摘 要： 為了實現對不同區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，并完成系統的軟件設計。系統基于前后臺分系統的設計思想，采用C/S和B/S相結合的軟件架構，即后臺系統使用C/S架構，實現與GPRS數據傳輸單元DTU的通信，保證系統傳輸數據的安全性；前臺系統使用B/S架構，給電池管理員/用戶提供友好的界面，實現靈活的人機交互；兩個分系統之間利用數據庫進行連接，實現電池數據的存儲與訪問。
關鍵詞： 鋰電池組；Web網絡架構；電池管理系統
0 引言
21世紀以來，隨著各國經濟的不斷發展，人類漸漸意識到節能和環保的重要性。鋰離子電池憑借其能量密度高、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應和無環境污染等優勢，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的要求也越來越高，應用環境也越來越多樣化。例如應用于新能源發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不便于對電池進行實地勘察和管理。除此之外，早期系統一般使用上位機軟件顯示電池相關數據，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。隨著電池組數量以及用戶數量的急劇增加，這種方式應用起來越來越不方便。
為了克服早期系統的諸多不足，文章設計一個基于Web的鋰電池組管理系統。系統通過網絡實現對鋰電池組的在線監測，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信息。
1 系統概述
鋰電池組管理系統是一套完整的實現對不同區域大容量鋰離子電池組進行遠程監控的系統，該系統集電池組的數據收集、狀態分析、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（Battery Management System，BMS）接收GPRS數據傳輸單元（Data Transfer Unit，DTU）發送的電池數據，隨后對這些數據進行存儲、分析，以圖表或曲線的形式通過瀏覽器呈現給用戶/管理員。
2 系統的總體設計
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，負責數據的接收；二是與電池管理員/用戶相關，主要負責對不同區域的電池進行管理以及電池狀態的顯示。鑒于這兩方面要實現的功能完全不相關，并且服務的對象也不同，因此將系統設計為兩個分系統，以前后臺的方式運行，后臺系統負責與DTU進行通信；前臺系統則負責人機交互，數據庫為兩個分系統之間的橋梁，如圖2所示。
2.2 軟件架構
基于前后臺分系統的設計思想，系統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]的網絡架構搭建鋰電池組管理系統，即后臺系統使用C/S架構，實現與GPRS數據傳輸單元DTU的通信，保證傳輸數據的安全性；前臺系統使用B/S架構，實現靈活的人機交互，提供電池管理員/用戶友好的界面交互，如圖3所示。
3 系統的具體實現
基于Web的鋰電池組管理系統主要由三個部分組成：后臺系統、數據庫、前臺系統。下面針對這三個部分的具體實現做詳細闡述。
3.1 后臺系統的實現
鋰電池組管理系統要實現對眾多電池組的監控，后臺系統就要接收大量的數據，這就涉及到對大量數據的處理。采用C/S架構有利于處理大量數據，可以滿足網絡通信量低、傳輸數據安全性高、程序響應速度快等需求。
除此之外，鋰電池組管理系統BMS作為服務器，要具有同時接收多個客戶端（即DTU）所發送數據的能力，即處理大量并發連接的能力。為了實現多任務并發執行，系統采用.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對外接口多任務和高效率的需求[6]；另外，為了保證傳輸數據能夠正確地接收，采用安全、可靠、穩定的TCP/IP網絡傳輸協議，具體使用的是Socket類進行網絡編程，流程圖如圖4所示。
3.2 數據庫設計
從DTU獲取的有關電池組的數據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）狀態信息。其中，電池組總覽信息又可以細分為電池包數據信息和N組基本模組數據信息。根據需求以及接收到的數據，得到概念數據模型，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。
基于上述的概念數據模型，進一步對其分解與細化，得到邏輯數據模型，具體描述如下：
（1）電池包數據信息（設備地址、循環次數、設備總數、正常工作的設備數、總電壓等）；
（2）N組基本模組數據信息（設備地址、系統電流、剩余容量、電池組電壓等）；
（3）BMS電芯溫度信息（第1節電芯電壓、第2節電芯電壓、第1節電芯溫度等）；
（4）AFE狀態信息（電池組電芯電壓、AFE最低電芯電壓、AFE最高電芯溫度等）。
數據庫設計的最后一步是物理數據模型設計，即對真實數據庫的表達。本設計選用適合中型企業/單位的SQL Server關系型數據庫創建數據表，限于文章篇幅，僅列出電池包數據信息表，如表1所示。
3.3 前臺系統的實現
在B/S架構下，人機交互的工作通過瀏覽器來完成，其優點是用戶使用簡單、界面友好，并且由服務器端處理絕大部分工作，系統的維護成本較低等。Microsoft提供高級的Web應用程序開發平臺，即ASP.NET平臺[7-8]，具有簡單易用性和便捷的可管理性等優勢。
如圖6所示，鋰電池組管理系統采用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。即用戶通過瀏覽器向Web服務器發出請求，服務器接收請求，并使用LINQ to SQL技術訪問數據庫，經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 后臺系統測試結果
后臺系統主要實現鋰電池組管理系統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，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，服務器收到的數據為電池組主控設備信息（以16進制顯示，從第5字節開始為具體的信息），服務器BMS將接收到的數據進行解析并存儲到數據庫中，如圖8所示。通過比較發現，數據庫中的數據與接收到的數據一致，說明系統成功解析、存儲數據。
綜上所述，基于Web的鋰電池組管理系統可以實現后臺的通信過程，且所傳輸數據準確、可靠。
4.2 前臺系統測試結果
前臺主要實現人機交互功能，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頁顯示，可通過瀏覽器進行查看，還可以通過點擊不同的網頁按鈕（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可以實現靈活的人機交互，操作簡單、便捷。
5 結論
基于前后臺分系統的設計思想，系統分別采用Windows Forms平臺和ASP.NET平臺進行軟件設計，合理規劃系統的分工，將系統負荷分配到前臺系統和后臺系統，充分發揮C/S和B/S兩種架構的優勢。實際測試表明，系統能夠可靠、準確地接收數據，并成功地對數據進行解析與存儲，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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[6] 汪前進，高勇，李存華．基于多核處理器的多任務并行處理技術研究[J]．計算機應用與軟件，2012，29（7）：141-143.
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