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摘要：依靠車聯網（GB／T32960）遠程監控管理電池，還存在著一些不足。因此研發獨立的BMS云就是必要的。系統邏輯架構分為三層。云端服務器體系為典型的C／S的分布式結構。解決方案選擇大量使用開源的中間件來做二次開發。

關鍵詞：獨立的BMS云服務;低成本高效率研發

新能源汽車的動力電池管理系統稱為BMS，BMS的云服務指的是把管理系統通過互聯網延伸到指定的車外遠程監控管理中心。《國家車聯網產業標準體系》中指出：“智能網聯汽車是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置，并融合現代通信與網絡技術，實現車與X（人、車、路、云端等）智能信息交換、共享，具備復雜環境感知、智能決策、協同控制等功能，可實現“安全、高效、舒適、節能”行駛，并最終可實現替代人來操作的新一代汽車。”可見由于車聯網是以車為中心的，車載信息離開了車則信息就中斷了。依靠車聯網（GB／T32960）遠程監控管理電池，還存在著其他的一些不足：①BMS管理的從電芯到電池包的信息數據量巨大，滿足國標車聯網的設備帶寬不足以支撐這部分數據的實時傳輸和反應；②由于動力電池是化學能變成電能的轉化設備，并不因為離開車就會處于完全靜止狀態，而且某些工作是在車外進行，離開車的電池也需要監控；③單獨對電池包的電量進行計量，目前也沒有納入車聯網。因此研發獨立的BMS云就成為有必要的。國內的新能源汽車相關產業，如BMS產品廠家，也都有這BMS云方面的研發，但是目前尚無獨立的不完全依賴于車聯網的產品。

1BMS云的價值

電池狀態信息透明：電池是車中最關鍵的部件，車企通過BMS云得以跟蹤所有動力系統的實際工況，更好地監控電池的工作狀態。用戶也可以通過移動端等方式了解電池的狀態。動態更新電池配置：用戶可以獲得更針對自己動力電池的BMS配置。動力電池是化學能變成電能的轉化設備，可能會存在某些不確定因素，因此有可能要進行某些小的修正，車企通過BMS云得以對動力系統進行實時修補和改良。電池使用方案優化：可以對電池的用途和容量進行管理，給予用戶更準確的續航里程，推薦充電位置等信息；為用戶提供應急容量或帳篷模式等使用方式。管理換電式的工作方式的電池。技術持續改進：長期的數據積累對電池系統的改進至關重要。借助更豐富的數據來源進行大數據分析，為今后的新能源電池及管理的開發提供參考數據。OTA方式升級系統。

2BMS云的架構

2．1應用層

處于邏輯構架的最上層，由用戶API模塊、統計數據面板模塊和BMS配置升級模塊組成。其中用戶API模塊，是提供給用戶在移動端下載的訪問接口，用戶通過互聯網訪問云端監控中心的BMS遠程控制軟件，實時了解與被監控電池相關的、授權范圍內各種信息，實現電池故障預測、電池生命周期預估、用電量計量等功能。統計數據面板模塊，是提供云端監控中心的服務器前端，把被監控電池狀態的信息結果可視化，根據統計數據分析形成的各種統計曲線、表格和圖形等有效的實時電池信息及預警信息，實時的在監控中心人機交互和顯示。所統計的數據覆蓋到所有被監控范圍的BMS產品，同時在線臺數可達到百萬數量級以上。BMS配置升級模塊，是提供部署新版本BMS升級的通道，當BMS軟件版本升級時，不需要到4S店刷新，而且可以在不停車的狀態下遠程同步動態升級。還可以用于OTA功能下載和更新軟件。

2．2數據應用層

處于邏輯構架的中層，包括數據分析和自動化配置兩個模塊，其中數據分析模塊，是本系統的核心模塊，是針對收集到的所有被監控的BMS端上傳的電池狀態數據，對其進行統計和分析，既有對單臺BMS的分析，也有對全數據進行分析，統計特征量，清理和規范化，提供對用戶API、對自動化配置、對統計數據面板等應用場景的支持。自動化配置模塊，是根據統計結果自動化產生BMS優化配置，如行車狀態、充電狀態、換電狀態等，在權限控制下部署到電池BMS或車端。

2．3基礎數據層

最底層的數據層，由電池BMS端采集電芯和電池包的數據，進行數據清洗后，經互聯網發送，傳送至云端監控中心，建立長期的、獨立的BMS信息數據庫。云端監控中心向BMS端推送數據，實現BMS配置熱切換，版本升級等遠程功能。從BMS端到云服務端的上、下行信號通路，可獨立建立或繼承車輛的Telemetry通道。

3BMS云的技術方案

云端服務器體系為典型的C／S的分布式結構，分為前端、客戶端和后端。為了節省研發開支，提高開發和項目完工的效率，解決方案選擇大量的使用開源的中間件來做二次開發。本文對中間件的功能描述均來自開源中國社區https:／／www．oschi-na．net／，圖2中的小圖標是各個中間件的標識。

3．1操作系統

操作系統中目前最大量使用的是Windous和Linux。選用Linux，除了開源、免費之外，具有UNIX基因的強大的網絡功能和開放的平臺性，運行安全、對內存和文件的管理能力強、占用內存小、命令行操作高效等優勢，也是選擇的考量因素。而編程語言的選擇，考慮本系統的交互性特點，使用較之其他語言，簡單性、安全性、動態性和跨平臺性特點明顯的JavaScript。

3．2數據庫

云端擁有一個功能強大的核心數據庫，用來存儲數據并參與統計運算。必須能夠提供性能與數據穩定性之間的精細調控。RethinkDB數據庫，針對實時應用進行優化。它的特點是能夠處理一些要求快速的服務啟動，在數據量超出內存大小后還能保持較高的性能，處理各種不穩定的讀寫壓力，處理大量數據等的服務負載。數據庫選用RethinkDB，可以在不大規模提高現有的硬件條件下，提供更好的實時應用負載能力。

3．3服務器

后端軟件位于云服務的核心位置，其性能的優劣決定了整個系統運行的使用體驗。最重要的是必須在技術上可靠、快速和可擴展。DeepStream是一個強大的消息隊列，可以在瀏覽器、智能手機、后端和物聯網之間同步實時數據。本系統選用DeepStream，并以DeepStream為樞紐，驅動百萬級的數據同步和消息傳遞。DeepStream提供了多種語言的API，使得BMS云的應用層開發變得更加容易。可直接在瀏覽器使用的JavaScript包可以為監控大屏幕提供支持。

3．4服務器

電池BMS采樣數據通過反向服務器進入Deep-Stream，再到達數據庫RethinkDB。這樣的設計可以保證系統的不間斷運轉。要選用一款占用內存少，并發能力強的反向服務器，Nginx是比較好的選擇。Nginx是一款輕量級的Web服務器／反向服務器及電子郵件（IMAP／POP3）服務器，并在一個BSD－like協議下發行。國內多家門戶網站都在使用。因此本系統也選用Nginx來實現服務器。RethinkD＋Nginx＋DeepStream組合開發，實現了基礎數據層。而支撐數據應用層開發平臺的則是由RethinkDB＋Node．JS組成。

3．5應用程序運行環境

各種功能的應用程序，都要有一個開發和運行的平臺，本系統所選用的開發語言是JS，因此選用了基于ChromeV8引擎的JavaScript運行環境Node．js。它使用了一個事件驅動、非阻塞式I／O的模型，使其輕量又高效。Node．js的包管理器npm，是全球最大的開源庫生態系統，能夠很方便地使用JavaScript開發出各種對數據的統計應用功能。

3．6數據查詢和服務

云服務的應用中，最基本的功能是提供對任意的BMS屬性進行查詢。由Facebook開發、用于API的查詢語言的GraphQL成為最佳選擇。GraphQL每天都為Fackbook接收、處理著上百億的請求，為Fackbook提供了強大的基礎數據平臺的支持。它既是一種用于API的查詢語言，也是一個滿足數據查詢的運行服務。它使得云服務中的應用可以使用統一的規范準確地獲得它需要的數據，而且沒有任何冗余。

3．7其他應用服務程序

BMS云服務提供的前端和客戶端的應用的界面程序，也可以找到開源的中間件進行二次開發，使的開發的過程簡單又快速且可靠。可視化方面中間件選用庫D3．js，響應式前端的框架選擇Vue．js。D3．js是一個JavaScript的函數庫，用它來做數據可視化。它可幫助使用HTML、SVG和CSS將數據變為現實。Vue．js是一套構建用戶界面的漸進式框架。它采用自底向上增量開發的設計。它的核心庫只關注視圖層，非常容易與其它庫或已有項目整合。將來也很容易將網頁應用轉換為手機應用。

4結束語

這是一個架構簡單，功能豐富的輕量級BMS云端服務系統，具有很強的負荷能力，很好的可擴展性。可用于實時監控萬級以上的BMS設備。同時可滿足部分實時數據分析的需求，快速查詢特征量并及時作出反饋。達到系統的設計目標：實時了解電池狀態、動態配置電池、優化電池使用方案、通過數據挖掘改進電池及管理技術。未來通過在DeepStream數據管道上加入更多的模塊可實現更為復雜的業務需求，并保證升級的平滑性。當用戶數量增加時，也可以通過增加DeepStream節點實現更大的同時連接數量。

作者:張騁 單位:浙江吉利汽車研究院