CN103693024A - 一种电动汽车全自动换电池控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械自动化领域，具体涉及一种电动汽车全自动换电池控制系统及方法。系统包括上位机、图像采集装置以及PLC；上位机分别与图像采集装置以及PLC相互通讯；其中，图像采集装置用于获取驶入换电站准备换电池的电动汽车以及待换电池图像信息；上位机将图像采集装置提供的电动汽车和待换电池的图像信息转换成PLC所需的机械手在各个工位的位置坐标数据通过总线接口发送给PLC；PLC用于控制机械手完成换电池具体动作。采用本发明的控制系统不仅自动化程度高、而且换电池效率高。

Description

一种电动汽车全自动换电池控制系统及方法

技术领域

本发明属于机械自动化领域，具体涉及一种电动汽车全自动换电池控制系统及方法。

背景技术

随着人们对环境保护的意识越来越强，环境污染和资源的问题受到人们的极大关注。汽车行业节能减排形势的日益严峻，发展节能环保型汽车成为汽车产业发展的必然选择。目前，以电能为代表的新能源的节能环保型汽车作为动力与储能电池产业终端应用产品，已成为国家鼓励发展的新兴战略性产业。

目前，电动汽车的续航能力是电动汽车行业需要解决的一个重要问题，国家电网公司提出了“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送，通过智能电网、物联网和交通网的‘三网’技术融合，实施信息化、自动化和网络化的‘三化’管理，实现对电动汽车用户跨区域全覆盖的同网、同质和同价的‘三同’服务”的建设方针。电动汽车蓄电电池的充电和换电环节关系到整个电动汽车产业的普及和推广。利用专门的电池更换设备，在无人值守情况下实现全自动将电动汽车耗尽的电池组直接更换为充换电站内已充满电的电池组，是电动汽车充换电站的技术发展方向。

充电电池的更换可以依靠人工或者机械设备来完成。每个电池箱重约80公斤，如果采用人工劳动强度相当大，而且存在很大的安全隐患，不适合现代化的生产程式。只能采用机械设备，这样不仅可以提高效率，而且确保操作工人的安全，是现代工业广泛采用的一种方式，也是提升新能源运用水准和科技含量的重要标向。

在初期电动汽车电池的更换基本采用人工辅助机器的方式实现。虽然人工参与增加了电池更换的灵活性，但同时也增加了人工成本，降低了电池更换的效率。另外由于单块电池的重量大，这增加了工人的劳动强度与换电工作的危险性，而采用自动设备不仅提高了效率，而且可以确保操作工人的安全，因此研究能够快速更换电池提高了电池更换效率的自动设备尤为重要。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种电动汽车换电站自动化管理程度高、换电池效率高的电动汽车全自动换电池控制系统及方法。

本发明的具体技术方案是：

一种电动汽车全自动换电池控制系统，包括上位机、图像采集装置以及PLC；

所述上位机分别与图像采集装置以及PLC相互通讯；

所述图像采集装置用于获取驶入换电站准备换电池的电动汽车以及待换电池图像信息；

所述上位机将图像采集装置提供的电动汽车和待换电池的图像信息转换成PLC所需的机械手在各个工位的位置坐标数据及控制命令通过总线接口发送给PLC；

所述PLC用于控制机械手完成换电池具体动作。

上述电动汽车全自动换电池控制系统还包括与上位机通过以太网连接的用于监控上位机的充换电站监控系统。

上述上位机包括上位机初始化模块、以太网通讯模块、视觉数据采集处理模块、数据标定处理模块、全自动换电模块以及退出模块；

所述上位机初始化模块用于对图像采集装置、总线接口、以太网以及PLC进行初始化；

所述以太网通讯模块通过以太网建立上位机与充换电站监控系统的连接；

所述视觉数据采集处理模块包括用于对图像采集装置进行初始化；

还用于关闭图像采集装置；

还用于将图像采集装置采集的电动汽车和待换电池图像信息转换成视觉坐标系下待换电池的位置和姿态坐标数据；

还用于确定电池仓内有无电池的判断模块；

所述数据标定处理模块用于对数据处理模块输出的视觉坐标系下待换电池的位置和姿态坐标数据进行转换得到PLC所需的机械手在各个工位的位置和姿态坐标数据；

所述全自动换电模块用于与PLC进行控制命令和数据的实时通讯；

所述退出模块用于关闭图像采集装置以及总线接口，控制整个电动汽车全自动换电池控制系统停止工作。

上述图像采集装置包括用于采集电动汽车图像的顶部照相机、用于采集电池图像的侧部照相机以及将采集的电动汽车图像和电池图像发送给上位机的数据传输装置。

基于上述电动汽车全自动换电池控制系统，现提出一种控制方法，具体包括以下步骤：

1】当电动汽车驶入换电站时，电动汽车初定位完成后，启动上位机，上位机初始化模块开始对图像采集装置、以太网、总线接口以及PLC进行初始化；

2】图像采集装置开始工作，首先，顶部照相机开始对电动汽车拍照，采集电动汽车的图像；接着，侧部照相机对电动汽车内的待换电池拍照，采集待换电池的图像；与此同时，图像采集装置中的数据传输装置将采集到的电动汽车以及待换电池的图像信息发送至上位机；

3】上位机接收到电动汽车以及待换电池的图像信息，首先，通过视觉数据采集处理模块将上述图像信息转换为待换电池在视觉坐标系下的位置、姿态坐标数据；再通过数据标定处理模块将待换电池在视觉坐标系下的位置、姿态坐标数据转换成PLC所需的机械手在各个工位的坐标数据；

4】通过全自动换电模块将PLC所需的机械手在各个工位的坐标数据以及工作指令发送给PLC；

5】PLC每接收到一个指令就开始控制机械手完成当前指令的工作，并将完成情况反馈给全自动换电模块；

6】重复步骤4】和步骤5】，直到整个换电池工作完成，PLC控制机械手回到初始待机位置；

7】上位机启动退出模块，从而控制图像采集装置、以太网、总线接口以及PLC停止工作，换电完毕。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用上位机作为核心，实时的与图像采集装置、充换电站监控系统以及PLC相互通讯，使得整个系统自动化程度提高，更加便于管理，控制精度高。

2、本发明采用上位机和图像采集装置的结合，使得系统能准确的获取机械手所要取放电池的位置坐标数据。

3、本发明采用上位机与充换电站监控系统相结合，能够快速、准确的获得电动汽车以及待换电池的信息，便于无人值守的情况下，充换电站的管理。

4.本发明采用上位机和PLC相结合，使得PLC控制机械手的动作更加精确，保证了整个换电池系统运行的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的系统框架图

具体实施方式

以下结合图1对本发明进行详述：

首先，对本发明的电动汽车全自动换电池控制系统进行说明。该系统包括上位机、图像采集装置以及PLC三部分组成；上位机分别与图像采集装置以及PLC相互通讯；

其中，图像采集装置用于获取驶入换电站准备换电池的电动汽车以及待换电池图像信息；PLC用于控制机械手完成换电池具体动作；上位机将图像采集装置提供的电动汽车和待换电池的图像信息转换成PLC所需的机械手在各个工艺的位置坐标数据及控制命令通过总线接口发送给PLC；

特别的，该电动汽车全自动换电池控制系统还包括通过以太网与上位机连接并用于监控上位机的充换电站监控系统。

由上述部分可以看出上位机是该系统的核心，本发明中上位机包括上位机初始化模块、以太网通讯模块、视觉数据采集处理模块、数据标定处理模块、全自动换电模块以及退出模块；

进一步说，上位机初始化模块用于对图像采集装置、以太网、总线接口以及PLC进行初始化；

进一步说，以太网通讯模块控制以太网建立上位机与换电站充换电站监控系统的连接，从而实现换电站充换电站监控系统对上位机的监控。

进一步说，视觉数据采集处理模块用于控制图像采集装置，该模块还用于关闭图像采集装置；

还用于将图像采集装置采集的电动汽车和待换电池图像信息转换成视觉坐标系下待换电池的位置和姿态坐标数据；

还用于确定电池仓内有无电池的判断模块；（电池仓是对馈电电池进行充电的装置，一个移动充电柜有n行n列个电池仓）；

进一步说，数据标定处理模块用于对数据处理模块输出的视觉坐标系下待换电池的位置和姿态坐标数据进行转换得到PLC所需的机械手在各个工位的位置和姿态坐标数据；

进一步说，全自动换电模块用于与PLC进行控制命令和数据的实时通讯；

进一步说，退出模块用于关闭图像采集装置、以太网以及总线接口，控制整个电动汽车全自动换电池控制系统停止工作。

除此之外，本发明的系统中图像采集装置包括用于采集电动汽车图像的顶部照相机、用于采集电池图像的侧部照相机以及将采集的电动汽车图像和电池图像发送给上位机的数据传输装置。

基于上述系统对本发明提出的电动汽车全自动换电池控制方法进行详述，该方法具体包括以下步骤：

1】当电动汽车驶入换电站时，电动汽车初定位完成后，启动上位机，上位机初始化模块开始对图像采集装置、以太网、总线接口以及PLC进行初始化；

2】图像采集装置开始工作，首先，顶部照相机开始对电动汽车拍照，采集电动汽车的图像；接着，侧部照相机对电动汽车内的待换电池拍照，采集待换电池的图像；与此同时，图像采集装置中的数据传输装置将采集到的电动汽车以及待换电池的图像信息发送至上位机；

3】上位机接收到电动汽车以及待换电池的图像信息，首先，通过视觉数据采集处理模块将上述图像信息转换为待换电池在视觉坐标系下的位置、姿态坐标数据；再通过数据标定处理模块将待换电池在视觉坐标系下的位置、姿态坐标数据转换成PLC所需的机械手在各个工位的坐标数据；

4】通过全自动换电模块将PLC所需的机械手在各个工位的坐标数据以及工作指令发送给PLC；

5】PLC每接收到一个指令就开始控制机械手完成当前指令的工作，并将完成情况反馈给全自动换电模块；

6】重复步骤4】和步骤5】，直到整个换电池工作完成，PLC控制机械手回到初始待机位置；

7】上位机启动退出模块，从而控制图像采集装置、以太网、总线接口以及PLC停止工作，换电完毕。

Claims (5)

1.一种电动汽车全自动换电池控制系统，其特征在于：包括上位机、图像采集装置以及PLC；

所述上位机分别与图像采集装置以及PLC相互通讯；

所述图像采集装置用于获取驶入换电站准备换电池的电动汽车以及待换电池图像信息；

所述上位机将图像采集装置提供的电动汽车和待换电池的图像信息转换成PLC所需的机械手在各个工位的位置坐标数据及控制命令通过总线接口发送给PLC；

所述PLC用于控制机械手完成换电池具体动作。

2.根据权利要求1所述的电动汽车全自动换电池控制系统，其特征在于：所述电动汽车全自动换电池控制系统还包括与上位机通过以太网连接的用于监控上位机的充换电站监控系统。

3.根据权利要求2所述的电动汽车全自动换电池控制系统，其特征在于：所述上位机包括上位机初始化模块、以太网通讯模块、视觉数据采集处理模块、数据标定处理模块、全自动换电模块以及退出模块；

所述上位机初始化模块用于对图像采集装置、总线接口、以太网以及PLC进行初始化；

所述以太网通讯模块通过以太网建立上位机与充换电站监控系统的连接；

所述视觉数据采集处理模块包括用于对图像采集装置进行初始化；

还用于关闭图像采集装置；

还用于将图像采集装置采集的电动汽车和待换电池图像信息转换成视觉坐标系下待换电池的位置和姿态坐标数据；

还用于确定电池仓内有无电池的判断模块；

所述数据标定处理模块用于对数据处理模块输出的视觉坐标系下待换电池的位置和姿态坐标数据进行转换得到PLC所需的机械手在各个工位的位置和姿态坐标数据；

所述全自动换电模块用于与PLC进行控制命令和数据的实时通讯；

所述退出模块用于关闭图像采集装置以及总线接口，控制整个电动汽车全自动换电池控制系统停止工作。

4.根据权利要求3所述的电动汽车全自动换电池控制系统，其特征在于：所述图像采集装置包括用于采集电动汽车图像的顶部照相机、用于采集电池图像的侧部照相机以及将采集的电动汽车图像和电池图像发送给上位机的数据传输装置。

5.基于权利要求4所述的电动汽车全自动换电池控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】当电动汽车驶入换电站时，电动汽车初定位完成后，启动上位机，上位机初始化模块开始对图像采集装置、以太网、总线接口以及PLC进行初始化；

2】图像采集装置开始工作，首先，顶部照相机开始对电动汽车拍照，采集电动汽车的图像；接着，侧部照相机对电动汽车内的待换电池拍照，采集待换电池的图像；与此同时，图像采集装置中的数据传输装置将采集到的电动汽车以及待换电池的图像信息发送至上位机；

3】上位机接收到电动汽车以及待换电池的图像信息，首先，通过视觉数据采集处理模块将上述图像信息转换为待换电池在视觉坐标系下的位置、姿态坐标数据；再通过数据标定处理模块将待换电池在视觉坐标系下的位置、姿态坐标数据转换成PLC所需的机械手在各个工位的坐标数据；

4】通过全自动换电模块将PLC所需的机械手在各个工位的坐标数据以及工作指令发送给PLC；

5】PLC每接收到一个指令就开始控制机械手完成当前指令的工作，并将完成情况反馈给全自动换电模块；

6】重复步骤4】和步骤5】，直到整个换电池工作完成，PLC控制机械手回到初始待机位置；

7】上位机启动退出模块，从而控制图像采集装置、以太网、总线接口以及PLC停止工作，换电完毕。

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