（系统工程专业论文）奥运电动汽车电池管理系统的研究与设计.pdf

中文摘要 奥运电动汽车电池管理系统的开发是为了保障电动汽车动力电池安全运行， 延长电池使用寿命，从而提供可视化的管理平台。该系统的实现用来服务北京2 0 0 8 奥运电动公交专线的运营，用信息化、智能化的科技手段保证电动车的安全运行， 向运送的各国记者和运动员展现北京绿色奥运、科技奥运的承办理念。 本文把电动汽车电池管理系统按照功能模块划分为电动汽车信息采集与传输 终端子系统( e v t ) 、电动汽车数据转发和数据存储子系统( d s ) 、电动汽车数据管 理子系统( d m ) 等三个子系统，在介绍了三个子系统的功能、结构以及所采用的 主要技术的基础上，给出了系统所基于的g p r s 通信、数据库通信的通信机制及其 可靠性设计，最后又根据系统采集的电池数据对电池运行状态进行了分析并对电 池剩余电量s o c 进行了计算，将计算结果作为判别电动车运行状态的重要依据。 本文采用了两种通信机制去保证远程监控的实时、可靠，对未来电动汽车的 智能化、交通一体化，提供了一个可以拓展的平台。 关键词：电动车：电动公交车：数据库：电池管理系统：电池电量：通信机制： g p r s ：e v t ：c a n ：s o c j 量塞变通太堂亟堂僮论塞鱼垦墨! 叁! a bs t r a c t t h eg o a l so fd e v e l o p i n gt h es y s t e mo fo l y m p i ce l e c t r i cv e h i c l eb a t t e r y m a n a g e m e n ta r em a i n l yf o rt h es e c u r i t yo fe v sb a t t e r y ，e x t e n d i n gt h e b a t t e r y sw o r k i n gt i m ea n de f f e c t i v et i m e ，a n dp r o v i d i n gav i s u a l m a n a g e m e n tp l a t f o r mf o rt h eo p e r a t o r t h es y s t e mi so f f e r i n gs e r v i c et o t h ee vw h i c hw i l lb eu s e dt ot r a n s p o r tr e p o r t e r sa n da t h l e t e sd u r i n gt h e b e i j i n go l y m p i cg a m e si n2 0 0 8 t h i st h e s i sd i v i d e st h es y s t e mi n t ot h r e es u b s v s t e m s 一一t h ee vt e r m i n a l s y s t e mf o ri n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o n ( e v t ) ，t h ee vs e r v i c e s y s t e mf o rd a t at r a n s m it t e da n dd a t as t o r a g e ( d s ) ，a n dt h ee v d a t a m a n a g e m e n ts y s t e mf o rb a t t e r y sc o n t r o l l ( d m ) t h et h e s i si n t r o d u c e sa n d d e s c r i b e sw h a tt h es u b s y s t e m sf u n c t i o na n ds t r u c t u r ei sa n d h o wt o i m p l e m e n ti t ，a n dt h e nf o c u s e so nt h eg p r s d a t a b a s ec o m m u n i c a t i o nw h i c h t h es y s t e mi sb a s e do n ，a n dr e s e a r c h e sh o wt ok e e pt h ec o m m u n i c a t i o n r e l i a b l e a f t e rt h eb a t t e r y sd a t aw a sc o l l e c t e da n ds t o r e db ys y s t e m ， t h et h e s i sa n a l y s e st h eb a t t e r y ss t a t ea n dc o m p u t e st h eb a t t e r y ss t a t e o fc h a r g e ( s o c ) t om a k es u r et h eb a t t e r yi ss a f e t h em o s tp r o m i n e n tf e a t u r eo ft h i st h e s i si s u s i n gt w ok i n d so f c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m st om a k es u r et h er e m o t ec o n t r o li sr e a l - t i m ea n d r e l i a b l e t h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mo f f e r sap l a t f o r mf o rt h ef u t u r e r e s e a r c h k e y w o r d s ：e l e c t r i cv e h i c l e ：e l e c t r i cb u s ：d a t a b a s e ：s o c ：b a t t e r ym a n a g e m e n t ； g p r s ：e v t ：c a n ：c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：嘞张a 少 导师签名： 签字日期：7 硝年石月乡日 签字日期：砂孑年苦月岁日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：灞爿爻叶迥签字日期：砂缪学年月歹日 致谢 本论文的工作是在我的导师关伟教授的悉心指导下完成的，关伟教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来关伟 老师对我的关心和指导。 毕军副教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向毕军老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，何蜀燕、刘惠玲、李小强、张学炜、段学勇、 夏木美、贾楠等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我 的感激之情。 另外也感谢我的家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 1 绪论 i 1 选题背景及意义 随着燃油汽车数量增加，其尾气、噪声对环境的污染日益严重，同时全球燃 油正在逐步枯竭，为此各国都加快了以其他能源为动力的车辆研发。而电动汽车 是研发的热点之一，而其环保特性也成为奥运会主办城市宣传绿色奥运的主要手 段，纵观近年来奥运会的承办国在奥运期间对于电动车的使用情况，悉尼奥运会 投入近4 0 0 辆纯电动汽车的绿色车队，亚特兰大奥运会投入三条线路共7 5 辆电车、 1 5 辆电动大巴组成绿色车队，雅典奥运会则用电动汽车作为火炬接力活动和马拉 松比赛先导车。 电动汽车的性能如何，关键在于其动力电池的性能。如何对电池状态进行实 时可靠监控，并根据监控的电池数据进行分析，得出关于电池运行状态的重要结 论，作为电池运行与维护的重要依据。 论文的研究是以北京市科委资助的“国家8 6 3 电动汽车重大专项为背景，该 项目使用的电动车辆由北京理工大学，京华客车厂、盟固利电池厂联合研制，北 京交通大学负责电动汽车电池管理系统的研制与开发，电动车和本系统已在“一 区一线( 密云电动车试验区、1 2 1 路电动公交专线) 上试运营。在奥运会期间，将 作为奥运专线，运行于各个场馆之间接送各国记者和运动员。 1 2 论文体系及框架结构 第一章为绪论，介绍选题背景及其意义、论文的框架结构。 第二章为国内外研究现状，分别从电动汽车、电池管理系统两个方面介绍国 内外的研究现状。 第三章为系统设计，将整个系统划分为e v t 、d s 、d m 三个子系统，详细介绍 各个子系统的体系结构、功能流程以及开发环境和主要应用的技术。 第四章为数据通信机制，详细介绍了三个子系统间所采用的g p r s 无线通信和 数据库通信两种通信机制。 第五章为可靠性设计，从系统数据通信稳定可靠的角度，详细介绍了系统在 实际运行中所发现的问题以及采取的解决方案。 第六章为电动车电池性能分析与电池剩余电量s o c 的计算，以系统运行时采 集的大量电池历史数据为基础，总结电池数据变化特点，分析电池充放电特性， 利用开路电压法、时安累计法作为理论模型，计算电池剩余电量s o c 。 第七章为结论与展望，对系统进行整体评价，指出不足之处，提出改进意见 和下一步的研究方向。 2 2 电动汽车电池管理系统的研究综述 2 1 电动汽车研究综述 电动车是由电动机驱动的机动车辆，相对于以燃料为动力的车辆是清洁的， 同时噪声污染也小得多。电动汽车包括蓄电池电动汽车或纯电动汽车( b e v ) 、混合 动力电动汽车( h e v ) 和燃料电池电动汽车( f c e v ) 。 纯电动汽车由蓄电池的能量驱动车辆前进，车辆运行时不排放污染尾气，即 使按所耗电量换算为发电厂的排放量，其污染物也显著减少。但目前的发展瓶颈 为电池的能量密度低，蓄电池单位重量储存的能量太少，受带电量有限的影响， 汽车功能也有限，而且电池组价格昂贵，电池更换次数频繁，这些都限制了电动 车向市场推广和应用。 燃料电池是把燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，虽然燃料电 池有正负极和电解质等像个蓄电池，但实质不是储存电量而是靠这些化学物质生 成电量作为电动汽车的能量来源。燃料电池有多种类型，质子交换膜燃料电池 ( p e m f c ) 、a f c ( 碱性) 、p a f c ( 磷酸型) 、m c f c ( 熔融碳酸盐型) 、s o f c ( 固体氧化物 型) 等埘。 混合动力汽车是为解决纯电动汽车续驶里程短而提出的一种折中方案。以其 低排放、节约能源、续航里程长、不改变现有基础设施等优点，将传统的发动机 小型化，让一部分动力由电池系统承担，既可发挥发动机持续工作时间长，动力 性好的优点，又可发挥电动机无污染、低噪声的好处。 表2 - 1 为各种电动汽车的特点n 羽 表2 - 1 各种电动汽车的特点 m 出l e 2 - 1t h ec h a r a c t e ro fe v 电动车类里 纯电动车混合电动车燃料电池电动车 驱动系统 能源系统 能量来源 特点 电机 蓄电池 - 超大电容嚣 电阿 零摊放 不依赖于石油 1 0 0 2 0 0 k i n 短行程 电池成本及车价高 已小批量生产镑售 电机 发动机 蓄电池 超大电容器 i c eg e n e r a t i n gu n i t 加油站 电网 废气捧放少 行驶里程长 依赖石油 复杂 已小批量生产销售 电机 燃料电池 氢气 甲醇、汽油乙醇 无废气捧放或零捧放 能量效率高 不依赖石油 行驶里程长 - 成本高 仍处于开发中 主要问题电池及其维护多能源管理电池的价格 高性能驱动 取决于驾驶周期燃料处理器 ：充电设施：虫池d ! 型生匕盛篮理：加洼丞统 3 在各国电动汽车的研发竞赛中，日本混合动力汽车技术居世界领先水平。1 9 9 6 年推出了本田的电动汽车“p l u s 。该车装备高能镍氢蓄电池，充电一次可行驶 2 1 0 - - - 3 5 0 k m ，最高时速可达1 3 0 k m h 。该车是世界上第一款正式批量生产的混合 动力汽车，其节油率达到4 0 5 。目前丰田和本田两家汽车公司已批量生产和销 售混合动力电动汽车n 引。 与日本相比。美国混合动力汽车的研发起步稍晚。但美国三大汽车公司的进 展速度很快。通用、福特和克莱斯勒汽车公司分别投入上亿美元进行为期5 年的电 动汽车研发，已推出3 款混合动力汽车概念车。通用汽车公司2 0 0 0 年推出一款混合 动力汽车，该车百公里平均油耗只有2 9 4 l 。福特于1 9 9 8 年，推出r a n g e r 电动卡 车，该车使用阀控式免维护9 0 8 k g 铅酸电池，一次充电行驶里程为8 0 k m ，并能在 1 2 5 s 内加速至8 0 k m h ，与汽油驱动的r a n g e r 车相似。戴姆勒一克莱斯勒公司1 9 9 4 年研制出n e c a r l 型燃料电池汽车，并在随后几年推出其系列车型，截止0 2 年n e c a r 已出n 5 系，无论其动力系统、外形尺寸还是甲醇重整器尺寸都大为减小，而使用 效率则明显提高u 引。 法国、德国等欧洲国家也随美日等国家积极研制和推广电动汽车，并逐步进 入实用化推广阶段。雷诺公司2 0 0 0 年与5 个欧洲合作伙伴( 意大利d e n o r a 和a n s a l d o 公司、瑞典v o l v o t d 、法国e c o l e d e s 矿业工程学院及液化气公司) 共同研发出一辆 燃料电池车，该车电池组的输出功率为3 0 k w ，携带8 k g 液态氢可连续行驶4 0 0 k m 5 l 。 我国电动汽车已经有了初步发展，“八五 期间，电动汽车正式列入国家攻 关项目；“九五 期间列入国家重大科技产业工程项目；“十五 期问列入“8 6 3 计划 1 2 个重大专项之一。一汽集团、东风集团、上汽集团、清华大学、北京理 工大学等单位己开发出一系列样车，并在一些地区进行试运营n 铂。 长春一汽研发的“解放牌”混合动力城市客车和“红旗牌 混合动力轿车； 以天津清源电动车辆有限责任公司和天津一汽产品开发中心牵头，联合中国汽车 技术研究中心、天津大学、清华大学、北方交通大学、北京航空航天大学的国家 “8 6 3 项目“夏利纯电动轿车”已经通过验收；东风汽车公司1 9 9 6 年就推 出电动汽车样车，最近他们联合湖北省的高校和科研力量共同组建了“东风电 动车辆股份有限公司 ，专门开发生产电动汽车n 刀。 作为国家“8 6 3 计划和北京市“科技奥运”电动汽车重大专项课题研究成果 之一，由北京理工大学牵头，研制的h f f 6 11 2 g k s o e v 型电动客车已经列入国家 发展和改革委员会车辆生产企业及产品公告( 第九十五批) ，并已经投入到北京 市1 2 1 路公交线路进行示范运行【1 6 1 。本文所研究的电池管理系统的e v t 子系统就运 行在该车。 4 2 2 电池管理系统研究综述 目前所涉及的电动汽车电池管理系统( e m s ) 通常包含以下功能组成部分：数 据采集、剩余容量( s o c ) 的估算、电气控制( 充放电控制、均衡充电等) 、热量管理、 安全管理和数据通信等n 钔。 而对于e m s 所管理的电池来说，电池自身的性能参数虽然影响电池的寿命，但 电池本身的问题不在电池管理的范围之内。电池外部因素也影响电池的寿命，如 电池的充电参数，包括充电方式、充电电流、充电结束电压；电池的放电参数， 包括电池的放电电流、放电深度、脉冲电流等；电池的温度；对电池维护的方式 和频率。从电动汽车的使用过程中发现，单个电池的寿命远比电动汽车中的电池 长，研究表明这是因为电池处在不均衡的状态中，充放电过程也不均衡，而不断 重复的充放电过程更加剧了不均衡现象，充电不完全的电池寿命也随之缩短，引 起所在的电池组的寿命缩短，从而使整个电池系统的寿命缩短。为了解决这个问 题应该实现均衡充放电，且应创造保证均衡的温度的条件。借助电池管理系统 ( e m s ) ，还可以优化电池的外部参数，大大增加电池的寿命例。 1 9 9 1 年美国能源部与三大汽车公司( 戴姆勒一克莱斯勒、福特、通用) 共同成 立的先进电池联合体u n i t e ds t a t e sa d v a n c e db a t t e r yc o n s o r t i u m ( u s a b c ) ，致 力于研究和发展先进的电动车能源系统，建立了专门从事电池及管理系统的测试、 试验等研究的实验室和研究机构。日本青森工业研究中心从1 9 9 7 年开始至今，仍 在持续进行电池管理系统( e m s ) 实际应用的研究；美国v i l l a n o v a 大学和u s n a n o c o r p 公司已经合作多年对各种类型的电池s o c 进行基于模糊逻辑的预测；丰 田、本田以及通用汽车公司等都把e m s 纳人技术开发的重点1 。 自1 9 9 9 年起，北京交通大学一直致力于电池管理系统及电池充电机站研究。 至今为止，部分产品已经实现批量生产和使用，用户包括国家电动汽车运行试验 示范区( 纯电动中巴，铅酸) 、东风汽车集团( 混合动力大巴，镍氢) 、北京公共交 通控股( 集团) 有限公司( 双源无轨电车，铅酸) 、北京1 2 1 示范线( 纯电动大巴，铅 酸，锂电) 、银川铁通( 通讯基站，铅酸) 、北京奥运会专用电动大巴( 纯电动大巴， 锂电) 咖。本文系统采集的电池数据，就是该电池管理系统通过c a n 总线提供给 e v t 子系统的。 5 j 匕塞交道太堂亟堂位诠塞 3 系统设计 奥运电动汽车电池管理系统由三个子系统组成，分别是：电动汽车信息采集 与传输终端子系统( 简称e v t ，e l e c t r i cv e h i c l et e r m i n a l ) 、电动汽车数据转发 和数据存储子系统( 简称d s ，d a t as e r v e r ) 、电动汽车数据管理子系统( 简称d m ， d a t am a n a g e r ) 。 而数据转发和数据存储子系统又划分为数据转发服务模块( d s t ，d a t as e r v e r t r a n s m it ) 和数据存储服务模块( d s s ，d a t as e r v e rs t o r a g e ) 。 系统的数据流程图如图3 1 所示。 黛嘲梢 翟尘 | _ 她瓣沪掀哥数- 1 删国蓁ii “匿据 l 渊睦剖 图3 - 1 系统的总体数据流程图 f i g u r e3 1d a t af l o wc h a r to ft h eh o l es y s t e m 6 3 1 电动汽车信息采集与传输终端( e v t ) 子系统设计 3 1 1e v i 子系统的主要功能 电动汽车信息采集与传输终端子系统的主要功能包括： 1 接收和处理来自电动车能量管理系统的数据( e m s ) 。e v t 子系统通过c a n 总线接收这些数据，包括电池组每一箱块的电压值、电池组每一传感器的 温度值、总电流、总电压、箱块最高电压值及其箱块号、传感器最高温度 值及其传感器号、剩余电量s o c 、额定电量、实际电量、电池报警信息。 2 本地数据保存：根据设定的时间周期，将e m s 数据周期性地保存在e v t 子 系统的本地数据库中。 3 u 盘数据自动下载：当可移动盘插到e v t 子系统的u s b 接口时，就可自动 下载数据库的数据，下载完毕后，自动清空数据库。 4 注册功能：e v t 子系统启动时，通过g p r s 模块分别向监控中心发送开机注 册报文。 5 公网在线检测：根据设定的时间周期，p i n g 向一个公网i p 地址( 如 w w w b a i d u c o m ) ，通过接受p i n g 的回复，定期检测e v t 子系统与公网的连 接情况。 6 心跳检n - 根据设定的时间周期，e v t 子系统用s o c k e t 通讯向d s t 模块发 送心跳包并等待接收d s t 的心跳返回确认包，用来保证g p r s 模块与d s 子 系统的d s t 模块通信正常。 7 将e v t 子系统获取的e m s 数据编码后通过g p r s 串口，以s o c k e t 通信的形 式定时或即时发送到监控中心。 8 通过e v t 子系统的g p r s 模块，接收监控中心发来的指令数据，并执行相应 的功能。 7 3 1 2e v t 子系统总体设计 e v t 子系统的总体设计包括子系统的功能结构、数据流程和主要应用的技术。 按照功能划分，e v t 子系统的总体设计结构如图3 - 2 所示。 图3 - 2e v t 子系统的结构图 f i g u r e3 - 2t h es t r u c t u r eo ft h ee v ts u b s y s t e m s e v t 子系统数据流程如图3 - 3 所示。 图3 - 3e v t 子系统的数据流程图 f i g u r e3 - 3d a t af l o wc h a r to ft h ee s u b s y s t e m s 8 e v t 子系统应用到的主要技术包括：g p r s 无线通讯技术、w i n s o c k e t 技术、c a n 总线数据接收技术、数据库连接与操作技术、自动响应u 盘插入的消息并进行处 理的技术、串口通信技术。 3 1 3 e v t 子系统硬功能件模块设计 图3 - 4e v t 子系统的硬件结构图 f i g u r e3 4t h es t r u c t u r eo fm eh a r d w 孤eo ft l l ee v ts u b s y s t e m s 如图3 4 为e v t 子系统的硬件结构图，其中： 计算机母板选用研扬公司生产的p f m - 5 4 0 i 计算机母板，该母板采用p c i 0 4 总 线标准，体积小，具有较强的抗震动性和抗干扰性，非常适合于车载设备。该母 板的主要特点有： 1 体积小，具有2 个串口，1 个i o o b a s e - te t h e r n e t 网口，4 个u s b 接 口。 2 除了具有硬盘接口外，还支持c f 卡存储设备。 3 具有键盘、鼠标、显示、音频接口。 4 母板上配有奔腾级别的c p u ，5 1 2 m 内存，1 gc f 卡。 g p r s 通信电路主要采用w a v e c o m 公司生产的w i s m oq 2 4 0 3 通信模块。由于模 块和计算机的串口进行通信，因此要进行电平转换电路的设计。q 2 4 0 3 模块的主要 特点有： 1 模块仅1 1 克重，体积较小，只有5 8 * 3 2 * 3 9 i m 3 。 2 三个接插口：一个天线接口，一个3 v 的s i m 卡接口，一个电路接口。 9 电路接口包括供电电源接口、串行通信接口，音频接口、拨号键盘接 口。 3 支持g s m g p r s 模式。 4 单一3 v 供电即可。 c a n 总线电路主要由s j a l 0 0 0c a n 总线通信控制器，8 2 c 5 0 c h n 总线收发器构 成。为了增强c a n 总线节点的抗干扰能力，s j h l 0 0 0 的t x o 和r x o 并不是直接与 8 2 c 5 0 的t x d 和r x d 相连，而是通过高速光耦6 n 1 3 7 后与8 2 c 5 0 相连，这样就很好 地实现了总线上各c a n 节点间的电气隔离。 该电路板的外形尺寸和计算机母板完全一样，采用p c i 0 4 总线结构，通过该 总线和计算机进行通信。 e v t 工作需要5 v ，3 v 两种种直流电源，而e v t 的输入是车载2 4 v 直流电，因 此经1 2 5 vd e d c 模块转换为5 v 直流电供给计算机母板。5 v 的直流电经过压降电 路后，转换为3 v 直流电供给g p r s 模块。另外，考虑到系统的可扩展性，又设计 了2 4 1 2 v 备用电源电路的设计。 i o 接口便于用户连接其他的设备，接口主要包括： 1 c a n 总线接口：用于接收电动车能量管理系统发来的数据。 2 u s b 口：用来下载电动车保存的所有数据。 3 g p r s 天线接口：用来连接g p r s 模块的天线。 4 键盘p s 2 接口：用来连接外置的键盘。 5 显示v g a 接口：用来连接外置显示器。 6 2 4 v 直流电源输入接口。 3 1 。4e v t 子系统软件功能模块设计 e v t 子系统的软件运行在嵌入式的w i n d o w sx pe m b e d d e d 操作系统，软件采 用v c 抖6 o 编程软件开发。 e v t 子系统软件功能模块划分为e m s 数据的接收和处理模块、数据的存储模块、 数据无线发送和接收模块、数据下载模块、系统参数设定模块。 1 e m $ 数据的接收和处理模块： e v t 子系统实时接收电动汽车上的e m s 系统发来的数据包，然后拆分这些数据 包，获取包括电池组每一箱块的电压值( 1 0 4 个电压值) 、电池组每一传感器的温度 值( 6 0 个温度值) 、总电流、总电压、单体最高电压值及其箱号块号、传感器最高 1 0 温度值及其箱号传感器号、剩余电量s o c 、额定电量、实际电量、电池报警信息。 电动汽车上的e m s 系统以c a n 2 0 b 的方式每5 0 m s 发送一组数据帧。终端的c a n 卡将数据接收到e v t 子系统设备，并将数据按一定协议进行打包处理，打包后的 帧的格式如表3 - 1 。 表3 - 1c a n 总线上的数据帧格式 t a b l e3 1t h ef o r mo fd a t af l a m e so i lt h ec a n 帧头数据的长4 字节的标识 数据校验帧尾 4 0 h 度 码 o d h e v t 子系统内的c p u 通过c a n 卡与电动公交车上的c a n 总线进行通信。c a n 卡 通过其提供的a p i 函数进行初始化并准备接收数据。考虑到数据传输过程中，由 于干扰等因素，导致接收到的数据不正确，因此首先要判断接收到的数据帧的正 确性，对正确的帧再按照e m s 协议进行分解和处理，获取相应的数据。 2 数据的存储模块： 以一定的时间周期( 通过参数设定) 将获得的e m s 数据存储在数据库中。 首先创建0 d b c 数据源，然后应用a d o 来访问该数据源。用c l i s t c t r l 类中的 i n s e r t c o l u m n ( ) 方法在表中插入一列，用s e t i t e m t e x t ( ) 方法向数据库中写数 据。 3 数据无线发送和接收模块 e 子系统内的c p u 通过串口1 和g p r s 模块的串口进行通信。串口l 初始化 为：波特率为l1 5 2 0 0 b p s ，8 位数据位，1 位停止位，无校验。在进行无线发送数据 之前，需将数据进行打包处理。 ? 打包后的数据帧以g p r s 无线s o c k e t 通信的形式进行发送，通过设定的d s 子 系统d s t 模块的i p 地址和p o r t 端口号，与d s t 建立s o c k e t 连接，进行数据通信。 当c p u 的串口1 产生中断时，表明有数据输入。在中断响应程序中读取串口 缓冲区的数据帧，若帧头是 ，表明该帧是来自d s 子系统的控制命令及参数设定。 然后，根据协议拆分该帧，取出相应的命令信息，若不是则认为是错误的数据帧。 具体协议详见第四章4 1 2 小节。 为保障e v t 子系统与d s 子系统的通信可靠性，加入了心跳检测和公网在线检 测等处理机制，具体方法详见第五章5 1 节。 4 数据下载模块 当可移动盘一插入到u s b 接口上时，e v t 子系统将停止采集数据，同时自动将 本地数据库中的数据保存到移动盘中，数据保存完毕后，删除数据库中的数据并 恢复系统采集，使之按原来的设定继续采集电池数据。 5 e v t 子系统参数设定模块 设定的参数有：连接d b 子系统的i p 地址和p o r t 端口号、e v t 子系统i d 号、 本地数据保存周期、数据无线发送周期、心跳发送周期、公网在线检测的目标地 址。对于以上命令的功能说明详见第四章4 1 2 小节。 对于以上控制参数，e v t 子系统可以通过无线数据接收模块从d s 子系统获取。 具体流程详见第四章4 1 1 小节。 同时，e v t 子系统也支持本地修改，在外接鼠标键盘后，在弹出参数设定框内， 用来设以上参数，修改完毕后点击确认按钮，提示修改成功。 1 2 3 2电动汽车数据转发和数据存储( d s ) 子系统设计 3 2 1d s 子系统开发环境 d s 子系统开发的硬件环境为主流配置的p c 机，奔四2 0 g ，5 1 2m 内存。系 统所需要的硬件环境并不高，在以上的硬件环境下，v i s u a lc 抖6 0 以及s q ls e v e r 7 o 可以正常、舒畅的运行。 d s 子系统开发的软件环境为w i n d o w sx p ，v i s u a lc + + 6 0 以及s q ls e v e r 2 0 0 0 。 软件环境的选择主要考虑开发的高效性和安全性，以及后续升级。在众多的操作 系统之中，w i n d o w sx p 是符合高效性和安全性要求的，而且是大家很熟悉的，易 于操作。v i s u a lc + + 6 0 具有强大的功能和非常友好的界面。s q ls e v e r 2 0 0 0 是 为广泛的企业客户和创建商业程序的独立软件供应商( i s v ) 专门设计的客户数 据库管理平台，在数据库方面有很强的操作性和开发、管理能力，可以满足多种 大量数据管理的要求。 d s 子系统开发应用的技术包括：w i n s o c k e t 技术、托盘技术、动态链接o d b c 的技术、自动响应u 盘插入的消息并进行处理的技术、数据库连接与操作技术、 文本文档的操作技术、心跳检测技术、操作系统信号量技术、计时器技术。 3 2 2d s 子系统总体结构设计 d s 子系统划分为数据转发服务( d st r a n s m i t ) 和数据存储服务( d ss t o r a g e ) 两大模块。将电池e m s 数据存储功能从d s t 中独立出来成为一个单独的d s s ，从而 提高d s 子系统的运行效率和并发处理能力。 d s t 的模块划分如图3 5 所示。 1 3 图3 5 数据转发服模块的结构图 f i g u r e3 - 5t h es t r u c t u r eo f t h ed s t d s s 的模块划分如图3 - 6 所示。 图3 - 6 数据存储服务模块的结构图 f i g u r e 3 - 6t h es t r u c t u r eo fd s ss u b s y s t e m s 1 4 如图3 - 7 为d s 子系统内部模块与外部的数据流程，对其作进一步解释说明为： 1 d s t 启配置与运行监控模块，设置d s t 监听端口号。 2 d s t 将e v t 与d s 之间的所有通讯数据保存在工作日志中。 3 d s t 通过g p r s 无线通信模块将控制指令发给e v t 子系统。 4 d s t 通过g p r s 无线通信模块接收e v t 子系统发来的数据，数据的种类包 括e v t 子系统在线情况、控制命令执行情况、电池实时e m s 数据。 5 d s t 通过数据转发模块将接收到的电池实时e m s 数据转发给d s s 。 6 d s t 通过数据库通信模块读取e v t 数据库，获取d m 子系统对e v t 子系统 的控制命令。 7 d s t 通过数据库通信模块将e v t 子系统的在线情况、控制命令执行情况写 入e v t 数据库。 8 d s s 通过数据存储模块通过将接收到的电池实时e m s 数据解包后存入e v t 数据库。 9 d s s 通过u 盘历史数据导入模块接收u 盘导入的电池历史数据。 i 0 d s s 通过电池数据存储模块将的数据解包后存入e v t 历史数据库中。 图3 7d s 子系统数据流程图 f i g u r e3 - 7d a t af l o wc h a r to fd s 3 2 3d s 子系统模块功能及其处理流程设计 d s 子系统的每个模块都有其自身特定的功能，以满足系统要求和客户服务功 能，d s 子系统划分为数据转发服务( d s t ) 模块和数据存储服务( d s s ) 模块，下面对每 个模块的功能进行详细介绍。 3 2 3 1 数据转发服务( d s t ) 模块 图3 8 为d s t 模块的运行界面 1 6 图3 - 8d s t 模块运行界面 f i g u r e3 - 8o p e r a t i o ni n t e r f a c eo fd s t 1 配置与运行监控模块 其实现的功能如下： 1 ) 设置监听端口模块。以便e v t 子系统和d s s 模块与其建立连接，设为： 8 0 8 0 2 ) 显示连接情况。如果有e v t 在线，会在界面显示该e v t 终端号。断线 时会自动删除该显示，其流程如图3 9 所示。 图3 - 9 设置监听端口查看e v t 子系统连接情况理流程图 f i g u r e3 - 9d a t af l o wo ft h es u b s y s t e m s 3 ) 显示g p r s 通信接收和发送的数据。最新的数据在最上，超过1 0 0 0 个 字符会自动清空，方便维护人员检查d s t 运行状态。 4 ) 查看工作日志。工作日志记录所有g p r s 通信信息，按接收和发送分为 1 7 两个文件夹，每个文件夹又按照日期， 便维护人员后期维护和定位故障信息， 广丽 输入要查看的工作日志的时间 接收输入 选择查看那种工作日志 商l 黼i 结束 一天新生成一个t x t 文件，方 其查看流程如图3 1 0 所示。 图3 一l o 查看工作日志模块处理流程图 f i g u r e3 - 10d a t af l o wo ft h es u b s y s t e m s 2 g p r s 无线通信模块 g p r s 无线通信模块采用w i ns o c k e t 的t c p 通信，d s t 建立监听服务( b i n da n d l i s t e n ) ，等待e v t 子系统的连接访问( c o n n e c t ) ，然后发送接收数据( s e n da n d r e c e i v e ) ，进行通信。 接收来自e v t 子系统的数据，判断e v t 终端号和数据种类，根据不同的数据 类型选择相应的数据处理流程。数据种类包括：电池e m s 实时数据、心跳包、e v t 子系统对控制命令执行成功的确认。对于相应数据格式及其内容详见第四章4 1 节。 图3 - 11 为g p r s 无线通信模块的通信流程。 1 8 一信 一误 i l 土错息 否一 菲 是 图3 一n 无线通信模块流程图 f i g u r e3 - 11d a t af l o w o f t h es u b s y s t e m s 1 9 3 数据库通信模块 d s t 模块与电动汽车数据管理( d m ) 子系统通过定期读写数据库，获取通信内 容，实现数据库通信。数据库通信模块将g p r s 通信模块接收到的数据进行解包， 按照数据库通信格式存入到数据库中；同时读取数据库中对应的控制命令参数表， 取出控制与命令参数信息，按照g p r s 通信协议进行转化，组成数据包，供g p r s 通信模块发送。关于数据库通信协议详见第四章4 2 节。如图3 - 1 2 为数据库通信 模块通信流程。 读取数据库，获取蹦对 车载终端的控制命令 是否有控制命令 是 图3 - 1 2 数据库通信模块流程图 f i g u r e3 1 2d a t af l o w o f t h es u b s y s t e m s 4 电池e m s 数据转发模块 该模块利用w i ns o c k e t 的t c p 方式进行有线通信，与数据存储服务( d s s ) 模块建立连接并用心跳检测保证连接，把g p r s 模块接收到的电池e m s 实时数据包 不经处理立即转发给d s s 模块。图3 1 3 为电池e m s 数据转发模块运行流程。 是 图3 1 3 电池e m s 数据转发模块流程图 f i g u r e3 1 3d a t af l o wo ft h es u b s y s t e m s 2 1 j e 塞銮垣太堂亟堂僮论塞 3 2 3 3 数据存储服务( d s s ) 模块 图3 - 1 4 为d s s 模块的运行界面。 图3 1 4 数据存储d s t 程序运行界面 f i g u r e3 1 4o p e r a t i o ni n t e r f a c eo fd s t 在极限测试时，d s 子系统数据通信满负荷运转时( 模拟所有5 0 台e v t 终端以 2 0 秒为周期向d s 发送电池e m s 实时数据) ，发现电池数据的存储入库占用了大量 系统资源并严重影响通信速度，所以按照模块化的思想，将阻塞的关键节点即电 池数据存储的功能从d s 剥离出来，既将d s 子系统分为d s t 和d s s 两个独立模块， 使d s s 负责电池数据存储入库，从而保证d s 的通信质量，解决通信堵塞现象。 1 电池e m s 实时数据接收模块 与d s t 模块建立s o c k e t 有线的t c p 通讯，接收转发过来的电池e m s 实时数据 包，并将其解包、校验、分类存入临时变量中。对于电池数据包协议详见第四章 4 1 2 小节。图3 - 1 5 为电池e m s 实时数据接收模块运行流程 是 图3 - 1 5 电池e m s 实时数据接收模块流程图 f i g u r e3 1 5d a t af l o w o f t h es u b s y s t e m s 包 2 电池数据数据库存储模块 当数据解包完毕，调用o d b c 动态访问数据库，将电池数据按照不同种类分别 存入数据库的表中。关于数据种类详见第四章4 2 节。 3 u 盘历史数据导入模块 如图3 1 6 为自动导入数据模块的处理流程。 图3 - 1 6 自动导入数据模块处理流程图 f i g u r e3 - 16d a t af l o wo f t h es u b s y s t e m s 3 3电动汽车数据管理( d m ) 子系统设计 3 3 1d m 子系统开发环境 d m 子系统的硬件环境为主流配置的p c 机；奔四2 0 g ，5 1 2m 内存。系统所 需要的硬件环境并不高，在以上的硬件环境下，v i s u a ls t u d i oc # n e t 以及s q l s e v e r7 0 可以正常、舒畅的运行。 d m 子系统开发的软件环境为w i n d o w sx p ，v i s u a ls t u d i oc # n e t ，m ss o l 2 0 0 0 。 d m 子系统开发应用的技术包括：数据库访问技术、图形界面技术、统计图生 成技术。 3 3 2d m 子系统系统总体结构设计 电动汽车数据管理( d m ) 子系统功能结构划分如图3 - 1 7 。 图3 - 1 7 电动汽车数据管理子系统总体结构图 f i g u r e3 1 7t h es t r u c t u r eo f d m d m 子系统总体数据流程如图3 - 1 8 所示。 图3 1 8 电动汽车数据管理系统总体数据流程图 f i g u r e3 - 1 8d a t af l o wo f t h es u b s y s t e m s 3 3 3d m 子系统模块功能及其处理流程设计 况 况 数据 1 数据库通信模块；用于d m 子系统远程访问数据库。图3 - 1 9 为数据库通信模块 流程图。 图3 - 1 9 数据库通信模块流程图 f i g u r e3 19d a t af l o wo ft h es u b s y s t e m s 2 电池数据实时信息显示与查询模块：用于实时查询和显示某辆电动车的电池信 息。如图3 2 0 为电池数据实时信息查询与显示界面。 其中图3 2 0 的标注1 为在线情况按钮栏，显示e v t 子系统的在