一种电池管理装置和系统的制作方法

1.本发明涉及移动通信及电池充电管理领域，具体涉及一种电池管理装置和系统。


背景技术：

2.第五代移动通信技术(5g)作为新一代宽带无线移动通信网，采用新无线技术、大规模天线技术、全频谱接入、5g无线网全新架构等关键技术，提供至少十倍于4g的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。5g网络具有“大带宽、低时延、超高速率、超大连接”的技术特点，5g的大带宽可以解决大码率视频传输问题，促进超高清视频应用的快速发展，5g低延时和大连接也使得5g 超高清产业融合出多种新的应用场景，推动超高清视频业务的快速低成本开展。
3.随着电池、电动机等技术的发展、国家双碳政策的推行，电动车已成为一种趋势，人们已进入电动车时代。作为电动车的一极，电动自行车、摩托车、三轮车等越来越普及，因其价格低廉、使用成本低、操作方便等，越来越受到人们的青睐。但受限于电池等技术的不成熟，电动车也面临电池储能能力差、充电困难、充电时间长、电池续航能力不足、电池维修不便及电池安全无保障等问题，制约着电动车的发展和应用。
4.为解决现有的电动自行车、摩托车、三轮车的电池充电难、充电安全无保障等问题，人们在社区家庭、工作单位等公共区域统一建设了大量的电动车充电桩，大大方便了电动车的充电，提升了充电的安全性等。现阶段虽也出现一些电池快充技术，但电池及充电技术仍未得到根本突破，电池储能能力有限，电动车的续航能力始终无法得到较好的解决，电池充电的时间依然很长，电动车电池充满一次至少需要2～3个小时，无法解决电池的续航问题；由于电池的直接安装在电动车上充电，电池游离于监测及质检范围之外，难以得到及时的保养和维护，电池爆炸的事故时有发生，安全也无法得到保障；受每个电池使用个体在电池充电习惯及专业知识等方面的限制，很多电池充电方式不是很规范，如电池未充满就使用、反复充电等，严重影响着电池的使用寿命，抬高了电池使用成本；电池缺乏统一的充电管理，提升了电池充电成本，如电池充电的峰谷电价等，给电池的回收带来困难，也给电池的使用带来安全隐患。
5.为解决现有的电动自行车、摩托车、三轮车的充电管理及安全等问题，人们在社区家庭、工作单位等公共区域统一建设了大量的电动车充电桩，一定程度上方便了电动车的充电，提升了充电的安全性等。但受限于当前技术条件及可预见的将来技术发展，特别是电池管理的缺失，仍无法彻底解决电动车电池的续航、安全、维护、成本等问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的旨在克服当前电动车电池管理及应用存在的缺点和不足，解决电动车电池的续航问题，提升电池使用寿命，确保充电安全，降低电池充电和使用成本，提供一种基于电动车电池的集中充电管理装置及系统，该装置和系统具有高效、实用、安全可靠、易于推广等特点。
7.本发明是通过下述技术方案实现的，一种电池集中充电管理装置，包括电池管理主控模块、电池从机管理模块，电池管理环境监测模块、电池管理存储模块、马达控制模块、远程通信模块；
8.所述电池管理主控模块分别与电池从机管理模块，电池管理环境监测模块、电池管理存储模块、马达控制模块、远程通信模块相连，对各模块进行数据采集、数据处理、数据存储，并根据数据处理结果，对各模块进行指令控制；所述各模块包括电池从机管理模块，电池管理环境监测模块、电池管理存储模块、马达控制模块、远程通信模块；
9.所述电池从机管理模块，负责与所管理的各电池中的从机进行通信，用于对各电池中负责充放电管理的从机模块进行初始化、参数设置、状态参数读取，实现对各电池从机的管理；
10.所述电池管理环境监测模块，用于监测电池管理装置内部所处环境的状态，包括环境温度、烟感、水浸监测，以保证电池充电环境的安全性，并根据对采集和监测数据的分析结果，启动相应保护机制并产生相应告警；
11.所述电池管理存储模块，用于存储电池管理装置的初始参数、状态信息、告警信息、设置参数；
12.所述马达控制模块用于对电池管理装置进行控制；
13.所述远程通信模块采用无线通信模组，用于电池管理装置与综合管理服务平台的远程通信，传送状态参数、告警信息、设置参数。
14.所述对各模块进行数据采集包括：通过电池从机管理模块对电池的充电、浮充、电量、故障状态进行采集，所述电池的充电、浮充、电量、故障状态包括电池低电压、充电中、已充满、电池故障，通过电池管理环境监测模块对电池管理装置内部的环境温度、烟感、水浸进行实时采集和监测；
15.所述数据处理包括：电池管理主控模块对采集和监测的数据进行分析，并判断电池及当前环境状态。通过判断采集到的所述电池状态处于故障状态时，给出电池故障告警，并启动电池保护机制直至电池状态恢复正常；通过将采集到的所述环境温度值与设定的环境温度值高门限、环境温度值低门限进行比较，判断环境温度值是否异常，当环境温度值高于环境温度值高门限时，给出环境温度值过高告警，当环境温度值低于环境温度值高门限时，给出环境温度值过低告警，并通知电池从机管理模块启动电池保护机制直至环境温度值恢复正常；通过判断监测到的所述烟感状态或水浸状态处于告警状态时，给出烟雾告警或水浸告警，并通知电池从机管理模块启动电池保护机制直至烟感状态或水浸状态恢复正常；所述电池保护机制包括停止电池充电过程及切断电池充电电源，并启动相应的告警方式；所告警方式包括声音、光、显示屏显示告警方式，并能够通过远程通信模块将告警状态上报综合管理服务平台；
16.所述数据存储包括：电池管理主控模块将电池管理装置的各种初始参数、状态信息、告警信息、设置参数写入电池管理存储模块；
17.所述对各模块进行指令控制包括：电池从机管理模块、电池管理环境监测模块、电池管理存储模块、马达控制模块、远程通信模块根据电池管理主控模块的指令要求进行初始化、参数设置、状态参数读取、io端口控制操作。
18.所述电池从机管理模块通过总线与电池管理主控模块相连；
19.所述电池管理环境监测模块通过总线与电池管理主控模块相连。
20.所述电池管理存储模块通过总线与电池管理主控模块相连；
21.所述马达控制模块通过控制端口与电池管理主控模块相连；
22.所述远程通信模块能够通过i2s、串口、usb接口与电池管理主控模块相连，支持多运营商usim接口。
23.所述马达控制模块包括电池传送导轨、电池门禁、马达控制器；所述电池传送导轨用于将电池传送至指定的位置，包括将电池导入至充电位置和将电池从充电位置弹出；所述马达控制器用于开启或停止马达的转动，控制马达的转动方向，实现对电池管理装置电池门禁的开启和关闭及电池传送轨道的控制。
24.本发明的另一目的在于提供一种电池管理系统，包括综合管理服务平台、电池管理装置、摄像头、通信模块，所述综合管理服务平台与通信模块通过无线通信网络相连。
25.所述综合管理服务平台，基于云服务架构、虚拟化技术，用于对辖区内所有电池管理装置及其全部电池的状态进行管理，包括用资产资源管理、图形可视化、用户管理，计量计费管理，统计分析、现场视频安全管理。
26.所述资产资源管理模块用于对现场在网所有电池管理装置及其管理的电池进行资源及状态管理，获取全网的电池管理装置数量和所在位置，以及每个电池管理装置所管理的电池数量及电池在位状态；
27.所述图形可视化模块具备gis和卫星地图功能，能够通过2d模式、全景3d及vr、虚拟3d，实现对现场各地的资产资源进行可视化管理功能；
28.所述用户管理模块用于对用户的开户、权限进行管理；
29.所述计量计费管理模块负责提供完善的资源使用计量及计费服务，根据每个用户所使用的电池等资源数量，基于时间周期进行统计，可以输出对应的电池资源使用报表，统计每个资源业务部分进行相应的费用核算和分析；
30.所述统计分析模块用于，按类型、范围和数量对电池管理装置及资源进行统计，输出饼型、条型图，通过资产统计，获取资产数量、位置及使用状态，让资产得到有效的管理和利用，避免资产闲置浪费，提升资产利用率和效益，并对电池使用时长进行大数据分析，根据大数据分析结果，统计出各地电池管理装置下的电池使用情况及需求趋势，给出电池管理装置建设及布局建议；
31.所述现场视频安全管理模块主要对通过现场高清摄像头采集的视频图像信息进行分析、处理及存储。
32.所述电池管理装置通过通信模块经无线通信网络与综合管理服务平台相连。所述电池管理装置通过无线通信网络与综合管理服务平台进行信息交互。
33.所述摄像头，用于对电池管理装置的现场环境进行实时图像采集、监测，确保现场设备安全及人员使用安全；所述摄像头可以为标清或高清摄像头；所述摄像头通过无线通信网络与综合管理服务平台相连，将视频流推送给综合管理服务平台。
34.所述通信模块支持5g nr、lte-tdd、lte-fdd多种制式，支持多运营商usim接口，支持i2s、usb2.0多种外部接口；所述通信模块满足高清视频流的传输需求。
35.本发明与现有技术相比，有如下优点和有益效果：
36.1、本发明采用电池管理装置实现对电动车电池的集中统一充电和管理，电动车通
过在现场更换电池，免去了电动车电池停车充电的过程，高效解决了电动车电池的续航问题，提升了电动车出行效率。
37.2、本发明采用电池管理装置独立于电动车之外对电池集中统一充电和管理，确保了电池充电高效和充满，避免了人为等因素造成电池未充满就使用，提升了电池使用的安全和寿命；
38.3、本发明采用的电池管理装置对电池进行集中充电管理，无人值守，充电过程无人员参与，进一步确保了充电安全；
39.4、通过综合管理服务平台对每一个电池使用时长统计分析、使用状态信息监测等措施，及时提示并派单对电池进行系统的保养和维护，确保电池始终处于良好的状态，减少了故障率，电池安全得到有效保障，降低了使用成本；
40.5、通过综合管理服务平台进行电池使用等大数据分析，采用电池错峰充电等措施，降低电池充电成本。
附图说明
41.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
42.图1是本发明实施例部分提供的一种电池管理装置的结构示意图。
43.图2是本发明实施例部分提供的一种电池管理系统的架构示意图。
具体实施方式
44.如图1所示，本实施例提供的一种电池管理装置包括电池管理主控模块、电池从机管理模块，电池管理环境监测模块、电池管理存储模块、马达控制模块、远程通信模块。
45.本实例中，电池管理主控模块采用基于arm926ej-s的at91sam9260核心处理器，采用外部 12v电源，经内部变化成 5v及 3.3v电源，满足装置中各模块的供电需求。电池管理主控模块通过串口外扩can总线与电池从机管理模块相连，并通过串口外扩rs485总线与外部键盘显示模块相连；通过spi总线与环境温度、烟感、水浸监测模块相连；通过spi总线与flash存储器模块相连；通过外扩继电器与马达控制模块相连；通过串口与远程通信模块相连。电池从机管理模块主要基于pca82c250can总线芯片及zt3485leen rs485芯片实现；电池管理环境监测模块使用现有技术中的温度、烟雾、水浸传感器实现；电池管理存储模块主要采用at45db321e的flash芯片实现；马达控制模块采用hf37f-005小型大功率继电器对单相马达及电池门禁进行控制。
46.本实例中的远程通信模块采用深圳广和通的fm150-ae 5g通信模块，支持5g nr、lte-tdd、lte-fdd多种制式，支持多运营商usim接口，支持串口、i2s、usb2.0多种外部接口，用于电池管理装置与综合管理服务平台进行远程通信。
47.电池管理主控模块负责数据采集、数据处理、数据存储等，并对各模块进行指令控制等功能。
48.本实例中的电池从机管理模块负责对电动车电池的充、放电管理，采集电池的相关状态，如电池低电压、已充满、充电中、电池故障状态，并负责与电池管理装置进行信息交互通信。根据电池管理装置的指令要求进行初始化、参数设置、状态参数读取操作。电池管
理环境监测模块，通过对电池管理装置内部的环境温度、烟感、水浸参数进行实时采集和监测，电池管理主控模块对采集和监测的数据进行分析，并判断当前环境状态，通过判断采集到的电池状态处于故障状态时，给出电池故障告警，并切断电池充电电源直至电池状态恢复正常；通过将采集到的环境温度值与设定的环境温度值高门限、环境温度值低门限进行比较，判断环境温度值是否异常，当环境温度值高于环境温度值高门限时，给出环境温度值过高告警，当环境温度值低于环境温度值高门限时，给出环境温度值过低告警，并通知电池从机管理模块切断电池充电电源停止电池充电过程直至环境温度值恢复正常，本实施例设置环境温度值高门限的范围为50℃～75℃，默认值为60℃，环境温度值低门限的范围为-30℃～0℃，默认值为-20℃；通过判断监测到的烟感状态或水浸状态处于告警状态时，给出烟雾告警或水浸告警，并通知电池从机管理模块切断电池充电电源直至烟感状态或水浸状态恢复正常；当告警产生时，在显示屏显示相应的电池告警或环境异常告警，并通过远程通信模块将告警状态上报综合管理服务平台。电池管理主控模块将电池管理装置的各种初始参数、状态信息、告警信息、设置参数等写入电池管理存储模块，可实时读取，并可根据读取结果对各模块进行指令控制。马达控制模块，主要通过操作继电器控制交流220v电源对马达的通断、正向通电、反向通电等实现对马达的正转、反转、停转等控制，通过马达驱动电池门的开启与关闭，驱动电池传送导轨实现电池的弹出与导入。本实例中的远程通信模块采用5g通信模组，实现电池管理装置与综合管理服务平台的远程通信，由电池管理主控模块通过rs232串口控制，传送系统状态参数、告警信息、设置参数等信息。
49.如图2所示，本实施例提供的一种电池管理系统包括综合管理服务平台、电池管理装置、摄像头、通信模块。
50.本实例中，综合管理服务平台，按通用x86架构配置，采用云服务架构，通过虚拟化技术构建iaas平台、paas平台、安全中台，具备资产资源管理、图形可视化、用户管理，计量计费管理，统计、现场视频安全管理功能模块。其中，资产资源管理模块用于对现场在网所有电池管理装置及其管理的电池进行资源及状态管理，包括全网的电池管理装置数量、所在位置，每个装置所管理的电池数量及电池在位状态；图形可视化模块具备gis及卫星地图功能，可实现2d模式、全景3d及vr、虚拟3d模块对现场各地的资产资源进行可视化管理功能；用户管理模块实现对用户的开户、权限管理；计量计费管理模块负责提供完善的资源使用计量及计费服务，根据每个用户所使用的电池资源数量，基于时间周期进行统计，可以输出对应的电池资源使用报表，统计每个资源业务部分进行相应的费用核算和分析；统计模块实现系统可按类型、范围和数量进行所管理的装置及资源进行统计，输出饼型、条型图，通过资产统计，可以准确掌握资产数量、位置及使用状态，让资产得到有效的管理和利用，避免资产闲置浪费，提升资产利用率和效益，并可对电池使用时长等进行大数据分析，给出电池管理集中充电装置建设及布局建议。现场视频安全管理模块主要对通过现场高清摄像头采集的视频图像信息进行分析、处理及存储。
51.本实例中，采用的电池管理装置如图1所示。电池管理装置通过通信模块与综合管理服务平台相连，将装置状态及相关告警信息通过无线通信网络上传至综合管理服务平台，通过无线通信网络接收综合管理服务平台下发的各种指令和设置信息。
52.本实例中，摄像头采用厦门四信的f-sc241-25型1080p高清网络摄像头，该摄像头集成5g通信模块，用于对电池管理集中充电装置所处的环境进行实时图像采集、监测，确保
现场设备安全及人员使用安全；高清摄像头通过内置5g通信模块将视频流推送给综合管理服务平台。
53.本实例中的通信模块支持5g nr、lte-tdd、lte-fdd、wcdma、evdo等多种无线网络制式，支持多运营商usim接口，支持串口、i2s、usb2.0/3.0多种外部接口。
54.本发明提供了一种电池管理装置和系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。