；

运营管理平台通过接收到的身份参数、时空参数、状态参数，对全网内电池进行管理。

其中，所述运营管理平台接收到的身份参数、时空参数、状态参数后，执行以下操作：

在电池流转的整个过程中，实时采集电池的身份参数、时空参数、状态参数；

对电池进行编组管理，具体包括：在电池组出入库时通过rfid阅读器读取电池id以使同一组电池在同一批次进行操作；在电池组放入储位或充电架或电池仓时通过rfid阅读器读取电池id以使同一组电池放置在同一区域；在讲电池组安装到车辆使用内时通过rfid阅读器读取电池id以验证电池与车辆是否匹配；

对电池进行盘点，具体包括：根据电池的唯一电池id，对运输过程中、储存状态下、安装在用户车辆上的三种状态下的电池进行盘点，以确定电池的时空参数、状态参数；

通过电池的时空参数、状态参数，统计待充电池、满充电池、正在充电电池、正在运输电池的数量，以根据统计结果对电池调度进行优化；

根据车载终端、站级监控单元读取的电池的身份参数、时空参数、状态参数，判断电池和车辆使用是否恰当。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种基于电动汽车充换电服务网络的电池管理系统和方法，根据站内、站外和配送三种不同情境的特点，有针对性的采用不同的技术，并结合实践介绍了实施方法，主要解决全方位身份识别、动态盘点、编组管理、综合统计分析以及安全防范方面的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的系统架构图；

图2是基于车载终端的数据传输原理图；

图3是运营管理平台进行全网络动态盘点的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提出了一种基于电动汽车充换电服务网络的电池管理系统和方法，利用rfid识别技术、传感技术以及无线通信技术等物联网基础技术根据电池站内、站外和配送的不同情境进行有针对性的应用和结合，以感知层、网络层和应用层为基本架构给出一套完整的解决方案。本发明实施例能够解决智能充换电服务网络电池管理中一些重要的技术瓶颈，并大幅度提高系统自动化运行的效率，为系统的大规模推广奠定基础。

本发明实施例的基于电动汽车充换电服务网络的电池管理系统，其网络架构如图1所示的，包括用于对于电池身份、时间、空间位置以及状态信息这些电池参数进行采集和处理的感知层，用于对对感知层采集的电池参数进行传递和汇总的网络层，用于对电池参数进行分析的应用层。

1、感知层

感知层用于对电池身份、时间、空间位置以及状态信息等电池参数进行采集和处理。

对于站内可以根据不同情境分为两种方式：(1)对于仓储和转移、装卸过程中的电池，由于没有与充电设施的有线连接，通过在电池外壳安装超高频rfid标签(尤其是抗金属标签)，将电池唯一的id识别码写入标签，通过rfid阅读器读取电池id。(2)对处于充电过程中与充电设施进行有线连接的电池，通过在电池箱内利用电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)系统的存储单元内置与rfid标签内相同的电池唯一id识别码，在电池箱内bms通过can总线与站内充电机进行通信的情况下读取电池id。

对于站外随用户车辆移动的电池，同样可通过bms模块内置id，由车载终端读取并将其上传给运营后台，从而实现其身份的识别以及与车辆的匹配关系的监测。

对处于配送过程中的电池，配送车货运仓内须具有rfid读写器以读取并识别电池外壳的电子标签；也可具有监测货运仓电池周边存储环境温度湿度等状态的传感器。

在以上各种身份识别方式中，rfid阅读器、车载终端(evt)或充电机的后台监控系统都可以在获取信息时为信息附加时间标签。而通过rfid阅读器安装和注册的位置，以及所连通的车载终端的身份或充电机的身份可大致确定电池所处的空间区域或位置。

对于电池运行的状态信息，电池自身的bms已具备通过传感器进行采集的功能，只是这些信息以往只限于车辆自身或站级本地，而通过建立传感网络可实现这些信息的全网络共享。

2、网络层

网络层负责对感知层采集信息的传递和汇总。同样基于前文的分类，关于站内电池信息传递，对于仓储或移动电池的识别，rfid阅读器可通过wifi(手持式)和局域网(固定式)传递识别信息至站级监控单元。而与充电设施连接的电池信息，可通过充电机与bms的can总线接入站级监控。站级监控所获得信息可经由光纤网络统一接入省运营管理平台。

对于站外用户车辆上的电池，其内置存储信息以及状态信息可由内部can总线汇集到车载终端，而车载终端通过远程无线通信，例如3g或gprs，与省运营管理平台交互信息。此外，如果用户evt不具备远程无线通信，也可对信息进行本地存储后，待驶入充换电站后经wifi上传给站级监控单元。

对于配送过程中的电池，配送车辆货运仓对电池身份的识别信息以及环境的监测信息，可通过内部can总线接入配送车辆终端，同样通过3g或gprs远程无线通信传递给省运营管理平台。

(3)应用层

对信息的综合分析和应用，由运营管理平台、站级监控单元以及用户车辆和配送车辆的车载终端联合完成。在应用层面，尽力摆脱站内、站外和配送三种不同情境的限制，使所有情境下的电池实现无差别化的全过程管理。

用户车辆的车载终端负责对进行动力服务电池的身份识别、状态信息采集和分析；配送车辆终端负责对所运输电池的身份识别、环境监测和运输状态的分析和汇报。站级监控单元可对站内仓储、充电、转移进出等不同状态的电池进行身份识别、状态信息采集分析等。但是，这些环节都只能对本地有限的时空范围的电池信息进行处理，无法完整描述电池流通运行的全过程。各环节将本地信息汇总上报给运营管理平台后，由省平台完整还原电池流转和运行全过程的身份、时空以及状态信息描述，并进行深度分析和利用。

其中运营管理平台包括:

(1)电池全景信息采集

电池的全景信息主要体现在两个角度，一是采集方法覆盖电池流转运行的所有时空情境，一是所采集的信息集合包含完整的身份、时空信息以及状态信息。我们将电池流转运行划分成站内、用户车内、配送过程三个不同情境。

如图2所示，对安装于用户车辆进行动力服务的电池，通过bms模块与车载终端的配合实现电池信息的采集管理。

bms由主控模块和从空模块构成，主控模块固定安装在车辆之上，从空模块安装在各电池箱内，主控与从空模块之间通过内部can总线通信，在分箱充电时，充电机可直接与从空模块通信。将车辆识别id内置于主控模块之内，而电池id内置于从空模块之内。在车辆运行以及整车充电时，车载终端通过can总线与主控和从空模块通信，可获取电池id以及电池状态信息，并附加时间标签；通过确定所服务车辆的id，可将其作为电池空间位置的基础信息，即确认其空间位置与所服务车辆空间位置一致。

对于站内电池，可划分成仓储、充电(分箱充电)以及转移和操作过程中几个不同的情境。由于电池外壳安装了rfid标签，对于仓储内的电池，可通过在各储位分别安装识别天线来分别辨识各储位上的电池身份。该技术在物流仓储领域已有较成熟应用，而利用最新的天线复用技术，可实现多数量储位天线共用一个阅读器，从而优化节省成本。对于转移过程中的电池，例如出入库操作的电池，可通过库房应用门式阅读器批量读取；也可通过手持式移动阅读器主动读取，并由wifi上传；对于进行换电操作过程中的电池，通过安装在换电机械臂上或转运叉车上的阅读器实现动态实时识别。在识别过程中，各阅读器可为识别信息附加时间标签；而各阅读器的天线在后台事先注册了其具体空间位置和含义，通过核对获取信息的天线可判断电池相应的空间位置，如某具体储位、库房门、叉车、或机械臂上。

对处于充电架上的电池，如2.1所述，由于bms从空模块可通过can总线实现与充电机的通信，不仅可将采集的电池状态信息上传，也可以读取内置id辨识电池身份，后台监控在获取这些信息后可附加时间标签，并通过分箱充电机预注册的信息核对出电池在充电架所处的具体位置。

处于配送过程中的电池，在配送装卸操作时可通过手持式阅读器进行批量读取后记录。此外，对于配送车辆的货柜或移动电池仓，利用其封闭的屏蔽空间，在不同方向安装阅读器天线，可批量读取仓内所有电池id，并由车载终端实时向省运营平台传递。根据车载终端附加的时间标签以及gps坐标，可实现对配送电池信息的时空描述。

(2)编组管理的实施

编组管理的实施在电池初始化阶段进行固定编组，并将编组信息在后台进行注册，在管理中遵循以下原则：

a、在电池组出入库时，要求同一组电池同一批次操作，通过判断门式阅读器或手持式阅读器所识别电池id验证编组匹配关系。

b、对储位、充电架或电池仓内的电池组，要求同组电池按相邻固定位置存放，通过比对id匹配关系监测编组完整情况。

c、对安装于用户车辆的电池组，按图2所示，由车载终端读取各电池箱id后上传给后台进行编组校对。

(3)全网络动态盘点

全网络动态盘点由调度运行人员发起，为维护时间上的一致性，需制定时间范围约束。该指令分为站内盘点、用户车辆盘点和配送盘点三部分同时展开，流程如图3所示。

站内盘点由站级运行人员执行。由于各方实际盘点无法完全在同一时刻进行，有可能造成重复识别计算，可通过id唯一性的防冲突检查进行核实修正。此外，与一般物流领域盘点不同，此处不仅需要清点数量，还要核实电池具体身份以及状态，例如待充电池、满充电池和正在充电三种状态，以便于调度对资源的评估和协调。

对于配送过程中的电池，平台首先通过查询配送工单和执行状态划定盘点范围，将尚未出站和已经到站的配送电池归入站内盘点，向正在配送中的车辆终端发出盘点指令，由货柜或电池仓内车载阅读器实时读取电池id并通过远程通信上传。此外，要辨别电池状态为待充还是满充，并利用车载gps附加地理坐标指示电池的动态位置。

对于安装在用户车辆上服务的电池，基于图2获取车辆和电池id后，与后台记录比对核实车辆与电池的匹配关系，发现与记录不匹配的情况要及时告警修正记录或核实原因。

后台在接获以上三方面的反馈盘点结果后，首先要辨别修正由于时间不一致导致的重复识别统计，然后辨识丢失或不正常状态的电池并告警，最后将盘点结果以全网络全景方式(数量、状态、地点的分布情况)展示给调度人员。

(4)运行效率综合统计分析

电池的运行效率综合统计分析，可从两个角度来进行。站在全网络系统的角度，可统计待充电池、满充电池、正在充电电池以及在外运行电池的实时比例，累积数据后可对各比例关系设定运行上下限值，对于过度紧缺或过渡冗余进行提示。也可根据身份和空间信息统计各站对电池不同利用程度和不同的周转范围，为优化调度利用提供依据。

站在某一电池箱个体的角度，可统计出其实际利用的频率，流转的周期，空间范围和物理环境的变迁，进而避免电池箱或电池组个体之间调度和利用的严重不平衡，达到个体的优化利用。

(5)规范使用监测

如用户在站外私自将注册里程计费车辆的电池更换给其它车辆使用，或用于其它供电用途，而原车辆里程表无法体现相应的收费信息，这些电量消耗可能给运营公司照成极大经济损失。

图2中电池箱内从空模块在发现电池向外放电时，可主动读取主控模块的车辆id，可将车辆id、放电总量以及时间记录存储在从模块内的存储单元；如果无法获取车辆id，也可以进行非法操作记录。待电池回收到充电站后，通过充电架与充电机的can总线通信可获取这些信息传递给后台，由后台核实这些放电服务的车辆是否合法，或对无法识别的车辆或放电用途进行处理。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。