CN103302671B - 电动汽车充电电池的智能更换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车充电电池的智能更换系统，包括前台操作系统、现场执行系统和后台支撑系统，各系统之间采用以太网通信方式；前台操作系统包括上位机系统；现场操作系统包括配电控制系统、视觉识别系统、机器人系统、安防系统；后台支持系统直接连入国网运营核心系统数据库。本发明使用的双目立体视觉识别系统，空间测量误差保持在0.85mm以下，系统精度保持在0.2%以下。采用机器人系统，不仅节省了人力而且提高了安全系数和工作效率，现场操作系统可在45秒内完成电动汽车换电工作。换电场地布置的智能安防产品确保了在机器人自动作业过程中对于人员和设备的国家安全防护要求。

Description

电动汽车充电电池的智能更换系统

技术领域

本发明涉及了一种电动汽车充电电池的智能更换系统。

背景技术

在国际社会倡导低碳经济和国家节能减排的战略环境下，电动汽车发展已经成为我国低碳经济与新能源利用的重点发展方向，更换电动汽车充电电池是至关重要的，其中电动汽车电池更换系统是为电动汽车快速更换电池箱进行充电换电的系统，这种系统工作起来不仅方便而且快捷，然而大多数的智能系统存在很多问题，如精度和安全系数都不高，还浪费了大量的财力物力，这就导致了整个系统的效率不高。

“BUD智能电动汽车换电系统”是根据国家发展纯电动汽车的政策方向，分析当前制约电动汽车产业发展的要素，结合大批量底盘换电型纯电动汽车集中投放所产生的配套需求，从建设智能充换电服务网络入手，所研发的一整套智能化换电系统。为纯电动汽车的电池更换作业提供稳定、高效的配套服务，实现“集中充电、统一配送、换电为主、插充为辅”的运营模式。

公司从电动汽车换电系统入手，致力于发展智能装备产业。公司产品已完成制造，经检测机构检测符合国家标准和行业规范，经国家电网、杭州大有科技、杭州市电动汽车服务公司等用户使用，反映良好。浙江瓿达科技有限公司的“BUD智能换电系统”通过对现有人工充换电设施的改造，让底盘型纯电动汽车的换电服务实现全自动化，作业过程高效便捷，能够为国家电网电动汽车产业的发展提供优质服务保障，并可在全国范围内进行复制推广。

发明内容

本发明针对现有换电技术中精度与安全系数不高、换电时间过长、场地要求严格，提供了一种电动汽车充电电池的智能更换系统。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

电动汽车充电电池的智能更换系统，包括前台操作系统和后台支撑系统，前台操作系统包括上位机系统、配电控制系统、视觉识别系统、机器人系统、安防系统和电池仓系统；

上位机系统用于换电设备管理、换电流程管理、换电流程控制、子系统状态监控、子系统异常告警处理、换电记录数据管理、电池取放策略管理、员工插卡换电管理和子系统运行调测管理；

配电控制系统由弱电控制柜、强电控制柜、现场操作台三部分组成。该子系统控制现场车位所有电器，包括上位机子系统，空压机，干燥机，机器人子系统，视频定位子系统，安防子系统，以及现场操作台。系统保证稳定可靠运行，有应急保护装置，紧急情况下可以停止机器人，并且现场声光报警；

配电控制系统：用于控制现场所有电器，监控现场各项电气工作数据；

视觉识别系统：用于空间定位及测量；

机器人系统：用于更换或补充电池；

安防系统：用于监控操作现场，并在运行过程中保证现场安全；

电池仓系统：主要用于存放电池并对电池充电；

后台支撑系统：采集现场换电数据，并接入中央数据库。

上位机系统与配电控制系统采用《Modbus规约》进行数据交换，上位机系统分别与安防系统、视觉定位系统、机器人系统采用《换电系统通信规约》进行数据交换。

后台支撑系统由运行管理系统，站内监控系统和站内生产系统组成，主要作用是起到管理汇总。

安防系统用于监控操作现场，并在运行过程中保证现场安全；在电动汽车充电站中，更换电池的工作由机械臂自动完成。在机械臂工作过程中，任何人员和物体进入机械臂的运行空间区域内则可能造成安全事故，本系统旨在杜绝此类事故的发生。于此同时对车辆进出换电站的过程进行监控。

作为优选，上位机系统硬件设备选用至少四核以上的服务器系统。

作为优选，配电控制系统由弱电配电系统、强电配电控制系统、换电操作台三部分组成，弱电配电系统包括GGD标准机柜、上位机、安防服务器BUD-SE1、显示器、PLC、UPS和路由器；强电配电控制系统安装断路器接触器；换电操作台提供智能换电系统操作按键。配电控制系统保证整个换电系统稳定可靠运行，有应急保护装置，紧急情况下可以停止机器人，并且现场声光报警。

作为优选，网络交换机与电池中转台连接。电池中转台为换电池提供场地。

作为优选，视觉识别系统采用被动立体视觉技术，视觉识别系统包括硬件系统和软件系统。视觉控制软件操作视觉传感器进行图像采样传输等工作，图像处理定位算法软件完成输入的图像数据的预处理、三维重建、立体识别及测量，然后通过一定的运算得出结果。

作为优选，硬件系统包含视觉传感器、工控平台和满足IP65防护标准外壳。视觉传感器能同步获取车辆立体图对信息；然后由视觉服务器完成图像数据的三维重建等处理和绝大部分的控制逻辑。

机器人本体重量轻量化，通过高减速比提高了输出力，最终实现省资源、节能的目的；平衡器装置设置在本体内部，使回转部位缩小，大幅降低干涉半径；维持加速度的基础上大幅提高最高速度，缩短了生产节拍，在短间距高速移动的同时，手腕部位的位置转换也可高速动行；拥有同级别中最大的手腕弯曲角度，紧凑型的手腕构造，提高了手腕的动作领域。此机器人夹具能够抽取和推送电池，推送杆长度可调，可以满足对不同型号汽车和充电仓的要求；夹具具备强大的夹紧力，能抵抗机器人在快速运行过程中产生重力的加速度，来避免电池移位或甩出；夹具具备向下放下电池、向上抓取电池的功能，即把电池放置于中转平台、输送带终端，或从上述部位抓取电池，便于检查，更换或补充电池等操作。

作为优选，安防系统包含独立安防服务器，至少三个用于监控的安防摄像头。在机器人的每一个机械臂上方都有一个安防摄像头，同时在车道上方也安装有一个安防摄像头。3个摄像头时刻监视车辆的进出及机器人动作。安防系统将系统分为不同境界区域，在一级警戒区域内，机械臂工作中心区域，对于人员出现在此区域的情况，安防系统将发出一级告警信号传回上位机，同时开启声光告警，并通知机械臂停止工作；在二级警戒区域内，距离机械臂工作中心区域以外1米的区域，对于人员出现在此区域内的情况，系统将二级告警信号传回上位机，开启声光报警并通知机械臂停止工作。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明使用的双目立体视觉识别技术，系统误差保持在0.85mm以下，系统精度保持在0.2％以下；机器人控制上位机系统将电池空间定位数据转化为6轴自由度机器人可依赖运行的命令程序，采用此技术，整车换电作业可实现全自动化，并能在45秒内完成；安防报警技术采用跟踪报警技术在机器人运动过程中的动态背景下搜索目标，系统的误报率为0.1％；确保了机器人自动作业过程的安全防护，满足国家对于机器人作业系统的安全要求。

附图说明

图1是本发明的软件系统图。

图2是本发明的硬件系统图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—前台操作系统、2—后台支撑系统、3—上位机系统、4—配电控制系统、5—视觉识别系统、6—机器人系统、7—安防系统、8—电池仓系统、9—服务器、10—弱电配电系统、11—强电配电控制系统、12—换电操作台、13—GGD标准机柜、14—显示器、17—安防服务器、18—安防摄像头、20—气压装置、21—网络交换机、22—电池中转台。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

电动汽车充电电池的智能更换系统，如图1所示，包括前台操作系统1和后台支撑系统2，其特征在于：前台操作系统1包括上位机系统3、配电控制系统4、视觉识别系统5、机器人系统6、安防系统7和电池仓系统8；

上位机系统3用于换电设备管理、换电流程管理、换电流程控制、子系统状态监控、子系统异常告警处理、换电记录数据管理、电池取放策略管理、员工插卡换电管理和子系统运行调测管理；

配电控制系统：用于控制现场所有电器，监控现场各项电气工作数据；

视觉识别系统：用于空间定位及测量；

机器人系统：用于更换或补充电池；

安防系统：用于监控操作现场，并在运行过程中保证现场安全；

电池仓系统：用于存放电池并对电池充电；

后台支撑系统：采集现场换电数据，并接入中央数据库。

上位机系统3与配电控制系统4采用《Modbus规约》进行数据交换，上位机系统3分别与安防系统7、视觉定位系统5、机器人系统6采用《换电系统通信规约》进行数据交换。

上位机系统3中硬件设备选用至少4核的服务器。配电控制系统4由弱电配电系统10、强电配电控制系统11、换电操作台12三部分组成，其中弱电配电系统10包括GGD标准机柜13、服务器9、显示器14、PLC、UPS和网络交换机21；强电配电控制系统11安装断路器接触器；换电操作台12提供智能换电系统操作按键。网络交换机21与电池中转台22连接。

视觉识别系统5采用被动立体视觉技术，视觉识别系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统包括视觉传感器、工控平台和高防护级外壳。

安防系统7包括独立安防服务器17和至少三个用于监控的安防摄像头18。模拟视频信号线直接连接在安防服务器17接口上，每台安防服务器17可支持4/8路视频传入。安放服务器17，服务器9，网络交换机21和弱电控制系统13安置在GGD标准机柜13中。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.电动汽车充电电池的智能更换系统，软件系统包括前台操作系统(1)和后台支撑系统(2)，其特征在于：前台操作系统(1)包括上位机系统(3)、配电控制系统(4)、视觉识别系统(5)、机器人系统(6)、安防系统(7)和电池仓系统(8)；

上位机系统(3)用于换电设备管理、换电流程管理、换电流程控制、子系统状态监控、子系统异常告警处理、换电记录数据管理、电池取放策略管理、员工插卡换电管理和子系统运行调测管理；

配电控制系统(4)用于控制现场所有电器，监控现场各项电气工作数据；

视觉识别系统(5)包括硬件系统和软件系统，硬件系统包含视觉传感器、工控平台和满足IP65防护标准外壳；软件系统用于完成输入的图像数据的预处理、三维重建、立体识别、测量及运算结果；视觉识别系统(5)采用被动立体视觉技术且用于空间定位及测量；

机器人系统(6)用于更换或补充电池，机器人系统包括设置在机器人内部的平衡器装置、用于抽取和推送电池且长度可调的推送杆以及用于向下放下或向上抓取电池的夹具；

安防系统(7)用于监控操作现场，并在运行过程中保证现场安全；

电池仓系统(8)主要用于存放电池并对电池充电；

后台支撑系统(2)采集现场换电数据。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电电池的智能更换系统，其特征在于：上位机系统(3)中的硬件设备选用至少四核的服务器(9)。

3.根据权利要求1所述的电动汽车充电电池的智能更换系统，其特征在于：配电控制系统(4)由弱电配电系统(10)、强电配电控制系统(11)、换电操作台(12)三部分组成，弱电配电系统(10)包括GGD标准机柜(13)、服务器(9)、显示器(14)、PLC、UPS和网络交换机(21)；强电配电控制系统(11)中安装断路器接触器；换电操作台(12)提供智能换电系统操作按键。

4.根据权利要求3所述的电动汽车充电电池的智能更换系统，其特征在于：网络交换机(21)与电池中转台(22)连接。

5.根据权利要求1所述的电动汽车充电电池的智能更换系统，其特征在于：安防系统(7)包含独立安防服务器(17)和至少三个安防摄像头(18)。