CN104417505A - 电动汽车电池更换系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动汽车电车更换系统，包括上位机子系统，视觉定位子系统、机器人子系统、安防子系统、配电控制子系统，上位机子系统用于控制其他各个子系统，安防子系统用于在电动汽车进入电池更换区域后进行布防，直到接收到上位机子系统下发的撤销布防的命令；视觉定位子系统用于获取电动汽车上的电池的位置信息，以及电池仓的位置信息，并经由上位机子系统提供给机器人子系统，以使机器人子系统准确将电动汽车中的空电池取出，并将满电池装入电池仓中；配电控制子系统用于控制其他各个子系统中的所有电器的供电状态，此几个子系统配合工作即可实现电动汽车的电池自动更换过程。

Description

电动汽车电池更换系统

技术领域

本申请涉及电动汽车技术领域，特别是涉及电动汽车电池更换系统。

背景技术

电动汽车由于其动力能源为可再生的绿色能源-电能，而逐渐走入人们的生活，电动汽车是以车载电源作为动力的，车载电源的具体形式为可充电电池，为了保证可充电电池能够为汽车提供足够的电能，可充电电池的重量和体积都较大，电池更换不方便，因此，急需一种电动汽车电池自动更换系统。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种电动汽车电池更换系统，以实现电动汽车电池的自动更换，技术方案如下：

本申请提供一种电动汽车电池更换系统，包括：上位机子系统、视觉定位子系统、机器人子系统、安防子系统、配电控制子系统，以及充电仓子系统，其中：

所述上位机子系统分别与所述视觉定位子系统、所述机器人子系统、所述安防子系统、充电仓子系统，以及所述配电控制子系统连接，用于控制各个子系统；

所述安防子系统，用于当接收到所述上位机子系统下发的电动汽车进入电池更换区域并进入布防状态的命令时，使所述安防子系统中的报警装置处于警戒状态，直到接收到所述上位机子系统下发的撤销布防的命令；

所述视觉定位子系统，用于当接收到所述上位子系统下发的电池仓定位命令时，获取电动汽车的电池仓的位置信息，并将所述电池仓位置信息上传至所述上位机子系统；当接收到所述上位机子系统下发的电池定位命令时，获取电动汽车的电池位置信息，并将所述电池的位置信息上传至所述上位机子系统；

所述机器人子系统，用于当接收到所述上位机子系统下发的所述电池位置信息时，从所述电动汽车中取出空电池；当接收到所述上位机子系统下发的满电池的位置信息及所述电池仓位置信息时，将满电池装入所述电动汽车的电池仓中，以及用于当抓取出所述电动汽车的空电池后，将所述空电池通过电池中转平台运送至所述充电仓子系统的空仓位进行充电；当接收到所述上位机子系统下发的仓位号以及电池中转平台的信息，将所述仓位号对应的满电池运送至所述电池中转平台；

所述配电控制子系统，用于控制所述上位机子系统、所述安防子系统，以及所述机器人子系统中的所有电器的供电状态。

优选地，所述的电动汽车电池更换系统，应用于左右两侧均安装电池的电动汽车，所述机器人子系统包括第一机器人和第二机器人，所述第一机器人和所述第二机器人分别对所述电动汽车的左、右两侧的电池进行抓取及满电池装载。

优选地，所述安防子系统处于布防状态时，当检测到电池更换区域内出现异常情况时，发出报警信号，并向所述上位机子系统发送告警信息；

所述上位机子系统，还用于当接收到所述告警信息时，向所述配电控制子系统下发机器人断电命令，以使所述配电控制子系统切断所述机器人子系统的供电电源，最终使机器人断电停机。

优选地，上述的电动汽车电池更换系统还包括：鉴权子系统，用于对进入所述电池更换区域的电动汽车对应的换电信息进行鉴权，鉴权通过后，向所述上位机子系统返回允许所述电动汽车更换电池的鉴权通过消息。

优选地，上述的电动汽车电池更换系统还包括：

站内监控子系统，用于对进入所述电池更换区域的所述电动汽车进行监控，并对所述安防子系统处于撤防状态进行监控。

优选地，所述站内监控子系统，还用于对电池中转平台与电池仓之间的电池中转过程进行监控。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，所述电动汽车电车更换系统，包括上位机子系统，视觉定位子系统、机器人子系统、安防子系统、配电控制子系统，上位机子系统用于控制其他各个子系统，安防子系统用于在电动汽车进入电池更换区域后进行布防，直到接收到上位机子系统下发的撤销布防的命令；视觉定位子系统用于获取电动汽车上的电池的位置信息，以及电池仓的位置信息，并经由上位机子系统提供给机器人子系统，以使机器人子系统准确将电动汽车中的空电池取出，并将满电池装入电池仓中；配电控制子系统用于控制其他各个子系统中的所有电器的供电状态，此几个子系统配合工作即可实现电动汽车的电池自动更换过程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种电动汽车电池更换整体系统的结构示意图；

图2a为本申请实施例一种电动汽车电池更换流程示意图；

图2b为本申请实施例一种电动汽车电池中转流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

请参见图1，示出了本申请实施例一种电动汽车电池更换系统的结构示意图，所述电池更换系统包括：上位机子系统1、视觉定位子系统2、机器人子系统3、安防子系统4、配电控制子系统5，充电仓子系统6。

上位机子系统1用于控制其他各个子系统，上位机与其他各个子系统之间通过TCP/IP协议进行通讯，采用“换电系统通信规约”和Modbus通信协议进行数据交换。

配电控制子系统5用于控制其他各个子系统中的所有电器的供电状态，所述电器包括上位机、机器人、视频定位工控机、安防工控机、安防摄像头等电器。

优选的，图1所示的电动汽车电池更换系统还包括鉴权子系统7，用于对进入电池更换区域的电动汽车对应的换电信息进行鉴权，并在鉴权通过后，向所述上位机子系统上报允许所述电动汽车更换电池的鉴权通过消息，并将所述鉴权通过消息作为电池更换启动信号。

当鉴权子系统7核查电动汽车对应的换电信息准确无误且允许电动汽车进行换电时，向上位机子系统上报鉴权通过消息，然后，工作人员认电池更换区域无障碍物、电动汽车上午人员时，启动电池更换流程。

结合图2a所示的电动汽车自动换电流程示意图，以及图2b所示的电池中转流程示意图，详细介绍上述各个子系统的工作过程：

101，待更换电池的电动汽车进入电池更换区域。

当安防子系统4检测到电池更换区域出现车辆时，首先通过视觉定位子系统对车辆进行定位，并将定位结果传输至上位机子系统1。

优选的，图1所示的实施例提供的电动汽车电池更换系统还包括鉴权子系统7，则在步骤101之后，还包括：

102，鉴权子系统对进入所述电池更换区域的电动汽车进行鉴权，鉴权通过后，向所述上位机子系统返回允许电动汽车更换电池的鉴权通过消息。

103，上位机子系统接收到鉴权子系统发送的鉴权通过消息之后，向安防子系统发送进入安防状态的命令。

具体实施时，上位机子系统接收到鉴权通过的消息后，向安防子系统发送布防请求，安防子系统接收到布防请求后，反馈布防结果。

104，安防子系统接收到进入安防状态的命令之后，进入布防状态，并将布防结果反馈给上位机子系统。

安防子系统进入布防状态后，电池更换区域内若有人员或动物闯入、或者出现障碍物等异常情况出现时，发出报警信号，同时向上位机子系统发送告警消息，当上位机子系统接收到所述告警消息后，向配电控制子系统下发使机器人子系统断电的命令，以使配电子系统切断机器人子系统的供电电源，最终使机器人断电停机。

105，上位机子系统接收到所述布防结果后，向视觉子系统下发电池仓定位命令。

106，视觉子系统依据所述电池仓定位命令，获取电动汽车的电池仓的位置信息，并提供给上位机子系统。

具体实施时，视觉子系统首先通过拍照获得电动汽车的图像信息，然后通过图像标定、图像分割、立体匹配和三维测距等过程，获取电动汽车中电池仓的精确三维坐标信息。

107，上位机子系统将所述电池仓的位置信息发送至机器人子系统。

108，机器人子系统据所述电池仓的位置信息开启电池仓的仓门，并向上位机子系统上报仓门开启结果。

具体的，若电动汽车为左右两侧都安装电池的车型，则需要两个机器人分别同时定位吸附对应侧的电池，才能取出车上的空电池，并将所述空电池放置于电池中转平台上。

109，上位机子系统接收到所述仓门开启结果时，向视觉定位子系统下发电池定位命令

110，视觉定位子系统依据电池定位命令时，获取电动汽车的电池的位置信息，并提供给机器人子系统。

视觉子系统首先对开启仓门的电动汽车进行拍照获得电动汽车的图像信息，然后根据获取的图像信息分析获得电池仓内电池的位置信息，并将该位置信息返回至上位机子系统。

111，上位机子系统将电池的位置信息下发至机器人子系统。

112，机器人子系统依据所述电池的位置信息取出所述电池，并向上位机子系统上报取空电池结果。

113，上位机子系统接收到所述取电池结果后，将获得的满电池的位置信息下发至机器人子系统；

114，机器人子系统依据满电池的位置信息及电池仓的位置信息，将满电池装入电动汽车的电池仓内，并向上位机子系统上报满电池装仓结果；

机器人子系统依据满电池的位置信息从电池中转平台上抓取满电池，并依据接收到的电池仓的位置信息移动各个轴的位置，将满电池装入电池仓中。

具体的，若电动汽车为左右两侧都安装电池的车型，则需要两个机器人分别同时将对应侧的满电池定位，才能将满电池装入电动汽车的电池仓中。

115，上位机子系统接收到满电池装仓结果后，向机器人子系统下发关闭电池仓的仓门的命令；

116，机器人子系统依据关闭电池仓的仓门的命令，关闭电池仓的仓门，并向上位机子系统上报仓门关闭结果；

117，上位机子系统接收到所述仓门关闭结果后，通知安防子系统撤销布防状态。同时，控制机器人子系统复位，并通知配电子系统为机器人子系统断电。

上位机子系统将接收到的仓门关闭结果作为电池更换结束信号。

将满电池装入电动汽车的电池仓之后，电动汽车离开电池更换区域，此时，若电池中转平台上的空电池的状态正常，则启动电池中转流程：

118，上位机子系统接收到电池中转启动信号后，下发使安防子系统进入布防状态的命令，以使安防子系统进入布防状态；

119，上位机子系统向充电仓子系统下发开启充电仓仓门的命令；

120，充电仓子系统将充电仓内的空仓位的仓位号及满电池仓位号上报至上位机子系统；

121，上位机子系统向机器人子系统下发所述仓位号；

122，机器人子系统依据所述空仓位的仓位号将电池中转平台上的空电池运送至所述空仓位中进行充电，并向上位机子系统上报空电池装仓结果。

具体的，启动空电池中转流程后，上位机子系统向充电仓子系统6下发开启仓门的请求信息，充电仓子系统接收到该请求信息后，将电池仓中的空仓位的仓位号及，以及满电池的仓位号发送至上位机子系统。

123，机器人子系统接收到所述空电池装仓结果后，向机器人子系统下发满电池仓位号；

124，依据所述满电池的仓位号取出满电池，并将所述满电池转移至电池中转平台，向上位机子系统上报取满电池结果；

机器人子系统根据上位机子系统下发的仓位号及电池中转平台的信息，取出所述仓位号对应的电池仓中的满电池，并运送至电池中转平台，以待下一辆电动汽车更换使用，当满电池运送至电池中转平台之后，机器人子系统将取满电池的结果上传至上位机子系统。

125，上位机子系统接收到所述取满电池结果后，向充电仓子系统下发关闭仓门的命令；

126，充电仓子系统关闭仓门，并向上位机子系统上报仓门关闭结果；

127，上位机子系统接收到仓门关闭结果后，向安防子系统下发撤销安防的命令，并向机器人子系统下发复位命令。

上位机子系统将接收到的仓门关闭结果作为电池中转信号结束信号，使安防子系统下发撤销安防的命令，使安防子系统处于非警戒状态，此时，当有障碍物或人员进入电池中转区域时，安防子系统不会发出报警信号；

与此同时，上位机向机器人子系统下发复位命令，使机器人子系统回到启动前的位置，并向配电子系统下发为机器人断电的命令，使机器人子系统断电停机。

优选的，参见图1，上述实施例提供的电动汽车电池更换系统还包括站内监控子系统8，用于对进入所述电池更换区域的的电动汽车进行监控，并对安防子系统处于撤防状态时的电池更换区域进行监控，以及，依据上位机子系统中的电池中转过程的信息，对电池中转平台与电池仓之间的电池中转过程进行监控。具体的，所述监控子系统可以通过监控摄像装置实现。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种电动汽车电池更换系统，其特征在于，包括：上位机子系统、视觉定位子系统、机器人子系统、安防子系统、配电控制子系统，以及充电仓子系统，其中：

所述上位机子系统分别与所述视觉定位子系统、所述机器人子系统、所述安防子系统、充电仓子系统，以及所述配电控制子系统连接，用于控制各个子系统；

所述安防子系统，用于当接收到所述上位机子系统下发的电动汽车进入电池更换区域并进入布防状态的命令时，使所述安防子系统中的报警装置处于警戒状态，直到接收到所述上位机子系统下发的撤销布防的命令；

所述视觉定位子系统，用于当接收到所述上位子系统下发的电池仓定位命令时，获取电动汽车的电池仓的位置信息，并将所述电池仓位置信息上传至所述上位机子系统；当接收到所述上位机子系统下发的电池定位命令时，获取电动汽车的电池位置信息，并将所述电池的位置信息上传至所述上位机子系统；

所述机器人子系统，用于当接收到所述上位机子系统下发的所述电池位置信息时，从所述电动汽车中取出空电池；当接收到所述上位机子系统下发的满电池的位置信息及所述电池仓位置信息时，将满电池装入所述电动汽车的电池仓中，以及用于当抓取出所述电动汽车的空电池后，将所述空电池通过电池中转平台运送至所述充电仓子系统的空仓位进行充电；当接收到所述上位机子系统下发的仓位号以及电池中转平台的信息，将所述仓位号对应的满电池运送至所述电池中转平台；

所述配电控制子系统，用于控制所述上位机子系统、所述安防子系统，以及所述机器人子系统中的所有电器的供电状态。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电池更换系统，其特征在于，应用于左右两侧均安装电池的电动汽车，所述机器人子系统包括第一机器人和第二机器人，所述第一机器人和所述第二机器人分别对所述电动汽车的左、右两侧的电池进行抓取及满电池装载。

3.根据权利要求1所述的电动汽车电池更换系统，其特征在于，所述安防子系统处于布防状态时，当检测到电池更换区域内出现异常情况时，发出报警信号，并向所述上位机子系统发送告警信息；

所述上位机子系统，还用于当接收到所述告警信息时，向所述配电控制子系统下发机器人断电命令，以使所述配电控制子系统切断所述机器人子系统的供电电源，最终使机器人断电停机。

4.根据权利要求1所述的电动汽车电池更换系统，其特征在于，还包括：鉴权子系统，用于对进入所述电池更换区域的电动汽车对应的换电信息进行鉴权，鉴权通过后，向所述上位机子系统返回允许所述电动汽车更换电池的鉴权通过消息。

5.根据权利要求1所述的电动汽车电池更换系统，其特征在于，还包括：

站内监控子系统，用于对进入所述电池更换区域的所述电动汽车进行监控，并对所述安防子系统处于撤防状态进行监控。

6.根据权利要求5所述的电动汽车电池更换系统，其特征在于，所述站内监控子系统，还用于对电池中转平台与电池仓之间的电池中转过程进行监控。