动力锂电池智能检测云平台的设计与实现

李学广

（中国电子科技集团公司第二十二研究所，河南 新乡 453000）

0 引 言

2020年5月22 日，《2020年国务院政府工作报告》提出，重点支持“两新一重”建设，即新型基础设施建设，新型城镇化建设，交通、水利等重大工程建设。其中新型基础建设（以下简称“新基建”）包括5G建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车、大数据中心、人工智能以及工业互联网7大领域。

新能源汽车的快速发展促进了动力锂电池领域的飞速发展，保证动力锂电池的安全和合格是电池测试领域的重中之重。当前采用的动力锂电池测试依然是每个电脑管理员负责一台电脑，并且在动力锂电池测试过程中需要一直有人值守，以保障其安全。同时，当前的动力锂电池测试还是采用传统的CS架构，每一台电脑的测试数据只保存在当前电脑中，每个批次的整体综合性能却无法估算出来，这就带来了数据孤岛问题，导致无法从中获得整个批次的电池特性。此外，由于数据孤岛的存在并且采用的是CS架构[1]，导致中层以上管理人员无法远程观测监控动力锂电池状态[2]。因此，设计开发一种动力锂电池智能检测云平台显得十分必要。

新能源行业与大数据方向的结合，也将迎来新能源行业的重新构建，新能源和大数据将会成为新的发展趋势。

1 平台框架设计

1.1 平台网络结构

动力锂电池智能检测云平台主要工作在云端，基于B/S架构，每个节点都分布在网络上。这些网络节点分为浏览器端、服务器端以及中间件，通过它们之间的连接和交互来完成系统的功能任务。在实际应用中，根据实际物理网络进行不同物理划分，平台网络结构如图1所示。

图1 平台网络结构

1.2 平台逻辑结构

动力锂电池智能检测云平台的架构拟通过前后端分离的框架模型，使得前端和后端可以分别开发与维护[3]。系统功能设计使用MVC分层框架模式，表现层使用Vue+AntDesign架构可以实现Web页面的访问自适应，适配各种不同终端的访问。系统分层设计可以增加代码的重用率，减少数据和应用的耦合度，增加系统的可维护性、可扩展性以及灵活性。电池智能检测云平台设计拟采用多层设计模式，逻辑结构如图2所示。

图2 系统逻辑结构

其中，Web层接收用户页面请求，根据请求从业务逻辑层获取数据，处理并封装数据，返回给前端。业务逻辑层接收Web层的调用，为Web层提供数据服务。数据访问层封装对数据库和系统文件数据的访问，为上层提供统一的访问接口[4]。存储层存放数据库和用户文件。

1.3 主要功能

动力锂电池智能检测云平台的主要功能包括智慧大屏展示、状态监控、实时报警推送、远程测试、用户权限管理、单位管理、设备管理以及日志维护等，具体如图3所示。

图3 平台主要功能

2 模块划分与设计

2.1 TCP Server多端通信服务器

该部分主要负责与多类型（BMS、PACK、下位机、上位机等）和多数量（每种类型数量不确定）的硬件终端设备进行数据与信息通信，将关键数据进行存储、分析以及多端展示分发。本设计使用开源框架Netty4.0作为通信服务器[5]。

2.2 Web服务器

该部分负责平台运营管理、用户管理、设备管理、用户权限管理、报警信息推送、信息数据存储、数据处理与分析以及信息安全管理，后端的开发主要使用Java语言[6]。本设计中基础框架采用的是Spring Boot，中间件有Spring和Spring Boot两种，持久层框架采用的是Mybatis-plus，安全框架采用的是Apache Shiro与Jwt，数据库连接池选用的是阿里巴巴Druid，缓存框架主要采用Redis，日志打印功能主要由logback完成，编程语言使用Java。

2.3 PC客户端

该部分包括电脑端的网络通信、界面设计、用户登录、关键数据与信息显示、报警状态展示以及智慧大屏界面展示等[7]。这些功能是客户在使用动力锂电池测试设备所必须具有的功能，主要使用TCP/IP协议栈。PC客户端既要与下位机通信，做数据的解析和存储，还要做UI界面的刷新，所以PC客户端不可避免地要使用多线程技术来保证各个模块的正常运行[8]

2.4 Browser浏览器端

该部分是通过浏览器端与Web服务器连接，浏览器端具有网络通信、UI设计、展示设备信息、通道信息、关键数据与信息显示、状态报警以及实时监控等功能[9]。浏览器端中JS框架使用的是Vue和Vuex，前端路由使用的技术是Vue Router，前端通信框架选用Axios技术，UI框架采用的是当下非常流行的ant-design-vue，打包工具采用webpack与yarn技术，脚手架使用vue/cli 3.2.1版本。

2.5 前后端接口设计

服务器端与浏览器前端采用JSON格式进行数据传输通信[10]。由于是前后端分离，因此采用Token令牌环作为信任机制的约定，默认有效时长为30 min，30 min后Token失效。其中最重要的是前后端接口的定义与设计。

3 平台应用

本平台已经完成了开发和测试，部署到云服务器中，正处于客户试用阶段。图4和图5为登录页面和登录后的首页界面。

图4 登录页面

图5 云平台首页

4 结 论

动力锂电池智能检测云平台的成功研发能够节省客户厂区生产车间的人力成本，并且也不再需要设备管理员轮流看守动力锂电池测试设备的运行。同时，由于本平台采用的是B/S架构，因此客户可以远程进行监控分析。更重要的是，本平台具有大数据统计分析功能，可以对同一批次电池进行纵向深度挖掘，有助于电池性能的提升。通过本次动力锂电池检测云平台的设计开发与试用，使得动力锂电池领域增加了云服务和大数据两大方向的助力，极大地促进了动力锂电池领域的极速发展。