動力鋰電池智能檢測云平臺的設計與實現

李學廣

（中國電子科技集團公司第二十二研究所，河南 新鄉 453000）

0 引 言

2020年5月22 日，《2020年國務院政府工作報告》提出，重點支持“兩新一重”建設，即新型基礎設施建設，新型城鎮化建設，交通、水利等重大工程建設。其中新型基礎建設（以下簡稱“新基建”）包括5G建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車、大數據中心、人工智能以及工業互聯網7大領域。

新能源汽車的快速發展促進了動力鋰電池領域的飛速發展，保證動力鋰電池的安全和合格是電池測試領域的重中之重。當前采用的動力鋰電池測試依然是每個電腦管理員負責一臺電腦，并且在動力鋰電池測試過程中需要一直有人值守，以保障其安全。同時，當前的動力鋰電池測試還是采用傳統的CS架構，每一臺電腦的測試數據只保存在當前電腦中，每個批次的整體綜合性能卻無法估算出來，這就帶來了數據孤島問題，導致無法從中獲得整個批次的電池特性。此外，由于數據孤島的存在并且采用的是CS架構[1]，導致中層以上管理人員無法遠程觀測監控動力鋰電池狀態[2]。因此，設計開發一種動力鋰電池智能檢測云平臺顯得十分必要。

新能源行業與大數據方向的結合，也將迎來新能源行業的重新構建，新能源和大數據將會成為新的發展趨勢。

1 平臺框架設計

1.1 平臺網絡結構

動力鋰電池智能檢測云平臺主要工作在云端，基于B/S架構，每個節點都分布在網絡上。這些網絡節點分為瀏覽器端、服務器端以及中間件，通過它們之間的連接和交互來完成系統的功能任務。在實際應用中，根據實際物理網絡進行不同物理劃分，平臺網絡結構如圖1所示。

圖1 平臺網絡結構

1.2 平臺邏輯結構

動力鋰電池智能檢測云平臺的架構擬通過前后端分離的框架模型，使得前端和后端可以分別開發與維護[3]。系統功能設計使用MVC分層框架模式，表現層使用Vue+AntDesign架構可以實現Web頁面的訪問自適應，適配各種不同終端的訪問。系統分層設計可以增加代碼的重用率，減少數據和應用的耦合度，增加系統的可維護性、可擴展性以及靈活性。電池智能檢測云平臺設計擬采用多層設計模式，邏輯結構如圖2所示。

圖2 系統邏輯結構

其中，Web層接收用戶頁面請求，根據請求從業務邏輯層獲取數據，處理并封裝數據，返回給前端。業務邏輯層接收Web層的調用，為Web層提供數據服務。數據訪問層封裝對數據庫和系統文件數據的訪問，為上層提供統一的訪問接口[4]。存儲層存放數據庫和用戶文件。

1.3 主要功能

動力鋰電池智能檢測云平臺的主要功能包括智慧大屏展示、狀態監控、實時報警推送、遠程測試、用戶權限管理、單位管理、設備管理以及日志維護等，具體如圖3所示。

圖3 平臺主要功能

2 模塊劃分與設計

2.1 TCP Server多端通信服務器

該部分主要負責與多類型（BMS、PACK、下位機、上位機等）和多數量（每種類型數量不確定）的硬件終端設備進行數據與信息通信，將關鍵數據進行存儲、分析以及多端展示分發。本設計使用開源框架Netty4.0作為通信服務器[5]。

2.2 Web服務器

該部分負責平臺運營管理、用戶管理、設備管理、用戶權限管理、報警信息推送、信息數據存儲、數據處理與分析以及信息安全管理，后端的開發主要使用Java語言[6]。本設計中基礎框架采用的是Spring Boot，中間件有Spring和Spring Boot兩種，持久層框架采用的是Mybatis-plus，安全框架采用的是Apache Shiro與Jwt，數據庫連接池選用的是阿里巴巴Druid，緩存框架主要采用Redis，日志打印功能主要由logback完成，編程語言使用Java。

2.3 PC客戶端

該部分包括電腦端的網絡通信、界面設計、用戶登錄、關鍵數據與信息顯示、報警狀態展示以及智慧大屏界面展示等[7]。這些功能是客戶在使用動力鋰電池測試設備所必須具有的功能，主要使用TCP/IP協議棧。PC客戶端既要與下位機通信，做數據的解析和存儲，還要做UI界面的刷新，所以PC客戶端不可避免地要使用多線程技術來保證各個模塊的正常運行[8]

2.4 Browser瀏覽器端

該部分是通過瀏覽器端與Web服務器連接，瀏覽器端具有網絡通信、UI設計、展示設備信息、通道信息、關鍵數據與信息顯示、狀態報警以及實時監控等功能[9]。瀏覽器端中JS框架使用的是Vue和Vuex，前端路由使用的技術是Vue Router，前端通信框架選用Axios技術，UI框架采用的是當下非常流行的ant-design-vue，打包工具采用webpack與yarn技術，腳手架使用vue/cli 3.2.1版本。

2.5 前后端接口設計

服務器端與瀏覽器前端采用JSON格式進行數據傳輸通信[10]。由于是前后端分離，因此采用Token令牌環作為信任機制的約定，默認有效時長為30 min，30 min后Token失效。其中最重要的是前后端接口的定義與設計。

3 平臺應用

本平臺已經完成了開發和測試，部署到云服務器中，正處于客戶試用階段。圖4和圖5為登錄頁面和登錄后的首頁界面。

圖4 登錄頁面

圖5 云平臺首頁

4 結 論

動力鋰電池智能檢測云平臺的成功研發能夠節省客戶廠區生產車間的人力成本，并且也不再需要設備管理員輪流看守動力鋰電池測試設備的運行。同時，由于本平臺采用的是B/S架構，因此客戶可以遠程進行監控分析。更重要的是，本平臺具有大數據統計分析功能，可以對同一批次電池進行縱向深度挖掘，有助于電池性能的提升。通過本次動力鋰電池檢測云平臺的設計開發與試用，使得動力鋰電池領域增加了云服務和大數據兩大方向的助力，極大地促進了動力鋰電池領域的極速發展。