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摘 要：铅酸电池因其对环境存在污染，所以锂电池将作为新型绿色能源将越来越进入到人们的日程生活中，现阶段已开始广泛的使用在电动自行车、电动汽车中。因为锂电池易爆炸，所以锂电池保护板显得尤为重要。与此同时，在现实生活中，我们还要面临锂电池的故障诊断，生命周期管理和防盗等问题。本文结合RFID技术与电池保护技术，构建在线测量及故障诊断系统框架，设计出一款锂电池RFID保护板，实时测量锂电池组的电流、电压、温度等参数，在实现锂电池保护的同时，将测量数据以及故障信息传输给远程的监管平台，以确定故障的原因、性质和部位并做出维修决策，实现锂动力电池的生命周期管理和远程故障诊断。
关键词：锂电池；电池管理；RFID；保护板
0 引言
锂电池具有体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等优点，越来越得到广泛的应用，将逐步地取代铅酸蓄电池成为电动车辆的动力来源。但是锂电池在使用过程中，过充电、过放电和过电流等等不当使用都会影响电池使用寿命和性能，严重者会导致锂电池燃烧、爆炸。为解决锂电池的安全性问题，许多学者在电极材料、制造工艺、监控技术等方面进行了深入的研究，在小容量电池上取得了重要成果并在便携式电子设备如移动电话、笔记本电脑、数码相机等中获得了广泛的应用，然而其作为电动车辆动力源的应用安全问题至今未完全解决。
因此锂动力电池生命周期管理的重要性也越来越突出。普通的锂电组保护板大多是独立的保护板，用户无法及时了解锂动力电池组内部的情况，所以没办法对锂电池发生的问题对症下药，也不能够对其实时地在线管理。RFID技术和物联网的高速发展为解决这些问题带来了契机。物联网的概念是将所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来， 实现智能化识别和管理。本文针对锂电池保护与管理课题，将RFID技术与锂电池保护技术相结合，设计出一款锂电池RFID保护板，构建锂电池在线测量和远程故障诊断系统框架（以下简称系统）。该保护板能够实时地监测锂电池状态，并将电池运行事件信息记录在非易失性数据芯片当中。通过RFID阅读器（包括固定阅读器和分布在各个主要路口的移动阅读器），技术人员能够实时地获取锂动力电池信息数据，及时准确的判断锂电池当前状况，这大大地减少了锂电池发生重大安全事故的几率。另一方面，管理员通过系统可以对锂电池生命周期进行有效管理，包括锂电池的出厂、维修、报废回收等等各个环节，确保锂电池在使用过程中得到科学管理，从而有效地减少对环境的破坏。
1 硬件设计
系统主要基于物联网的三层架构[2，4]实现。系统感知层阅读器通过ZigBee网络与锂电池RFID保护板通信。ZigBee是一种新兴的短距离无线传感器网络标准，相对于蓝牙、WIFI 等无线通信技术而言，其具有低功耗、低延迟、较长电池寿命等特点 [5]。阅读器通过有线因特网将获取的数据上传至服务器。用户则通过终端来访问服务器获取相关信息数据。系统整体结构如图1所示。
系统感知层中的阅读器可分布在小区、单位和主要街道路口，与电动车辆进行数据交互，采集锂电池数据并通过网线实时上传至服务器。
1.1锂电池RFID保护板设计
锂电池RFID保护板是内置在锂电池组当中的控制电路板，主要包括主控模块部分和锂电池保护模块部分，分别用来实现锂电池的数据处理和锂电池组实时保护功能。主控模块部分是保护板的控制中心，其主控芯片采用Freescale公司的MC13211片上系统，主要负责实时采集锂电池组的电压电流和温度数据、记录锂电池组异常事件信息并且实现与阅读器的组网通信；锂电池保护模块部分采用Intersil公司的ISL94203锂电池管理芯片实现锂电池组的实时监测和保护。同时，锂电池RFID保护板配置有实时时钟芯片和非易失性数据存储芯片，用来存储电池的事件信息及其发生的时间。锂电池RFID保护板硬件框图如图2所示。
图1 系统整体结构
图2 锂电池RFID保护板硬件框图
锂电池RFID保护板是系统的底层核心，它实时地保护着锂电池组的安全运行，同时记录电池运行状态，实现与阅读器的组网通信。
1.2主控模块硬件设计
锂电池RFID保护板主控芯片采用Freescale公司的MC13211芯片。MC13211是一款针对IEEE 802.15.4、ZigBee和智能能源应用的片上系统解决方案。由于具有16KB的闪存以及1K RAM，MC13211非常适合 ZigBee应用，并且大容量的内存将允许程序无线下载以支持系统内重新编程。MC13211除了集成高性能射频收发器之外，还带有HCS08以及其它强劲的功能与外设支持。
RFID保护板带有RFMD公司的RF6535射频信号放大芯片与MC13211芯片配套使用。RF6535芯片是RFMD公司面向低功耗与低電压无线应用推出的集成度最高的2.4GHz 射频前端。它集成了可将输出功率提高+23dBm的功率放大器以及可将接收机灵敏度提高+3dB 的低噪声放大器，从而能够显著增加无线系统的覆盖范围[7]。
RFID保护板主控模块原理图如图3所示。
图3 MC13211+RF6535硬件原理图
锂电池RFID保护板通过IIC总线访问DS1302实时时钟芯片来获取时间信息，DS1302实时时钟芯片可以提供准确的月、日、时、分、秒数据，且具有低功耗、闰年补偿、涓细电流充电等多种功能。另外保护板将系统运行过程中产生的信息数据记录在非易失性存储芯片AT24C02当中，主控芯片同样通过IIC总线与AT24C02数据存储芯片通信。相关原理图如图4所示。
图4 数据和时钟芯片原理图
1.3锂电池保护模块硬件设计
锂电池保护模块的作用是实时保护锂电池组的安全运行。主要功能包括：电池组过度充电保护、过度放电保护、过电流保护、短路保护以及充电末端均衡等等。 锂电池保护模块采用ISL94203专业芯片来实时监测电池组充电和放电时的工作状态，实现对电池的保护功能。ISL94203芯片是Intersil公司推出的用于锂离子/化合物的独立的电池精密保护器，能够独立地监控3节到8节锂电池电压。当监测到锂电池组异常时，ISL94203能够快速响应来驱动N沟道MOSFET从而中断电源输出或者是充电输入；当电池组电压、电流等参数恢复到安全条件时，可恢复电池组的正常工作。ISL94203锂电池保护芯片主要实现的功能有过压保护、欠压保护、放电过流/短路保护、充电过流/短路保护以及通过一个强健的平衡算法来实现锂电池组的平衡管理，确保整个电池组工作在最佳状态。ISL94203有五种工作模式：正常/闲置/浅睡眠/睡眠/断电，通过这五种工作模式的切换充分现实低功耗功能。锂电池保护模块原理图如图5所示：
图5 锂电池管理芯片ISL94203硬件原理图
如原理图示：电池保护模块独立地监测7节锂电池电压，充电并检测到某节电池两端过压时，ISL94203便打开其支流电路，停止对该节电池的充电；同样当放电单节电池欠压时，打开支流电路降低对该节电池的放电。保护模块使用高精度电流采样电阻来测量锂电池组充放电电流，实现过流及短路保护等功能。同时保护板能够驱动两个N沟道MOS管，独立地保护锂电池组充电和放电电路。
1.4锂电池组电压电流采样电路
电池工作时的电压和电流是非常重要的信息数据，RFID保护板使用MC13211 芯片的AD模块采样相应的信号，来获取锂电池组电压、电流和温度等信息。MC13211支持最多8通道的AD采样，采样有效数据位最高可达10位，单次采样频率最快可达2MHz。
图6 充电/放电检测电路
如图6所示，R22，R23等器件组成充放电采样电路，其中R22，R23为采样电阻。CHMON和LDMON分别为充电监测信号和负载监测信号，实现充放电的检测。
1.5阅读器设计
RFID阅读器的主要功能是实现锂电池保护板信息的采集与上传。阅读器可以分为固定型和移动型两个类型，其区别主要体现在数据上传方式上面：固定型阅读器通过有线方式（串口模块）将数据发送至PC机，而移动型阅读器则通过3G无线网络。RFID阅读器同样采用MC13211片上系统配合RF6535作为主控单元，实现数据无线采集，同时配置有串口通信模块和网络通信模块，用作数据上传通道。阅读器模块框图如图7所示。
图7 阅读器硬件框图
移动型阅读器可以灵活的分布在各个道路路口、小区、企业内，使得系统实时地收集电动车辆的锂电池信息。
2 软件设计
鋰电池RFID保护板节点程序的首要功能是监测和记录锂电池工作状态，为锂电池的故障诊断与电池管理提供依据；其次保护板程序具备无线组网通信功能，能够发现并且加入现有ZigBee网络，从而实现与阅读器之间的信息交互。
2.1 锂电池保护模块参数配置
保护板中的ISL94203电源管理芯片、EEPROM数据芯片和实时时钟芯片，分别作为从器件挂接在IIC总线上面，主控芯片则根据他们各自的IIC地址与之通信。主控制器首先发送从器件地址和读写命令，得到相应器件的反馈后继续发送器件内RAM地址，最后发送将要写入数据或者接受器件发送的数据。
锂电池保护模块的参数由保护芯片ISL94203片内EEPROM上的配置参数决定，例如过压保护值，欠压保护值，过流保护电流值，短路保护电流值，保护/恢复延迟时间等等。出于对安全因素的考虑，ISL94203对写入的配置参数进行列奇偶校验，并且当修改EEPROM配置参数时，芯片将断开充电和放电保护MOS管，切断锂电池充放电路。
ISL94203芯片中的错误寄存器会实时记录锂电池组当前发生的故障类型，例如：电池平衡故障，电池过温，欠压，过压，过流，放电短路，充电短路等等。主控芯片MC13211通过IIC总线访问错误寄存器即可获取锂电池错误信息数据。
2.2 EEPROM中数据存放格式
RFID保护板将锂电池运行过程中产生的各种事件信息以固定的帧格式保存至EEPROM数据芯片，为锂电池的故障诊断与管理提供依据。除事件记录之外，EEPROM数据芯片中也存储有当前锂电池的序列号、电池装机时间、电池使用时间等等信息。EEPROM当中记录的数据可为锂电池故障诊断和生命周期管理，安全防盗提供重要的判断依据。EEPROM芯片内数据存储格式如表1所示。
表1 EEPROM数据芯片内数据记录格式
事件记录帧结构包括一个字节的编号，六个字节的时间信息，一个字节的事件类型，以及事件发生时的电压（mV）、电流（mA）、电量（mAH）数据，最后是一个校验字节。如表2所示。
表2 事件记录帧格式
记录帧结构中的时间戳字段数据由DS1302时钟芯片提供支持，用来指示每个事件发生的具体时间。事件类型主要分为三大类，下面各有若干小类，每种具体类型使用一个十六进制数据来表示：
1） 系统运行事件类，包括系统上电（0x00），断电（0x01），放电开始（0x02），放电结束（0x03），充电开始（0x04），冲电结束（0x05）等等
2） 系统错误事件类，包括电池短路（0x10），电池过流（0x11），电池过压（0x12）、欠压（0x13），电池过热（0x14），恢复运行（0x15）等等
3） 系统维护事件类，电池出厂（0x20），电池维修（0x21），电池回收（0x22），电池报废（0x23）等等
2.3 阅读器与RFID保护板通信帧格式
RFID保护板通过Z-Stack协议栈应用层与阅读器通信，RFID阅读器负责获取锂电池信息数据，通过Internet将数据传输给服务器。通信内容采用固定的帧格式来进行，如表3所示： 表3应用层数据帧格式
应用层通信帧包括交互命令，源器件序列号，目的器件序列号，有效数据长度，帧有效数据和一个校验字节。其中源器件和目的器件指代通信双方，协议中使用的交互命令如表4所示：
表4 阅读器与保护板交互命令
在Zigbee應用层通信过程中，通信双方将检查命令帧中的目的器件序列号是否与自己的序列号一致，如不一致则不响应此条命令帧。特别的，CMD_WAKE_NOTICE命令帧中的目的器件序列号字段是空白的。此条命令是在保护板被唤醒之后发出通知，目的是将序列号发送给网络中的阅读器，阅读器随后即可以与保护板通信。
锂电池RFID保护板与阅读器软件流程图如图8所示。
图8 锂电池RFID保护板和阅读器软件流程图
3 试验结果
当锂电池发生过压、欠压、短路、过温等常见故障时，系统可以通过锂电池保护模块及时地获知锂电池故障类型。同时通过分析保护板内存储的历史数据，技术人员可以诊断锂电池当前状况，预测锂电池可能发生的故障。
通过读取一块锂电池保存的事件记录，包括电池充放电频率，充电完成时的电量，以及欠压保护次数等数据，绘制出折线图，如图14所示。
分析该折线图可以知道，该锂电池的使用频率很高，平均每月的冲放电次数达到20次，并且电池每个月有多次欠压情况发生，说明很多时候没有得到及时的充电，使得电池频繁地深度放电。
锂电池的充放电周期次数是一定的，频繁的深度放电导致了电池可用容量迅速降低，加速缩短了锂电池的寿命。由图可分析知，如果继续以这种方式使用下去的话，该电池的寿命将显著缩短。
4结束语
本文用MC13211片上系统主控制器配合ISL94203保护芯片设计了锂电池RFID保护板。系统在保护锂电池组正常运行的基础之上，实现锂电池组的在线监测与故障远程诊断，从以上试验效果来看具有较高的可靠性，实用性与便捷性。
通过在线获取RFID保护板内的其他数据，系统同样可以实现锂电池安全防盗，生命周期管理，实时定位等等应用服务。
参考文献
[1] 方夏虹. 新产业报告 新材料——锂电池报告[M]. 2011：23
[2] 李云飞，陈良，王树青.物联网的内涵与应用及其对过程自动化的启示[J].石油化工自动化，2011，47（2）：1-4
[3] 王保云. 物联网技术研究综述[J]. 电子测量与仪器学报，2009，23（12）：1-7
[4] 徐迪威，蔡建新. 物联网及其应用剖析[J]. 计算机工程与应用， 2011，47（15）：229-248
[5] 王粉花，年忻，郝国梁，等. 物联网技术在生命状态监测系统中的应用[J]. 计算机应用研究，2010，27（9）：3375-3381
关键词：锂电池；电池管理；RFID；保护板
0 引言
锂电池具有体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等优点，越来越得到广泛的应用，将逐步地取代铅酸蓄电池成为电动车辆的动力来源。但是锂电池在使用过程中，过充电、过放电和过电流等等不当使用都会影响电池使用寿命和性能，严重者会导致锂电池燃烧、爆炸。为解决锂电池的安全性问题，许多学者在电极材料、制造工艺、监控技术等方面进行了深入的研究，在小容量电池上取得了重要成果并在便携式电子设备如移动电话、笔记本电脑、数码相机等中获得了广泛的应用，然而其作为电动车辆动力源的应用安全问题至今未完全解决。
因此锂动力电池生命周期管理的重要性也越来越突出。普通的锂电组保护板大多是独立的保护板，用户无法及时了解锂动力电池组内部的情况，所以没办法对锂电池发生的问题对症下药，也不能够对其实时地在线管理。RFID技术和物联网的高速发展为解决这些问题带来了契机。物联网的概念是将所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来， 实现智能化识别和管理。本文针对锂电池保护与管理课题，将RFID技术与锂电池保护技术相结合，设计出一款锂电池RFID保护板，构建锂电池在线测量和远程故障诊断系统框架（以下简称系统）。该保护板能够实时地监测锂电池状态，并将电池运行事件信息记录在非易失性数据芯片当中。通过RFID阅读器（包括固定阅读器和分布在各个主要路口的移动阅读器），技术人员能够实时地获取锂动力电池信息数据，及时准确的判断锂电池当前状况，这大大地减少了锂电池发生重大安全事故的几率。另一方面，管理员通过系统可以对锂电池生命周期进行有效管理，包括锂电池的出厂、维修、报废回收等等各个环节，确保锂电池在使用过程中得到科学管理，从而有效地减少对环境的破坏。
1 硬件设计
系统主要基于物联网的三层架构[2，4]实现。系统感知层阅读器通过ZigBee网络与锂电池RFID保护板通信。ZigBee是一种新兴的短距离无线传感器网络标准，相对于蓝牙、WIFI 等无线通信技术而言，其具有低功耗、低延迟、较长电池寿命等特点 [5]。阅读器通过有线因特网将获取的数据上传至服务器。用户则通过终端来访问服务器获取相关信息数据。系统整体结构如图1所示。
系统感知层中的阅读器可分布在小区、单位和主要街道路口，与电动车辆进行数据交互，采集锂电池数据并通过网线实时上传至服务器。
1.1锂电池RFID保护板设计
锂电池RFID保护板是内置在锂电池组当中的控制电路板，主要包括主控模块部分和锂电池保护模块部分，分别用来实现锂电池的数据处理和锂电池组实时保护功能。主控模块部分是保护板的控制中心，其主控芯片采用Freescale公司的MC13211片上系统，主要负责实时采集锂电池组的电压电流和温度数据、记录锂电池组异常事件信息并且实现与阅读器的组网通信；锂电池保护模块部分采用Intersil公司的ISL94203锂电池管理芯片实现锂电池组的实时监测和保护。同时，锂电池RFID保护板配置有实时时钟芯片和非易失性数据存储芯片，用来存储电池的事件信息及其发生的时间。锂电池RFID保护板硬件框图如图2所示。
图1 系统整体结构
图2 锂电池RFID保护板硬件框图
锂电池RFID保护板是系统的底层核心，它实时地保护着锂电池组的安全运行，同时记录电池运行状态，实现与阅读器的组网通信。
1.2主控模块硬件设计
锂电池RFID保护板主控芯片采用Freescale公司的MC13211芯片。MC13211是一款针对IEEE 802.15.4、ZigBee和智能能源应用的片上系统解决方案。由于具有16KB的闪存以及1K RAM，MC13211非常适合 ZigBee应用，并且大容量的内存将允许程序无线下载以支持系统内重新编程。MC13211除了集成高性能射频收发器之外，还带有HCS08以及其它强劲的功能与外设支持。
RFID保护板带有RFMD公司的RF6535射频信号放大芯片与MC13211芯片配套使用。RF6535芯片是RFMD公司面向低功耗与低電压无线应用推出的集成度最高的2.4GHz 射频前端。它集成了可将输出功率提高+23dBm的功率放大器以及可将接收机灵敏度提高+3dB 的低噪声放大器，从而能够显著增加无线系统的覆盖范围[7]。
RFID保护板主控模块原理图如图3所示。
图3 MC13211+RF6535硬件原理图
锂电池RFID保护板通过IIC总线访问DS1302实时时钟芯片来获取时间信息，DS1302实时时钟芯片可以提供准确的月、日、时、分、秒数据，且具有低功耗、闰年补偿、涓细电流充电等多种功能。另外保护板将系统运行过程中产生的信息数据记录在非易失性存储芯片AT24C02当中，主控芯片同样通过IIC总线与AT24C02数据存储芯片通信。相关原理图如图4所示。
图4 数据和时钟芯片原理图
1.3锂电池保护模块硬件设计
锂电池保护模块的作用是实时保护锂电池组的安全运行。主要功能包括：电池组过度充电保护、过度放电保护、过电流保护、短路保护以及充电末端均衡等等。 锂电池保护模块采用ISL94203专业芯片来实时监测电池组充电和放电时的工作状态，实现对电池的保护功能。ISL94203芯片是Intersil公司推出的用于锂离子/化合物的独立的电池精密保护器，能够独立地监控3节到8节锂电池电压。当监测到锂电池组异常时，ISL94203能够快速响应来驱动N沟道MOSFET从而中断电源输出或者是充电输入；当电池组电压、电流等参数恢复到安全条件时，可恢复电池组的正常工作。ISL94203锂电池保护芯片主要实现的功能有过压保护、欠压保护、放电过流/短路保护、充电过流/短路保护以及通过一个强健的平衡算法来实现锂电池组的平衡管理，确保整个电池组工作在最佳状态。ISL94203有五种工作模式：正常/闲置/浅睡眠/睡眠/断电，通过这五种工作模式的切换充分现实低功耗功能。锂电池保护模块原理图如图5所示：
图5 锂电池管理芯片ISL94203硬件原理图
如原理图示：电池保护模块独立地监测7节锂电池电压，充电并检测到某节电池两端过压时，ISL94203便打开其支流电路，停止对该节电池的充电；同样当放电单节电池欠压时，打开支流电路降低对该节电池的放电。保护模块使用高精度电流采样电阻来测量锂电池组充放电电流，实现过流及短路保护等功能。同时保护板能够驱动两个N沟道MOS管，独立地保护锂电池组充电和放电电路。
1.4锂电池组电压电流采样电路
电池工作时的电压和电流是非常重要的信息数据，RFID保护板使用MC13211 芯片的AD模块采样相应的信号，来获取锂电池组电压、电流和温度等信息。MC13211支持最多8通道的AD采样，采样有效数据位最高可达10位，单次采样频率最快可达2MHz。
图6 充电/放电检测电路
如图6所示，R22，R23等器件组成充放电采样电路，其中R22，R23为采样电阻。CHMON和LDMON分别为充电监测信号和负载监测信号，实现充放电的检测。
1.5阅读器设计
RFID阅读器的主要功能是实现锂电池保护板信息的采集与上传。阅读器可以分为固定型和移动型两个类型，其区别主要体现在数据上传方式上面：固定型阅读器通过有线方式（串口模块）将数据发送至PC机，而移动型阅读器则通过3G无线网络。RFID阅读器同样采用MC13211片上系统配合RF6535作为主控单元，实现数据无线采集，同时配置有串口通信模块和网络通信模块，用作数据上传通道。阅读器模块框图如图7所示。
图7 阅读器硬件框图
移动型阅读器可以灵活的分布在各个道路路口、小区、企业内，使得系统实时地收集电动车辆的锂电池信息。
2 软件设计
鋰电池RFID保护板节点程序的首要功能是监测和记录锂电池工作状态，为锂电池的故障诊断与电池管理提供依据；其次保护板程序具备无线组网通信功能，能够发现并且加入现有ZigBee网络，从而实现与阅读器之间的信息交互。
2.1 锂电池保护模块参数配置
保护板中的ISL94203电源管理芯片、EEPROM数据芯片和实时时钟芯片，分别作为从器件挂接在IIC总线上面，主控芯片则根据他们各自的IIC地址与之通信。主控制器首先发送从器件地址和读写命令，得到相应器件的反馈后继续发送器件内RAM地址，最后发送将要写入数据或者接受器件发送的数据。
锂电池保护模块的参数由保护芯片ISL94203片内EEPROM上的配置参数决定，例如过压保护值，欠压保护值，过流保护电流值，短路保护电流值，保护/恢复延迟时间等等。出于对安全因素的考虑，ISL94203对写入的配置参数进行列奇偶校验，并且当修改EEPROM配置参数时，芯片将断开充电和放电保护MOS管，切断锂电池充放电路。
ISL94203芯片中的错误寄存器会实时记录锂电池组当前发生的故障类型，例如：电池平衡故障，电池过温，欠压，过压，过流，放电短路，充电短路等等。主控芯片MC13211通过IIC总线访问错误寄存器即可获取锂电池错误信息数据。
2.2 EEPROM中数据存放格式
RFID保护板将锂电池运行过程中产生的各种事件信息以固定的帧格式保存至EEPROM数据芯片，为锂电池的故障诊断与管理提供依据。除事件记录之外，EEPROM数据芯片中也存储有当前锂电池的序列号、电池装机时间、电池使用时间等等信息。EEPROM当中记录的数据可为锂电池故障诊断和生命周期管理，安全防盗提供重要的判断依据。EEPROM芯片内数据存储格式如表1所示。
表1 EEPROM数据芯片内数据记录格式
事件记录帧结构包括一个字节的编号，六个字节的时间信息，一个字节的事件类型，以及事件发生时的电压（mV）、电流（mA）、电量（mAH）数据，最后是一个校验字节。如表2所示。
表2 事件记录帧格式
记录帧结构中的时间戳字段数据由DS1302时钟芯片提供支持，用来指示每个事件发生的具体时间。事件类型主要分为三大类，下面各有若干小类，每种具体类型使用一个十六进制数据来表示：
1） 系统运行事件类，包括系统上电（0x00），断电（0x01），放电开始（0x02），放电结束（0x03），充电开始（0x04），冲电结束（0x05）等等
2） 系统错误事件类，包括电池短路（0x10），电池过流（0x11），电池过压（0x12）、欠压（0x13），电池过热（0x14），恢复运行（0x15）等等
3） 系统维护事件类，电池出厂（0x20），电池维修（0x21），电池回收（0x22），电池报废（0x23）等等
2.3 阅读器与RFID保护板通信帧格式
RFID保护板通过Z-Stack协议栈应用层与阅读器通信，RFID阅读器负责获取锂电池信息数据，通过Internet将数据传输给服务器。通信内容采用固定的帧格式来进行，如表3所示： 表3应用层数据帧格式
应用层通信帧包括交互命令，源器件序列号，目的器件序列号，有效数据长度，帧有效数据和一个校验字节。其中源器件和目的器件指代通信双方，协议中使用的交互命令如表4所示：
表4 阅读器与保护板交互命令
在Zigbee應用层通信过程中，通信双方将检查命令帧中的目的器件序列号是否与自己的序列号一致，如不一致则不响应此条命令帧。特别的，CMD_WAKE_NOTICE命令帧中的目的器件序列号字段是空白的。此条命令是在保护板被唤醒之后发出通知，目的是将序列号发送给网络中的阅读器，阅读器随后即可以与保护板通信。
锂电池RFID保护板与阅读器软件流程图如图8所示。
图8 锂电池RFID保护板和阅读器软件流程图
3 试验结果
当锂电池发生过压、欠压、短路、过温等常见故障时，系统可以通过锂电池保护模块及时地获知锂电池故障类型。同时通过分析保护板内存储的历史数据，技术人员可以诊断锂电池当前状况，预测锂电池可能发生的故障。
通过读取一块锂电池保存的事件记录，包括电池充放电频率，充电完成时的电量，以及欠压保护次数等数据，绘制出折线图，如图14所示。
分析该折线图可以知道，该锂电池的使用频率很高，平均每月的冲放电次数达到20次，并且电池每个月有多次欠压情况发生，说明很多时候没有得到及时的充电，使得电池频繁地深度放电。
锂电池的充放电周期次数是一定的，频繁的深度放电导致了电池可用容量迅速降低，加速缩短了锂电池的寿命。由图可分析知，如果继续以这种方式使用下去的话，该电池的寿命将显著缩短。
4结束语
本文用MC13211片上系统主控制器配合ISL94203保护芯片设计了锂电池RFID保护板。系统在保护锂电池组正常运行的基础之上，实现锂电池组的在线监测与故障远程诊断，从以上试验效果来看具有较高的可靠性，实用性与便捷性。
通过在线获取RFID保护板内的其他数据，系统同样可以实现锂电池安全防盗，生命周期管理，实时定位等等应用服务。
参考文献
[1] 方夏虹. 新产业报告 新材料——锂电池报告[M]. 2011：23
[2] 李云飞，陈良，王树青.物联网的内涵与应用及其对过程自动化的启示[J].石油化工自动化，2011，47（2）：1-4
[3] 王保云. 物联网技术研究综述[J]. 电子测量与仪器学报，2009，23（12）：1-7
[4] 徐迪威，蔡建新. 物联网及其应用剖析[J]. 计算机工程与应用， 2011，47（15）：229-248
[5] 王粉花，年忻，郝国梁，等. 物联网技术在生命状态监测系统中的应用[J]. 计算机应用研究，2010，27（9）：3375-3381