机场电动车辆动力系统的健康监测系统的制作方法

1.本实用新型属于机场运行保障技术领域，具体而言，本实用新型提供了一种机场电动车辆动力系统的健康监测系统。


背景技术：

2.机场电动车辆是机场运行的重要保障设备，其锂电池动力系统(或称机场电动车辆动力系统)的健康状况直接关系到机场安全运行水平。
3.现有技术中的电动车辆动力系统健康监测系统主要针对的是普通社会车辆，而机场电动车辆与普通社会车辆在运行环境和车辆结构特征方面区别很大，例如：机场电动车辆在机坪作业，机坪具有无遮挡、大面积硬化道面，在高温、强光照情况下，地面温度远高于普通社会道路等特点；同时，部分机场电动车辆电池动力系统的电池包安装在车辆顶部，光照对电池包温度影响很大。由于前述因素在车辆实际运行中未予以充分考虑，所以目前的电动车辆动力系统健康监测系统若应用于机场电动车辆的健康监测，会使得健康状况不准确，影响机场电动车辆的正常使用。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种机场电动车辆动力系统的健康监测系统，其方案如下：
5.一种机场电动车辆动力系统的健康监测系统，所述健康监测系统包括：车载数据采集终端、微气象站、数据传输网络和云数据平台；所述车载数据采集终端与所述机场电动车辆动力系统连接，采集所述机场电动车辆动力系统的动力电池包信息；所述微气象站设置于机场电动车辆的运行环境中，采集所述运行环境的气象要素；所述云数据平台分别通过所述数据传输网络与所述车载数据采集终端和所述微气象站连接，还与用户监控终端连接；其中，所述气象要素包括：温度；或温度、风速和/或光照。
6.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述微气象站包括：本体和气象要素采集单元；所述本体具有：底座、支架和安装板，所述支架设置于所述底座上，所述支架的顶端安装有所述气象要素采集单元，所述安装板与所述底座连接，安装于所述机场电动车辆的运行环境中的机坪地面；所述气象要素采集单元，与所述云数据平台通过所述数据传输网络连接。
7.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述安装板包括：相对间隔设置的第一支板和第二支板，所述第一支板和所述第二支板均具有：第一l 板和第二l板，所述第一l板的竖直部位于所述第二l板的竖直部的内侧，并可拆卸连接，所述第一l板的水平部位于所述第一l板的竖直部的外侧，并与机坪地面可拆卸连接，所述第二l板的水平部位于所述第二l板的竖直板的内侧，并与所述底座可拆卸连接。
8.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述第二l板的水平部与所述底座通过焊接连接，沿所述第二l板的水平部的长度方向间隔设置多个焊点。
9.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述车载数据采集终端包括：壳体、采集端口和第一通信模块；所述壳体安装于所述机场电动车辆上，设置有所述采集端口和所述第一通信模块，所述采集端口与所述机场电动车辆动力系统的电池管理系统连接，所述第一通信模块与所述云数据平台通过所述数据传输网络连接。
10.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述数据传输网络为移动通信网络；所述车载数据采集终端采用can总线与所述机场电动车辆动力系统的整车控制器can总线连接。
11.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述车载数据采集终端和所述微气象站在通过所述数据传输网络与所述云数据平台连接时，均通过m2m 物联网协议连接。
12.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述采集端口还与卫星定位模块连接，所述卫星定位模块安装在所述机场电动车辆上。
13.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述云数据平台包括运行监测子平台和健康预警子平台；所述运行监测子平台包括可视化终端，所述可视化终端分别与所述车载数据采集终端和所述微气象站通过所述数据传输网络连接，以可视化方式监测运行；所述健康预警子平台与所述可视化终端连接，还与用户监控终端连接，以发送所述动力电池包的健康状况。
14.如上所述的健康监测系统，进一步优选为，所述云数据平台还包括：存储器，与所述可视化终端连接。
15.分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：
16.本实用新型的云数据平台分别与车载数据采集终端和微气象站通过数据传输网络连接，可以实时监控、可视化显示，以便于实时掌握动力电池包的健康状态。同时，通过设置微气象站并采集机动电动车辆的运行环境的气象要素，使云数据平台通过数据传输网络分别与车载数据采集终端和微气象站连接，实现了不同运行环境下对动力电池包的健康预测，提高了动力电池包的健康监测水平，对于防范由于动力电池包的健康水平下降带来的热失控隐患具有重要价值。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例提供的一种机场电动车辆动力系统的健康监测系统的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的输出电压随时间(单位：秒)变化示意图；
19.图3为本实用新型实施例提供的输出电流随时间(单位：秒)变化的示意图；
20.图中符号说明如下：
21.1车载数据采集终端、2微气象站、3数据传输网络、4云数据平台、5 机场电动车辆动力系统、51电机、52电机控制器、53整车控制器、54电池管理系统、6用户监控终端。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.通常机场电动车辆动力系统由动力电池包、电机控制器52、电机51、整车控制器(vcu，vehicle control unit)53组成。整车控制器53作为机场电动车辆的中央控制单元，分别与电机控制器52和动力电池包连接，用于采集数据以保证机场电动车辆的正常稳定的工作。电机控制器52与电机51连接，用于控制电机51的运转，电机51与机场电动车辆的车轮连接，用于驱动车轮转动。动力电池包包括：锂电池单元和电池管理系统(bms，batterymanagement system)54。电池管理系统54与整车控制器53连接，还与锂电池单元连接，用于控制锂电池单元的正常运行，可以采集到动力电池包信息。
24.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种机场电动车辆动力系统的健康监测系统，其包括：车载数据采集终端1、微气象站2、数据传输网络3 和云数据平台4。
25.车载数据采集终端1与机场电动车辆动力系统连接，用于采集机场电动车辆动力系统的动力电池包信息，该信息包括但不限于：锂电池单元(或称动力电池包)的输出电流与输出电压、充满电后的起始放电时间与终止放电时间、充满电后的起始电压与放电终止电压、已执行充放电循环次数等。车载数据采集终端1还采集电机控制器数据、电机数据以及整车控制器故障代码。应用时，车载数据采集终端1可以采用can总线与整车控制器can总线连接以实时采集与整车控制器53连接的电池管理系统54中的数据。微气象站2设置于机场电动车辆的运行环境中，用于采集运行环境的气象要素，其相对机场气象站更准确地部署于机场电动车辆的运行环境中，能采集到与机场电动车辆运行相关的密切气象数据。由于机场电动车辆的运行环境通常为无遮挡、具有大面积硬化路面，在高温情况下，机坪地面温度较高，所以气象要素至少要包括：温度。为了有效监测温度，温度传感器高度低于1.2m，如0.9m、1m、1.1m、1.2m。光照较强时，也会促使机坪地面温度较高。有时，部分机场电动车辆动力系统的动力电池包安装在车辆顶部，光照对动力电池包的温度影响很大，所以气象要素还可以包括光照。由于机场电动车辆的运行环境通常为无遮挡，风速较大时，也会对动力电池包的温度产生影响，所以气象要素还可以包括风速，在其他的实施例中，气象要素还可以包括：气压等。微气象站2通过采集外部环境温度和光照数据，并将温度和光照数据发送至云数据平台4，数据发送通信协议可以为mqtt(message queuingtelemetry transport，消息队列遥测传输协议)。发送数据的间隔可以为180s 一次的间隔。数据传输网络3用于提供通信连接，其可以为移动通信网络，如4g或5g。云数据平台4分别与车载数据采集终端1和微气象站2通过数据传输网络3连接，可以实时监控、可视化显示，以便于实时掌握动力电池包的健康状态。
26.通过在机场电动车辆的运行环境中设置微气象站2并采集机场电动车辆的运行环境的气象要素，使云数据平台4通过数据传输网络3分别与车载数据采集终端1和微气象站2连接，实现了不同运行环境下对动力电池包的健康预测，提高了动力电池包的健康监测水平，对于防范由于动力电池包的健康水平下降带来的热失控隐患具有重要价值。
27.由于机坪属于特殊的运行地面，为了使微气象站符合机场要求，微气象站包括：本体和气象要素采集单元。本体包括底座、支架和安装板。底座用于提供支撑。支架设置于底座上，其顶端设置气象要素采集单元。支架优选为空心管状。支架的材料优选为脆性材料，如碳纤维管。安装板与底座连接，用于安装于机场电动车辆的运行环境中的机坪地面，从而使微气象站稳定地设置在机坪地面上。为了使微气象站在受到飞机碰撞后，易发生弯折。安
装板包括相对间隔设置的第一支板和第二支板，各支板均具有：第一l板和第二l板。第一l板的竖直部位于第二l板的竖直部的内侧，并可拆卸连接，如螺栓连接，第一l板的水平部位于第一l板的竖直部的外侧，其与机坪地面可拆卸连接，如螺栓连接，第二l板的水平部位于第二l板的竖直板的内侧，其与底座可拆卸连接，如螺栓连接，此时，底座架设在两个支板的第二 l板的水平部上，还可以进一步地与第一l板的竖直板抵接，如此使得安装板为分体结构，第一l板和第二l板连接成z型，提高稳定支撑的同时易受力发生弯折。安装板还可以包括：相对设置的第三支板和第四支板，第三支板、第一支板、第四支板和第二支板合围成环形。第三支板和第四支板均呈 l型，该支板的竖直部与机坪地面抵接，该支板的水平部位于第二l板的水平部下方，并与底座可拆卸连接，如螺栓连接，进而使得底座与第三支板和第四支板之间有间隔，从而进一步提高了稳定支撑，还易受力发生弯折。需要说明的是，螺栓连接时，螺栓孔的数量可以为两个，分别设置在相应部件的两端，如长度方向上的两端。第二l板的水平部还可以与底座通过焊接连接，沿第二l板的水平部的长度方向间隔设置多个焊点，即焊点不连续，如此能提高第二l板与底座的连接强度，还能在受到飞机外力作用下易折弯。焊点的数量可以为三个，例如：第二l板的水平部长度方向的两端分别设置一个，中间设置一个。车载数据采集终端1包括：壳体、采集端口和第一通信模块。壳体安装于机场电动车辆上，设置有采集端口和第一通信模块，采集端口与机场电动车辆动力系统的电池管理系统54连接，第一通信模块与云数据平台4通过数据传输网络连接，如此利于车载数据采集终端1高效、准确的采集相关数据。采集端口采集的动力电池包信息包括：动力电池包输出电流，动力电池包输出电压，机场电动车辆动力系统工作时间，起始放电时间，终止放电时间，动力电池包充满电后起始电压，动力电池包充满电后放电终止电压。数据传输网络3为4g或5g时，相应地，第一通信模块为4g 通信模块或5g通信模块。
28.为了便于对车载数据采集终端1进行灵活配置，第一通信模块和第二通信模块在通过数据传输网络3连接时，均通过m2m(machine
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to
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machine/man) 物联网协议(m2m网关)相连。其中，基于m2m物联网协议进行通讯时，以无线通讯为例，可以以4g lte技术进行机场专用网络连接，4g lte具有良好的连接能力和更宽广的覆盖范围，且lte系统具有低延迟特性、移动状态下的连接稳定性。在实现时，通过安装有modem单元用以实现4g lte网络的注册、连接，提供网络数据业务。
29.采集端口还与卫星定位模块连接，如此可以随时掌握了解机场电动车辆的位置，便于进行人工监管和调控，此时机场电动车辆上安装有卫星定位模块。卫星定位模块可以为gps定位模块，还可以为北斗卫星定位模块，本实施例对此不进行限定。
30.为了便于进行人工监管和调控。云数据平台4包括：运行监测子平台。运行监测子平台包括可视化终端，其分别与车载数据采集终端1和微气象站 2通过数据传输网络3连接，以可视化方式监测运行。监测子平台与车载数据采集终端和微气象站通过数据传输网络连接相连，可以对机场电动车辆的健康状况进行实时监测。云数据平台还包括：健康预警子平台，健康预警子平台与车载数据采集终端1和微气象站2通过数据传输网络3连接，用于生成动力电池包的健康状况，其还与用户监控终端6连接，以将该健康状况发送给用户监控终端6。健康预警子平台还与云端预警装置连接，云端预警装置可以为发光二极管或蜂鸣报警器，面对不同的健康状况，云端预警装置采用不同的方式进行提醒，例如以发光二极管为例进行说明：发光二极管的常亮、发光二极管的一亮一灭依次闪烁、红色发光二极管点亮、
绿色发光二极管点亮、紫色发光二极管点亮等，如此将健康状况提醒给本地值班人员。在进行预警时，运行监控装置对所收集的数据进行分析处理，将收集到的电驱动装备数据与正常运行时的正常数据(已标定的数据)进行对比，从而进行趋势分析和统计，能够实时监控机场电动车辆的动力电池包的健康状态和性能，及时对不正常数据进行预警。健康预警子平台可以通过机器学习模型对可视化终端接收的数据进行处理，得到健康状况。实际应用中，健康状况可以用动力电池包电容量指数来表示，电池包电容量指数为实际输出电容量同额定电容量之比，设置不同阈值，从而可以将健康状况进行分类，如4类：健康状态、亚健康状态、失效前驱状态、失效状态。动力电池包实际输出电容量可以采用动力电池包输出功率积分法计算。
31.运行监测子平台还包括人机交互终端，其与可视化终端信号连接。人机交互终端可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机、服务器的任一种或其组合，能够基于m2m物联网协议实现与第一通信模块和第二通信模块信号连接即可，优选的，人机交互终端包括一个服务器和多个平板电脑，第一通信模块和第二通信模块分别与服务器信号连接，服务器与多个平板电脑连接，平板电脑用于人工输入指令(例如机场电动车辆的型号)，便于实时对机场电动车辆进行监控。可视化终端与健康预警子平台信号连接，可视化终端优选led屏幕，用于提供人工观测窗口。
32.云数据平台4还包括：存储器，其分别与车载数据采集终端1和微气象站2通过数据传输网络3连接，用于实时存储车载数据采集终端1和微气象站2发送的数据以及时间。存储器中可以存储每一次动力电池包放电过程中的动力电池包输出电量以及该放电过程中机场电动车辆运行环境的气象要素。为了便于存储运行数据和保证运行数据的完整性，存储器4包括本地存储器和远端存储器；本地存储器和远端存储器分别与可视化终端连接；本地存储器用于实时存储数据并与可视化终端信号连接，用于实现运行数据的边监控、边显示、边存储；云端存储器用于备份本地存储器的数据，从而能够保证运行数据的完整性，方便可视化终端和业务终端调用。
33.下面对车载数据采集终端采集数据进行说明：
34.机场电动车辆动力系统包括三条总线，分别为can 0、can 1和can 2， can 0和can 1与车载数据采集终端的采集端口相连，can 0还与整车控制器1相连，用于向车载数据采集终端输送车载自我诊断数据，其中机场电动车辆的行车记录装置记录的位置、速度、加速度信息直接传入车载数据采集终端；can 1还与bms主控盒、霍尔电流传感器(用于检测电流)、绝缘检测单元(用于检测漏电，绝缘检测的数据发送至can 1，再经bms主控盒发送到can 0)相连，用于向车载数据采集终端输送动力电池包运行数据， can 2连接在bms主控盒和多个采集盒之间，用于将采集盒上的数据传输给bms主控盒。其中，多个采集盒与多个电池模组一一对应；多个采集盒分别与bms主控盒相连；多个电池模组并联后与霍尔电流传感器串联，霍尔电流传感器并与bms主控盒相连。
35.由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。