摘 要： 为了实现对不同区域锂电池组的远程管理，提出了一种基于Web的锂电池组管理系统，并完成系统的软件设计。系统基于前后台分系统的设计思想，采用C/S和B/S相结合的软件架构，即后台系统使用C/S架构，实现与GPRS数据传输单元DTU的通信，保证系统传输数据的安全性；前台系统使用B/S架构，给电池管理员/用户提供友好的界面，实现灵活的人机交互；两个分系统之间利用数据库进行连接，实现电池数据的存储与访问。
关键词： 锂电池组；Web网络架构；电池管理系统
0 引言
21世纪以来，随着各国经济的不断发展，人类渐渐意识到节能和环保的重要性。锂离子电池凭借其能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应和无环境污染等优势，使其取代铅酸电池组成为必然趋势[1-3]。随着锂电池在电动汽车、大功率储能等方面的广泛应用，人们对锂电池组在线管理系统的要求也越来越高，应用环境也越来越多样化。例如应用于新能源发电以及通信基站备用电源的大容量锂离子储能电池组，由于其所在位置比较分散，所以早期的电池管理系统不便于对电池进行实地勘察和管理。除此之外，早期系统一般使用上位机软件显示电池相关数据，当不同的用户/管理员需要了解电池状况时，需要安装相应的上位机软件。随着电池组数量以及用户数量的急剧增加，这种方式应用起来越来越不方便。
为了克服早期系统的诸多不足，文章设计一个基于Web的锂电池组管理系统。系统通过网络实现对锂电池组的在线监测，界面友好、美观，操作简单、快捷，具有灵活的人机交互功能等，能够及时了解锂电池组的状态信息。
1 系统概述
锂电池组管理系统是一套完整的实现对不同区域大容量锂离子电池组进行远程监控的系统，该系统集电池组的数据收集、状态分析、人机交互于一体，其物理结构如图1所示。锂电池组管理系统（Battery Management System，BMS）接收GPRS数据传输单元（Data Transfer Unit，DTU）发送的电池数据，随后对这些数据进行存储、分析，以图表或曲线的形式通过浏览器呈现给用户/管理员。
2 系统的总体设计
2.1 设计思想
从图1中可以看出，BMS衔接了两个部分：一是DTU，负责数据的接收；二是与电池管理员/用户相关，主要负责对不同区域的电池进行管理以及电池状态的显示。鉴于这两方面要实现的功能完全不相关，并且服务的对象也不同，因此将系统设计为两个分系统，以前后台的方式运行，后台系统负责与DTU进行通信；前台系统则负责人机交互，数据库为两个分系统之间的桥梁，如图2所示。
2.2 软件架构
基于前后台分系统的设计思想，系统的软件架构采用客户端/服务器（C/S）和浏览器/服务器（B/S）相结合[4-5]的网络架构搭建锂电池组管理系统，即后台系统使用C/S架构，实现与GPRS数据传输单元DTU的通信，保证传输数据的安全性；前台系统使用B/S架构，实现灵活的人机交互，提供电池管理员/用户友好的界面交互，如图3所示。
3 系统的具体实现
基于Web的锂电池组管理系统主要由三个部分组成：后台系统、数据库、前台系统。下面针对这三个部分的具体实现做详细阐述。
3.1 后台系统的实现
锂电池组管理系统要实现对众多电池组的监控，后台系统就要接收大量的数据，这就涉及到对大量数据的处理。采用C/S架构有利于处理大量数据，可以满足网络通信量低、传输数据安全性高、程序响应速度快等需求。
除此之外，锂电池组管理系统BMS作为服务器，要具有同时接收多个客户端（即DTU）所发送数据的能力，即处理大量并发连接的能力。为了实现多任务并发执行，系统采用.NET Framework 4提供的任务并行库（Task Parallel Library，TPL）技术以满足电池管理系统对外接口多任务和高效率的需求[6]；另外，为了保证传输数据能够正确地接收，采用安全、可靠、稳定的TCP/IP网络传输协议，具体使用的是Socket类进行网络编程，流程图如图4所示。
3.2 数据库设计
从DTU获取的有关电池组的数据信息可以分为三大类，分别是电池组总览查询、BMS电芯温度信息、电池测量模拟前端（Battery Measurement Analog Front End，BMAFE）状态信息。其中，电池组总览信息又可以细分为电池包数据信息和N组基本模组数据信息。根据需求以及接收到的数据，得到概念数据模型，用“实体-关系”图（即E-R图）表示，图5所示为基本模组与电池包之间的E-R图。
基于上述的概念数据模型，进一步对其分解与细化，得到逻辑数据模型，具体描述如下：
（1）电池包数据信息（设备地址、循环次数、设备总数、正常工作的设备数、总电压等）；
（2）N组基本模组数据信息（设备地址、系统电流、剩余容量、电池组电压等）；
（3）BMS电芯温度信息（第1节电芯电压、第2节电芯电压、第1节电芯温度等）；
（4）AFE状态信息（电池组电芯电压、AFE最低电芯电压、AFE最高电芯温度等）。
数据库设计的最后一步是物理数据模型设计，即对真实数据库的表达。本设计选用适合中型企业/单位的SQL Server关系型数据库创建数据表，限于文章篇幅，仅列出电池包数据信息表，如表1所示。
3.3 前台系统的实现
在B/S架构下，人机交互的工作通过浏览器来完成，其优点是用户使用简单、界面友好，并且由服务器端处理绝大部分工作，系统的维护成本较低等。Microsoft提供高级的Web应用程序开发平台，即ASP.NET平台[7-8]，具有简单易用性和便捷的可管理性等优势。
如图6所示，锂电池组管理系统采用B/S架构，BMS作为Web服务器，管理员/用户通过浏览器来访问整个系统。即用户通过浏览器向Web服务器发出请求，服务器接收请求，并使用LINQ to SQL技术访问数据库，经过一定的后台程序处理后，将结果返回并显示给用户。
4 界面设计及结果显示
4.1 后台系统测试结果
后台系统主要实现锂电池组管理系统BMS与锂电池终端设备DTU之间的通信，使用Windows Forms平台进行开发，测试结果如图7、图8。
如图7所示为服务器界面以及测试结果图，可以看出BMS（IP地址为192.168.100.7）与DTU（IP地址为：192.168.100.6）成功建立连接，服务器收到的数据为电池组主控设备信息（以16进制显示，从第5字节开始为具体的信息），服务器BMS将接收到的数据进行解析并存储到数据库中，如图8所示。通过比较发现，数据库中的数据与接收到的数据一致，说明系统成功解析、存储数据。
综上所述，基于Web的锂电池组管理系统可以实现后台的通信过程，且所传输数据准确、可靠。
4.2 前台系统测试结果
前台主要实现人机交互功能，方便用户/管理员查询电池组的各项信息。设计前台界面时，主要使用GridView控件和GDI+图形图像技术实现对电池组基本信息以及电池性能分析结果的显示，测试结果如图9、图10。
如图9所示为电池组主控设备信息的网页显示，可通过浏览器进行查看，还可以通过点击不同的网页按钮（如图矩形框中按钮），查看其他的电池相关信息；图10为绍兴移动电池组（电池容量为48 V/20 Ah）以4 A的电流放电时，总体电压与各单体最大压差的曲线图，观察曲线可以很直观地了解锂电池组的放电特性。除此之外，还可以通过设置其他参数来观察电池的其他特性曲线。
综上所述，基于Web的锂电池组管理系统可以实现灵活的人机交互，操作简单、便捷。
5 结论
基于前后台分系统的设计思想，系统分别采用Windows Forms平台和ASP.NET平台进行软件设计，合理规划系统的分工，将系统负荷分配到前台系统和后台系统，充分发挥C/S和B/S两种架构的优势。实际测试表明，系统能够可靠、准确地接收数据，并成功地对数据进行解析与存储，还提供灵活的人机交互功能，达到了设计要求。
参考文献
[1] 高宗伟．磷酸铁锂电池管理系统软件设计[D]．重庆：重庆大学，2014.
[2] 陈宝民．电动汽车电池管理系统设计[D]．秦皇岛：燕山大学，2014.
[3] 陈立文．电动汽车锂离子电池管理系统研究与设计[D]．成都：电子科技大学，2013.
[4] 陈俊斌．C/S与B/S结合的软件体系结构[J]．电子技术与软件工程，2015（3）：68-69.
[5] YANG W， JING L V. Design and development of university personnel office information system based on C/S and B/S[J]. Agriculture Network Information， 2012（4）：121-124.
[6] 汪前进，高勇，李存华．基于多核处理器的多任务并行处理技术研究[J]．计算机应用与软件，2012，29（7）：141-143.
[7] 罗海涛．ASP.NET Web应用程序基本架构[J]．电脑知识与技术，2014（8）：5225-5228．
[8] Li Xiangyang， Wu Congcong， Lu Xiaoping， et al. Design and implementation of geological information management system based on B/S[J]. Geomatics & Spatial Information Technology， 2013， 36（8）：23-25.