CN110324404A - 一种集中式换电柜的控制系统及其方法 - Google Patents

一种集中式换电柜的控制系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集中式换电柜的控制系统及其方法，包括云端服务器，云端服务器连接有工控板，工控板连接有逻辑电路板，逻辑电路板分别连接有门锁电路板和充电器；所述云端服务器与终端设备通讯；控制方法包括以下步骤：通过终端设备扫描换电柜上的二维码，将扫描信息上传至云端服务器，云端服务器根据该扫描信息对工控板下发开门指令，工控板将开门指令下发到逻辑电路板，逻辑电路板控制门锁电路板打开柜门，用户电池塞入电池仓，关上仓门，通过门锁电路板检测电池信息，打开相应的正常电池所在仓门，用户拿走新电池，完成换电，采用动态分配充电功率的方法对需要充电的电池进行充电。本发明具有能够有效的提高充电效率和消除安全隐患的特点。

Description

一种集中式换电柜的控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种集中式换电柜，特别是一种集中式换电柜的控制系统及其方法。
背景技术
随着外卖和共享电动车等行业的发展，对于电动车电池的续航能力要求较高，而单个电池的电容量有限，这样就需要经常对电池进行充电，但是，现有电池的充电时间较长，影响正常使用。为了解决上述问题，集中式换电柜应用而生，即用户只需将待充电的电池放入换电柜内，取出满电的电池即可。但是，现有的集中式换电柜只能够实现简单的充电，无法实时监测柜体内的电池状态，不仅存在一定的安全隐患，而且充电的效率也较低。因此，现有的技术存在着充电效率较低和具有一定的安全隐患的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种集中式换电柜的控制系统及其方法。本发明具有能够有效的提高充电效率和消除安全隐患的特点。
本发明的技术方案：一种集中式换电柜的控制系统，包括云端服务器，云端服务器连接有工控板，工控板连接有逻辑电路板，逻辑电路板分别连接有门锁电路板和充电器，门锁电路板还连接有电池通讯组件；所述云端服务器经http协议或websocket协议与终端设备通讯。
前述的一种集中式换电柜的控制系统中，所述云端服务器经mqtt协议与工控板相连。
前述的一种集中式换电柜的控制系统中，所述电池通讯组件包括控制芯片，控制芯片经DC/DC变换器与电池BMS板相连，控制芯片还分别连接有震动传感器、看门狗电路和隔离485电路，隔离485电路与门锁电路板相连；控制芯片上设有SPI接口，SPI接口与电池BMS板相连。
一种集中式换电柜的控制方法，包括以下步骤：
A、通过终端设备扫描换电柜上的二维码，将扫描信息上传至云端服务器；
B、云端服务器识别该扫描信息之后，对工控板下发开门指令；
C、工控板收到云端服务器下发的开门指令之后，转换成CAN协议数据，下发到逻辑电路板；
D、逻辑电路板CAN1收到工控板的CAN协议数据之后再转发到CAN2总线上；
E、门锁电路板收到CAN2上与本身源地址相同的开门指令之后，打开柜门；
F、用户把自己手上的电池塞入电池仓，关上仓门；
G、通过门锁电路板检测电池信息，电池信息依次经逻辑电路板和工控板后传递至云端服务器，云端服务器判断该电池为合法电池之后，对相应的正常电池所在仓下发开门指令，仓门打开，用户拿走新电池，关上仓门，完成换电；
H、采用动态分配充电功率的方法对需要充电的电池进行充电。
前述的一种集中式换电柜的控制方法中，步骤E中，门锁电路板在控制打开空仓门进入换电阶段的同时会开启定时器，一定时间内未完成换电自动结束换电过程。
前述的一种集中式换电柜的控制方法中，步骤G中的具体方法为：门锁电路板定时发起与电池的通信，门锁电路板检测到电池之后，把电池相关数据发送到CAN2总线上，逻辑电路板收到电池相关数据之后再通过CAN1转发给工控板，工控板向云端服务器上报该电池数据，云端服务器判断为合法电池之后，云端服务器找出一个正常可用的电池，然后对该电池所在仓下发开门指令，打开门之后，用户拿走新电池，关上仓门，完成换电。
前述的一种集中式换电柜的控制方法中，云端服务器通过识别电池自带的ID号来判断电池的合法性；所述正常可用的电池的寻找方式为：先找寻出电池电量超过阀值的电池，将这些电池划入正常可用电池集合，按照先进先出的原则，选取正常可用电池集合内的相应电池即可；所述阀值为95％。
前述的一种集中式换电柜的控制方法中，步骤G中，门锁电路板通过电池通讯组件获取放在柜子里的电池的信息，并通过CAN-BUS上传至工控板，工控板将电池信息上传至云端服务器；同时，门锁电路板连接有RGB灯，用于提示用户柜体当前的运行状态。
前述的一种集中式换电柜的控制方法中，逻辑电路板定时将温湿度和烟感数据上传，当温湿度或者烟感中任一项超过最高警戒值，逻辑电路板会向充电器下发停止充电指令。
前述的一种集中式换电柜的控制方法中，步骤H中具体的动态分配充电功率的方法为：
第一步，读取换电柜内的所有充电电池信息，将充电电池按剩余电量进行划分，分别得到需要快充集合、慢充集合和断电集合，快充集合、慢充集合和断电集合中的电池数量分别为x、y和z；
第二步，计算入户电压可承载总功率w最多能够支持快充的电池数量a；
第三步，计算最终能够进行快充的电池所消耗的总功率p；
第四步，根据最终进行快充的电池所消耗的总功率p计算得到最终能够支持的慢充数量为b；
第五步，下发充电指令，进行充电。
与现有技术相比，本发明通过云端服务器、工控板、逻辑电路板、门锁电路板、充电器、电池通讯组件和终端设备之间的相互配合，实现换电柜的快速换电，整个过程只需3秒，利用门锁电路板与电池通讯组件的联系，完成对电池状态的实时监测，判断电池的合法性，不仅能够有效的提高换电柜运行过程中的安全性，也能够保证电池的质量；通过采用动态分配充电功率的方法对换电柜内的电池进行充电，在额定功率内精确控制电池的充电挡位，充分的利用了充电的功率，能更有效的利用电力资源，提高充电效率；并且保证最短时间内充满一两个电池。综上所述，本发明具有能够有效的提高充电效率和消除安全隐患的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种集中式换电柜的控制系统，包括云端服务器，云端服务器连接有工控板，工控板连接有逻辑电路板，逻辑电路板分别连接有门锁电路板和充电器，门锁电路板还连接有电池通讯组件；所述云端服务器经http协议或websocket协议与终端设备通讯。
工控板内置Android开发环境。
终端设备可以采用为手机、平板等能够扫描二维码的设备即可。
所述云端服务器经mqtt协议与工控板相连。
所述电池通讯组件包括控制芯片，控制芯片经DC/DC变换器与电池BMS板相连，控制芯片还分别连接有震动传感器、看门狗电路和隔离485电路，隔离485电路与门锁电路板相连；控制芯片上设有SPI接口，SPI接口与电池BMS板相连。
一种集中式换电柜的控制方法，包括以下步骤：
A、通过终端设备扫描换电柜上的二维码，将扫描信息上传至云端服务器；
B、云端服务器识别该扫描信息之后，对工控板下发开门指令；
C、工控板收到云端服务器下发的开门指令之后，转换成CAN协议数据，下发到逻辑电路板；
D、逻辑电路板CAN1收到工控板的CAN协议数据之后再转发到CAN2总线上；
E、门锁电路板收到CAN2上与本身源地址相同的开门指令之后，打开柜门；
F、用户把自己手上的电池塞入电池仓，关上仓门；
G、通过门锁电路板检测电池信息，电池信息依次经逻辑电路板和工控板后传递至云端服务器，云端服务器判断该电池为合法电池之后，对相应的正常电池所在仓下发开门指令，仓门打开，用户拿走新电池，关上仓门，完成换电；
H、采用动态分配充电功率的方法对需要充电的电池进行充电。
根据时间环境选择充电模式：白天，选用动态分配充电模式；晚上，选用充电保护模式。
充电保护模式的具体方法为，读取换电柜内所有的电池信息，对剩余电量低于100％的电池采用慢充的方式进行充电；将电池电量100％或者有故障上报的电池进行断电处理。
步骤E中，门锁电路板在控制打开空仓门进入换电阶段的同时会开启定时器，一定时间内未完成换电自动结束换电过程。
步骤G中的具体方法为：门锁电路板定时发起与电池的通信，门锁电路板检测到电池之后，把电池相关数据发送到CAN2总线上，逻辑电路板收到电池相关数据之后再通过CAN1转发给工控板，工控板向云端服务器上报该电池数据，云端服务器判断为合法电池之后，云端服务器找出一个正常可用的电池，然后对该电池所在仓下发开门指令，打开门之后，用户拿走新电池，关上仓门，完成换电。
云端服务器通过识别电池自带的ID号来判断电池的合法性；所述正常可用的电池的寻找方式为：先找寻出电池电量超过阀值的电池，将这些电池划入正常可用电池集合，按照先进先出的原则，选取正常可用电池集合内的相应电池即可；所述阀值为95％。
步骤G中，门锁电路板通过电池通讯组件获取放在柜子里的电池的信息，并通过CAN-BUS上传至工控板，工控板将电池信息上传至云端服务器；同时，门锁电路板连接有RGB灯，用于提示用户柜体当前的运行状态。
逻辑电路板定时将温湿度和烟感数据上传，当温湿度或者烟感中任一项超过最高警戒值，逻辑电路板会向充电器下发停止充电指令。
步骤H中具体的动态分配充电功率的方法为：
第一步，读取换电柜内的所有充电电池信息，将充电电池按剩余电量进行划分，分别得到需要快充集合、慢充集合和断电集合，快充集合、慢充集合和断电集合中的电池数量分别为x、y和z；
第二步，计算入户电压可承载总功率w最多能够支持快充的电池数量a；
第三步，计算最终能够进行快充的电池所消耗的总功率p；
第四步，根据最终进行快充的电池所消耗的总功率p计算得到最终能够支持的慢充数量为b；
第五步，下发充电指令，进行充电。
第五步中充电指令下发的具体方法为：当x>＝a时,则对快充集合中的前a个电池下发快速充电指令，对快充集合中剩余的电池和慢充集合中的电池按顺序下发t个慢充指令；最后对剩余的所有电池下发断电指令；
当x<a时,对快充集合x中的所有电池下发快充指令；若y>b,则对慢充集合中按照集合中的顺序前b个电池下发慢充指令，若y<b,则慢充集合所有电池下发慢充指令；最后对剩余的所有电池全部下发断电指令。
当t>＝b,则按照集合顺序依次下发b个慢充指令，如果t<b,则按照集合依次顺序下发t个慢充指令；t＝x-a+y,其中，x为充电柜内需要快充的电池数量，a为入户电压可承载总功率w最多能够支持快充的电池数量，y为充电柜内需要慢充的电池数量。
动态分配充电模式会在有新电池放入或者电池被取走时执行；或者每隔5分钟也会循环执行，每次循环都会重新计算x,y,z。
所述的白天是指9：00-23:00之间的时间段；所述的晚上是指23:00-次日9:00之间的时间段。
第一步中，将充电电池按剩余电量进行划分的具体方法为，将80％＜＝电池剩余电量＜100％的电池划入快充集合，将剩余电量＜80％的电池划入慢充集合，将电池电量＝100％或者有故障上报的电池划入断电集合。
第二步中入户电压可承载总功率w最多能够支持快充的电池数量a的计算公式为，a＝w/u，其中，w为入户电压可承载总功率，u为快充的额定功率。
第三步中，当x>＝a时，p的计算公式为：p＝a*u，其中，a为入户电压可承载总功率w最多能够支持快充的电池数量,u为快充的额定功率；
当x＜a时，p＝x*u，其中，x为换电柜内需要快充的电池数量，u为快充额定功率；
第四步中，当x>＝a时，b的计算公式为：b＝((w-a*u)/r)，其中，r为慢充时的额定功率，u为快充时的额定功率，w为入户电压可承载总功率，a为入户电压可承载总功率w最多能够支持快充的电池数量；
当x＜a时，b＝((w-x*u)/r)，其中，r为慢充时的额定功率，u为快充时的额定功率，w为入户电压可承载总功率，x为充电柜内需要快充的电池数量。
快充是指按照0.5C功率进行充电，慢充是指按照0.2C功率充电。
逻辑电路板实时检测AC220V，当220V断电时，主动上报到工控板。
ID号也包含厂家信息。
若工控板下发的充电器指令需要定时维护充电器，则定时维护功能由逻辑电路板实现，以减轻工控板压力
逻辑电路板上电检测拨码开关状态，根据此状态决定本身柜号。
控制芯片选用合宙的AIR800GPRS、GPS二合一模块，可以与云端服务器相连，实现GPS秒级定位并将BMS数据及定位数据传输至云端服务器，以及获取云端服务器命令。供电部分是电池BMS板自身提供5V电源，通过DCDC转换器转换输出3.9V电源供控制芯片工作使用。控制芯片自身输出2.8V电源作为看门狗电路的工作电源。看门狗电路与控制芯片进行双向喂狗操作，保障设备稳定可靠运行。485采用隔离485电路，通讯时充电柜提供5V电源给隔离485电路接口，门锁电路板经隔离485电路接口相连，然后进行通讯，保障隔离485电路接口的电路在外部通讯时不至于损坏电池本身。
工控板经4G网络连接云端服务器，工控板经CAN总线与逻辑电路板通讯。

Claims (10)

1.一种集中式换电柜的控制系统，其特征在于：包括云端服务器，云端服务器连接有工控板，工控板连接有逻辑电路板，逻辑电路板分别连接有门锁电路板和充电器，门锁电路板还连接有电池通讯组件；所述云端服务器经http协议或websocket协议与终端设备通讯。
2.根据权利要求1所述的一种集中式换电柜的控制系统，其特征在于：所述云端服务器经mqtt协议与工控板相连。
3.根据权利要求1所述的一种集中式换电柜的控制系统，其特征在于：所述电池通讯组件包括控制芯片，控制芯片经DC/DC变换器与电池BMS板相连，控制芯片还分别连接有震动传感器、看门狗电路和隔离485电路，隔离485电路与门锁电路板相连；控制芯片上设有SPI接口，SPI接口与电池BMS板相连。
4.实现权利要求1-3中任一项所述的一种集中式换电柜的控制方法，其特征在于,包括以下步骤：
A、通过终端设备扫描换电柜上的二维码，将扫描信息上传至云端服务器；
B、云端服务器识别该扫描信息之后，对工控板下发开门指令；
C、工控板收到云端服务器下发的开门指令之后，转换成CAN协议数据，下发到逻辑电路板；
D、逻辑电路板CAN1收到工控板的CAN协议数据之后再转发到CAN2总线上；
E、门锁电路板收到CAN2上与本身源地址相同的开门指令之后，打开柜门；
F、用户把自己手上的电池塞入电池仓，关上仓门；
G、通过门锁电路板检测电池信息，电池信息依次经逻辑电路板和工控板后传递至云端服务器，云端服务器判断该电池为合法电池之后，对相应的正常电池所在仓下发开门指令，仓门打开，用户拿走新电池，关上仓门，完成换电；
H、采用动态分配充电功率的方法对需要充电的电池进行充电。
5.根据权利要求4所述的一种集中式换电柜的控制方法，其特征在于：步骤E中，门锁电路板在控制打开空仓门进入换电阶段的同时会开启定时器，一定时间内未完成换电自动结束换电过程。
6.根据权利要求4所述的一种集中式换电柜的控制方法，其特征在于：步骤G中的具体方法为：门锁电路板定时发起与电池的通信，门锁电路板检测到电池之后，把电池相关数据发送到CAN2总线上，逻辑电路板收到电池相关数据之后再通过CAN1转发给工控板，工控板向云端服务器上报该电池数据，云端服务器判断为合法电池之后，云端服务器找出一个正常可用的电池，然后对该电池所在仓下发开门指令，打开门之后，用户拿走新电池，关上仓门，完成换电。
7.根据权利要求6所述的一种集中式换电柜的控制方法，其特征在于：云端服务器通过识别电池自带的ID号来判断电池的合法性；所述正常可用的电池的寻找方式为：先找寻出电池电量超过阀值的电池，将这些电池划入正常可用电池集合，按照先进先出的原则，选取正常可用电池集合内的相应电池即可；所述阀值为95％。
8.根据权利要求4所述的一种集中式换电柜的控制方法，其特征在于：步骤G中，门锁电路板通过电池通讯组件获取放在柜子里的电池的信息，并通过CAN-BUS上传至工控板，工控板将电池信息上传至云端服务器；同时，门锁电路板连接有RGB灯，用于提示用户柜体当前的运行状态。
9.根据权利要求4所述的一种集中式换电柜的控制方法，其特征在于：逻辑电路板定时将温湿度和烟感数据上传，当温湿度或者烟感中任一项超过最高警戒值，逻辑电路板会向充电器下发停止充电指令。
10.根据权利要求4所述的一种集中式换电柜的控制方法，其特征在于：步骤H中具体的动态分配充电功率的方法为：
第一步，读取换电柜内的所有充电电池信息，将充电电池按剩余电量进行划分，分别得到需要快充集合、慢充集合和断电集合，快充集合、慢充集合和断电集合中的电池数量分别为x、y和z；
第二步，计算入户电压可承载总功率w最多能够支持快充的电池数量a；
第三步，计算最终能够进行快充的电池所消耗的总功率p；
第四步，根据最终进行快充的电池所消耗的总功率p计算得到最终能够支持的慢充数量为b；
第五步，下发充电指令，进行充电。
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