基于JAVA的鋰電池在線監測系統的研究

梁紅(中國環境管理干部學院，河北秦皇島066000)

基于JAVA的鋰電池在線監測系統的研究

梁紅
(中國環境管理干部學院，河北秦皇島066000)

隨著鋰離子電池應用的不斷擴展，鋰離子在線監測管理系統成為了保障鋰離子電池安全工作的必要手段。設計了一種運行穩定、精確度高的新型鋰離子電池在線監測系統。該系統由數據采集與控制模塊、數據處理模塊、上位機軟件組成。數據采集與控制模塊利用傳感器與繼電器為外圍部件，完成鋰離子電池運行參數的采集及控制命令的執行；數據處理模塊完成以TM320LF2407DSP處理器為核心的數據處理過程，可以采用浮點數據的快速運算，提高了系統的運算速度；上位機軟件以JAVA為編程語言，以Eclipse為開發環境，實現了下位機系統的數據顯示處理與控制命令的下達等功能。

鋰離子電池；在線監測；DSP；Java

鋰離子電池以其容量高、比能量高、體積小、質量輕等優勢得到了廣泛的應用，但是鋰離子電池在使用過程中所存在的安全問題也成為鋰離子電池進一步發展的重大障礙，因此加強對鋰離子電池組的在線監測成為了研究的重點。

1 鋰離子電池監測系統總體設計

鋰電池的在線監測早在上世紀90年代就得到了一定的應用。最初的電池監測過程利用單片機來實現，功能單一、精度低、自動化程度不高是這一代電池監測系統的通病。隨著電力電子技術的發展，個性化高、可靠性強、操作簡單方便的電池監測系統成為市場急需的產品。

鋰電池的監控主要是對鋰離子電池的工作特性進行采集、對其工作狀態進行判斷。而這些工作特性主要有：充放電特性、功率特性、電阻特性、電池循環特性、溫度特性、安全性特等[1]。這些特性參數直接影響到電池的工作狀態，甚至會導致電池失效。鋰電池的性能衰退及功能失效的原因是多方面的，主要的內因有：電池活性材料老化、電解液損耗、隔膜老化等；外因有環境溫濕度、充放電機制、使用過程等，尤其是充放電特性，對鋰電池的使用效果及壽命有極大的影響。一個良好的充電過程是多個階段的組合，具體過程如圖1所示[1]。

良好的充電過程是鋰離子電池效能的保證。而對于鋰離子電池而言，良好的放電特性也是必不可少的環節。一般在監測過程中，鋰離子電池的放電速度不能高于0.5C，最大連續放電速率不能超過1.5C，電壓低于2.7 V時應終止放電[2]。

這些指標都將體現在電池的監控系統中，一個完整的電池監測應包括溫度監測、浮充電壓、放電電流、內阻、接線短路與開路狀態等部分，具體結構如圖2所示。

圖2　監控系統整體結構

從圖2中可知，該監控系統以TMS320LF2407DSP為計算和控制核心，以各種傳感器和其他監控儀器為數據采集設備。之所以會選擇TMS320LF2407DSP，是因為它具有高性能的C2XLP內核，采用改進的哈佛結構，四級流水線操作，浮點運算能力強，而且內部集成了豐富的外圍部件，具有運算速度快、控制實時強的優點。系統的通信接口采用CAN總線形式，上位機通過TMS320LF2407DSP來控制電池組的充放電過程和其他操作，以保證電池工作的安全性。

2 上位機設計

系統的上位機開發使用的編程語言是Java。Java是一個純語言，擁有面向對象繼承、多態、封裝、抽象四個基本特性。而Sun公司對Java編程語言的解釋是：簡單、面向對象、分布式、解釋性、健壯、安全與系統無關、可移植、高性能、多線程和動態的語言。這一系列的特點使Java成為應用最為廣泛的編程語言之一。

本設計中所使用的開發環境是Eclipse。系統從用戶的角度出發，盡可能在不影響功能實現的情況下降低操作難度，使普通用戶也可以方便地進行操作。此外，對系統中所產生的任何異常都進行了充分的考慮，以任何異常都進行處理為原則，進行合理的處理，以提升軟件的友好性和交互性。

在該上位機系統中，主要實現了六個模塊，分別為鋰電池參數的管理模塊、用戶登錄及權限管理模塊、設備運行狀態的實時顯示及報警模塊、數據分析及決策模塊、集中控制及報表輸出模塊。其中，系統設備運行狀態的實時顯示及報警模塊的程序流程如圖3所示。

圖3　設備運行狀態的實時顯示及報警模塊的程序流程

在上位機程序中有兩處由為重要。一處為串口程序，串口程序的設計上，將串口獨立設計為一個類。包擴三種方法：獲取串口，向串口寫數據，向串口讀數據。實現該功能需要引用一個額外的Java包：RXTXcomm.jar，該jar包由開源社區提供，實現了基本的串口通信功能。

獲取串口方法如下：首先將所有的串口保存在一個枚舉對象中，然后判斷枚舉是否為空，不為空則取出枚舉對象中下標為1的串口對象，轉換為SerialPort對象后返回。

寫數據利用輸出流的方式來實現，將數據通過輸出流輸出到下位機，實現與下位機之間的通信，具體程序如下。

//程序往端口寫出一個字符串數據

讀數據利用輸入流實現，具體程序如下所示。

//程序往端口讀取一個字符串數據

3 總結

本設計以TMS320LF2407DSP為核心，構建了鋰離子電池參數在線監測系統，給出了總體方案及硬件的基本選型，并利用Java開發了上位機系統。該系統具有應用靈活、實時性強的優點。如果利用Java再開發出相應的APP程序，將具有更大的市場應用價值。

[1] 方小斌.鋰離子電池在線監測系統的研究與設計[D]．哈爾濱：哈爾濱理工大學，2008：17-19.

[2]KOGGALAGE R.Review of impedance measurements for determination of the state-of-charge or state-of-health of secondary batteries [J].J Power Sources,1998,12(70):56-59.

Research of lithium battery online monitoring system based on JAVA

LIANG Hong
(China Environmental Management Cadre College,Qinhuangdao Hebei 066000,China)

As expanding the lithium ion battery application,lithium ion on-line monitoring management system was a necessary means to ensure the safety of lithium ion batteries work.A kind of stable operation and high precision of the new type lithium ion battery online monitoring system was designed.The system was made up of data acquisition and control module,data processing module,upper machine software.Sensor and relay were used by data acquisition and control module for peripheral,then the lithium ion battery operation parameter'sacquisition and control command execution was completed.Data processing module was TM320LF2407DSP processor as the core of data processing and fast operation of floating point data,and could be used to improve the operation speed of the system. PC software based on JAVA programming language,and the Eclipse development environment,had realized the hypogyny machine system according to the processing and control commands issued,and other functions.

lithium ion battery;on-line monitoring;DSP;Java

TM 912

A

1002-087 X(2016)01-0075-02

2015-06-12

梁紅(1979—)，女，吉林省人，講師，工學碩士，主要研究方向為計算機技術。