CN111415469A - 基于无线通讯技术的换电系统及方法 - Google Patents

基于无线通讯技术的换电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于无线通讯技术的换电系统及方法，属于电池换电领域。本发明包括：换电人员在云平台中进行注册，并将对应的电池信息录入至云平台，其中，换电人员在租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联；换电人员使用智能终端扫描换电柜的二维码，换电柜打开一个空换电仓仓门，换电人员将关联的旧电池放入该换电仓后关闭仓门，使用该换电仓的无线通讯功能与该旧电池的无线通讯功能建立无线通讯，旧电池通过位移状态检测功能判断该旧电池是否处于静止状态及充电状态，若是，则通过无线告知该换电仓，云平台将换电人员与关联的旧电池解除，并为换电人员重新关联一个满电的新电池，并打开该新电池所在仓门让换电人员取走。

Description

基于无线通讯技术的换电系统及方法
技术领域
本发明涉及电池换电技术，特别涉及一种基于无线通讯技术的换电系统及方法。
背景技术
由于社会对环境的逐步重视以及石油资源的逐年减少，电动车的市场空间越来越大。对于换电人员而言，最希望的是解决电池的充电问题，尤其是那些需要持续用电动车的换电人员，如美团等接单送外卖的人员，还希望电池能尽快充好电以便保障外卖能准点送到。基于这样的市场需求，一种新型的业务慢慢发展了起来，那就是电池换电业务。
电池换电业务是指将原来的电池放到某处后，然后另外换取一个高电量的电池使用。为了让换电业务简便，一种叫换电柜的换电装置已经被发明了出来。换电柜是这样一个设备，它由多个仓组成，每个仓都可以容纳一个电池。当人员到换电柜中来换电池时，换电柜首先会打开一个空仓的仓门，提醒换电人员将他们的要换入的电池放入空仓中并将电池接上充电桩充电，正确执行以上步骤后关上仓门，这个过程称为“还电”，即归还电池。换电柜确定换电人员已经完成了“还电”流程后，会打开一个装有高电量的电池的仓的仓门，让换电人员将高电量的电池取走，这个过程称为“取电”。因此换电人员一个完整换电流程包括“还电”与“取电”两个大的步骤。后文中我们将使用换电柜进行换电池的人员统称为“换电人员。”
换电柜如何与电池进行通讯获知电池的状态？传统的做法是向电池的通讯端口中插入与换电柜通讯的接头，换电柜与电池进行有线通讯。但是换电是一个频繁进行的业务，如果频繁去插拔接头，电池的通讯端口和换电柜的通讯接头很可能会损坏，电池和换电柜的使用寿命将大打折扣，并且，使用硬件的通讯装置成本过高，因此采用有线通讯存在较明显的弊端。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线通讯技术的换电系统及方法，解决目前在换电过程中使用有线的通讯接头实现通讯功能，影响电池及使用寿命，且硬件成本过高的问题。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：基于无线通讯技术的换电系统，包括换电柜、电池和云平台；
换电人员在云平台中进行注册，并将对应的电池信息录入至云平台，其中，换电人员在租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联；
所述换电柜，包括二维码和多个换电仓，所述多个换电仓中每个换电仓均具备在位检测功能和无线通讯功能；
所述电池，具备无线通讯功能、使用状态检测功能和位移状态检测功能，所述电池的使用状态至少包括充电状态；
当换电人员使用智能终端扫描换电柜的二维码时，云平台向换电柜下发查询指令，查询该换电柜是否具备换电条件，当换电柜具备换电条件时，换电柜向云平台发送应答指令，当云平台接收到所述应答指令时，向换电柜发送换电指令，所述换电指令包括命令码及旧电池序列号；
当换电柜接收到所述换电指令时，打开一个空换电仓仓门，换电人员将关联的旧电池放入该换电仓后关闭仓门；
当关闭所述换电仓仓门后，该换电仓通过在位检测功能判断换电仓内放入的物体是否为与换电人员关联的旧电池，若是，则使用该换电仓的无线通讯功能与该旧电池的无线通讯功能建立无线通讯；
当换电仓与旧电池建立无线通讯时，该旧电池通过位移状态检测功能判断该旧电池是否处于静止状态，若是，则通过使用状态检测功能判断该旧电池是否处于充电状态，若是，则通过无线告知该换电仓，换电柜向云平台传输该旧电池的序列号通知云平台将换电人员与关联的旧电池解除，并向云平台传输新电池的序列号，为换电人员重新关联一个满电的新电池，并打开该新电池所在仓门让换电人员取走。
进一步的是，通过蓝牙模块实现所述无线通讯功能。
进一步的是，通过红外传感器或重力传感器或GPS定位模块实现所述在位检测功能。
进一步的是，所述电池的使用状态还包括放电状态和空载状态，所述放电状态表示该电池正在被放电使用，且有放电电流，所述空载状态表示放电池的正负极之间未接入任何负载。
进一步的是，在所述云平台中，换电人员每关联一个新电池，会增加一条记录，每解除关联一个电池，将删除一条记录。
基于无线通讯技术的换电方法，应用于所述的基于无线通讯技术的换电系统，括如下步骤：
步骤1、换电人员在云平台中进行注册，并将对应的电池信息录入至云平台，其中，换电人员在租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联；
步骤2、换电人员使用智能终端扫描换电柜的二维码，云平台向换电柜下发查询指令，查询该换电柜是否具备换电条件，当换电柜具备换电条件时，换电柜向云平台发送应答指令；
步骤3、当云平台接收到所述应答指令时，向换电柜发送换电指令，所述换电指令包括命令码及旧电池序列号；
步骤4、当换电柜接收到所述换电指令时，打开一个空换电仓仓门，换电人员将关联的旧电池放入该换电仓后关闭仓门；
步骤5、当关闭所述换电仓仓门后，该换电仓通过在位检测功能判断换电仓内放入的物体是否为与换电人员关联的旧电池，若是，则使用该换电仓的无线通讯功能与该旧电池的无线通讯功能建立无线通讯；
步骤6、当换电仓与旧电池建立无线通讯时，该旧电池通过位移状态检测功能判断该旧电池是否处于静止状态，若是，则通过使用状态检测功能判断该旧电池是否处于充电状态，若是，则通过无线告知该换电仓；
步骤7、换电柜向云平台传输该旧电池的序列号通知云平台将换电人员与关联的旧电池解除，并向云平台传输新电池的序列号，为换电人员重新关联一个满电的新电池，并打开该新电池所在仓门让换电人员取走。
进一步的是，步骤5中，通过蓝牙模块实现所述无线通讯功能。
进一步的是，步骤6中，通过红外传感器或重力传感器或GPS定位模块实现所述在位检测功能。
进一步的是，步骤6中，所述电池的使用状态还包括放电状态和空载状态，所述放电状态表示该电池正在被放电使用，且有放电电流，所述空载状态表示放电池的正负极之间未接入任何负载。
进一步的是，步骤7中，在所述云平台中，换电人员每关联一个新电池，会增加一条记录，每解除关联一个电池，将删除一条记录。
本发明的有益效果是，通过上述基于无线通讯技术的换电系统及方法，换电柜与电池间采用无线通讯,延长了换电柜和电池的使用寿命，降低了维修成本。另外，采用该种通讯方式，不再要求换电人员一定要将通讯线插好，因此使整个换电流程变得更加简便。另外基于这种全新的设计，换电柜的设计变得更加简单，因此可以进一步降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例中正常放电流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，详细描述本发明的技术方案。
本发明所述基于无线通讯技术的换电系统，包括换电柜、电池和云平台。
上述系统中，换电人员在云平台中进行注册，并将对应的电池信息录入至云平台，其中，换电人员在租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联；所述换电柜，包括二维码和多个换电仓，所述多个换电仓中每个换电仓均具备在位检测功能和无线通讯功能；所述电池，具备无线通讯功能、使用状态检测功能和位移状态检测功能，所述电池的使用状态至少包括充电状态。
当换电人员使用智能终端扫描换电柜的二维码时，云平台向换电柜下发查询指令，查询该换电柜是否具备换电条件，当换电柜具备换电条件时，换电柜向云平台发送应答指令，当云平台接收到所述应答指令时，向换电柜发送换电指令，所述换电指令包括命令码及旧电池序列号。
当换电柜接收到所述换电指令时，打开一个空换电仓仓门，换电人员将关联的旧电池放入该换电仓后关闭仓门。
当关闭所述换电仓仓门后，该换电仓通过在位检测功能判断换电仓内放入的物体是否为与换电人员关联的旧电池，若是，则使用该换电仓的无线通讯功能与该旧电池的无线通讯功能建立无线通讯。
当换电仓与旧电池建立无线通讯时，该旧电池通过位移状态检测功能判断该旧电池是否处于静止状态，若是，则通过使用状态检测功能判断该旧电池是否处于充电状态，若是，则通过无线告知该换电仓，换电柜向云平台传输该旧电池的序列号通知云平台将换电人员与关联的旧电池解除，并向云平台传输新电池的序列号，为换电人员重新关联一个满电的新电池，并打开该新电池所在仓门让换电人员取走。
上述系统中，为了能够实现无线通讯功能，且降低投入成本，优选通过蓝牙模块实现所述无线通讯功能。为了实现电池的位置检测功能，优选通过红外传感器或重力传感器或GPS定位模块实现所述在位检测功能。
并且，电池的使用状态还可以包括放电状态和空载状态，所述放电状态表示该电池正在被放电使用，且有放电电流，所述空载状态表示放电池的正负极之间未接入任何负载。
在所述云平台中，换电人员每关联一个新电池，会增加一条记录，每解除关联一个电池，将删除一条记录。
另外，本申请还提出一种基于无线通讯技术的换电方法，应用于所述的基于无线通讯技术的换电系统，括如下步骤：
步骤1、换电人员在云平台中进行注册，并将对应的电池信息录入至云平台，其中，换电人员在租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联。
步骤2、换电人员使用智能终端扫描换电柜的二维码，云平台向换电柜下发查询指令，查询该换电柜是否具备换电条件，当换电柜具备换电条件时，换电柜向云平台发送应答指令；
步骤3、当云平台接收到所述应答指令时，向换电柜发送换电指令，所述换电指令包括命令码及旧电池序列号。
步骤4、当换电柜接收到所述换电指令时，打开一个空换电仓仓门，换电人员将关联的旧电池放入该换电仓后关闭仓门。
步骤5、当关闭所述换电仓仓门后，该换电仓通过在位检测功能判断换电仓内放入的物体是否为与换电人员关联的旧电池，若是，则使用该换电仓的无线通讯功能与该旧电池的无线通讯功能建立无线通讯。
步骤6、当换电仓与旧电池建立无线通讯时，该旧电池通过位移状态检测功能判断该旧电池是否处于静止状态，若是，则通过使用状态检测功能判断该旧电池是否处于充电状态，若是，则通过无线告知该换电仓。
步骤7、换电柜向云平台传输该旧电池的序列号通知云平台将换电人员与关联的旧电池解除，并向云平台传输新电池的序列号，为换电人员重新关联一个满电的新电池，并打开该新电池所在仓门让换电人员取走。
上述方法的步骤5中，为了能够实现无线通讯功能，且降低投入成本，优选通过蓝牙模块实现所述无线通讯功能。步骤6中，为了实现电池的位置检测功能，优选通过红外传感器或重力传感器或GPS定位模块实现所述在位检测功能。步骤6中，所述电池的使用状态还可以包括放电状态和空载状态，所述放电状态表示该电池正在被放电使用，且有放电电流，所述空载状态表示放电池的正负极之间未接入任何负载。步骤7中，在所述云平台中，换电人员每关联一个新电池，会增加一条记录，每解除关联一个电池，将删除一条记录。
实施例
本发明实施例以基于无线通讯技术的换电方法为例进行如下详细说明。
换电人员在系统云平台中进行注册，所有的蓝牙电池信息也均录入系统云平台。换电人员租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联，电池与换电人员建立关联的过程称为“绑定电池”。换电人员归还电池时，系统云平台移除电池与换电人员的关联，系统云平台移出电池与换电人员关联的过程称为“解绑电池”。因此在整个换电流程中，首先需要为换电人员“解绑旧电池”，然后为换电人员“绑定新电池”。正常的换电业务流程如图1所示。
具体应用时，本发明基于无线通讯技术的换电方法具体包括如下步骤：
步骤一、换电人员用手机扫描换电柜的二维码。在该步骤中，整个系统完成以下工作：
(1)云平台向换电柜下发查询指令，查询该换电柜是否具备换电的条件(假定具备)。
(2)换电柜收到云平台下发的查询指令后，向云平台做应答。
(3)云平台向换电柜发送换电指令。其中，换电指令包括两个重要数据项，分别是命令码(CM表示)和旧电池序列号(OLD_SN表示)，具体见下表：
序号 字段 字段含义
1 CM 命令码，用于表示命令的类型
2 OLD_SN 旧电池编号
步骤二、换电收到云平台发送的换电指令后，打开一个空仓仓门，提醒换电人员放入旧电池。
步骤三、换电人员放入旧电池后关闭仓门。
步骤四、换电柜与换电人员放入的旧电池进行通讯，准确获取电池的工作状态。该步骤中换电柜需要准确获取如下信息：
(1)放入的物体是否是换电人员放入的旧电池？
(2)换电人员是否正确地将充电桩插入电池，使旧电池处于充电状态？
若换电柜与电池采用有线通讯方式，以上信息很容易获得，但是本发明中换电柜与电池是采用蓝牙通讯，因此需要对换电柜与电池的功能以及双方的通讯协议进行全新的定义。
首先为换电柜的每一个仓增加在位检测功能，用于确保仓位能准确判断仓位内是否放置有物体。增加该功能的手段有很多，如增加红外传感器或者重力传感器等。另外为换电柜增加蓝牙通讯模块，用于与电池进行蓝牙通讯。
其次为电池增加如下功能：
(1)增加蓝牙通讯模块，用于与换电柜通讯。
(2)增加电池使用状态(用USE_STATE表示)检测功能，电池使用状态第一个状态是放电状态(OUT),表示电池正在被放电使用，且有放电电流；电池使用状态第二个状态是充电状态(CHARGE)，表示电池已经接入了充电桩；电池使用状态第三个状态是空载状态(UNLOAD)，表示电池的正负极之间未接入任何负载，其中，电池使用状态见下表：
序号 电池使用状态 字段含义
1 OUT 放电状态
2 charGE 充电状态
3 UNLOAD 空载状态
显然，要判断换电人员是否已经将旧电池成功放入柜体进行充电，只需判断电池的使用状态是否为充电状态(CHARGE)状态即可。如何使电池具备判断自身使用状态的功能属于电控设计的范畴，本文中不再阐述。
(3)增加电池位移状态(用MV_STATE表示)监测功能。电池在换电柜中进行充电时，电池是静止状态，因此该状态也可以作为监测电池是否已经放入换电柜中进行充电的一个判断条件。增加电池位移监测功能可为电池增加GPS定位模块。
综上，整个系统的定义中为换电柜定义了在位检测功能和蓝牙通讯功能，为电池定义了蓝牙通讯功能、使用状态检测功能、位移状态检测功能。通过对系统功能进行全新的定义，换电柜可以精确地获取电池的状态，进而决策是否允许换电人员执行换电业务。
在蓝牙通讯中，电池作为服务端提供数据访问接口，换电柜作为客户端请求数据。电池作为服务端，通过蓝牙广播以下表格中的数据：
序号 广播数据 字段含义
1 MAC 电池的硬件地址(MAC地址)
2 SN 电池的序列号
换电柜获取到电池的广播数据通过MAC地址与换电人员放入的旧电池建立蓝牙通讯连接，连接成功后向蓝牙电池请求状态数据，状态数据表如下：
序号 状态数据 字段含义
1 USE_STATE 电池使用状态
2 MV_STATE 电池位移状态
获取到了以上状态后，换电柜仓位只有检测到仓内有放入物体，且通过蓝牙通讯获得被放入的电池的使用状态(USE_STATE)为充电状态，电池的位移状态为静止状态，换电柜才允许换电，否则不允许换电。
步骤五、为换电人员解绑旧电池。通过第四步已经获得换电人员放入旧电池的序列号，而换电人员信息已经在云平台注册，因此很容易完成换电人员和电池的解绑，只需将关系表中将原来的电池和换电人员的关联关系删除即可。在这个步骤中，换电柜向云平台传输旧电池的编号，要云平台进行解绑。
步骤六、为换电人员绑定新电池。新电池即换电柜将打开仓门让换电人员取走的电池，在这个步骤中，换电柜向云平台传输新电池的编号，要云平台为换电人员绑定该新电池。电池与换电人员的绑定关系如下表所示：
序号 绑定关系 字段含义
1 SN 电池序列号
2 USER_ID 换电人员唯一标识符
换电人员每绑定一个新电池，会在上表中增加一条记录，没解绑一个电池，将在上表中删除一条记录。
步骤七、打开装有新电池的仓的仓门。新电池与换电人员绑定后，在新电池则已经归属于换电人员使用，此时可以为换电人员打开仓门让换电人员取走该电池。到这个步骤，系统的工作已经完成。
步骤八、换电人员取走新电池。

Claims (10)

1.基于无线通讯技术的换电系统，其特征在于，包括换电柜、电池和云平台；
换电人员在云平台中进行注册，并将对应的电池信息录入至云平台，其中，换电人员在租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联；
所述换电柜，包括二维码和多个换电仓，所述多个换电仓中每个换电仓均具备在位检测功能和无线通讯功能；
所述电池，具备无线通讯功能、使用状态检测功能和位移状态检测功能，所述电池的使用状态至少包括充电状态；
当换电人员使用智能终端扫描换电柜的二维码时，云平台向换电柜下发查询指令，查询该换电柜是否具备换电条件，当换电柜具备换电条件时，换电柜向云平台发送应答指令，当云平台接收到所述应答指令时，向换电柜发送换电指令，所述换电指令包括命令码及旧电池序列号；
当换电柜接收到所述换电指令时，打开一个空换电仓仓门，换电人员将关联的旧电池放入该换电仓后关闭仓门；
当关闭所述换电仓仓门后，该换电仓通过在位检测功能判断换电仓内放入的物体是否为与换电人员关联的旧电池，若是，则使用该换电仓的无线通讯功能与该旧电池的无线通讯功能建立无线通讯；
当换电仓与旧电池建立无线通讯时，该旧电池通过位移状态检测功能判断该旧电池是否处于静止状态，若是，则通过使用状态检测功能判断该旧电池是否处于充电状态，若是，则通过无线告知该换电仓，换电柜向云平台传输该旧电池的序列号通知云平台将换电人员与关联的旧电池解除，并向云平台传输新电池的序列号，为换电人员重新关联一个满电的新电池，并打开该新电池所在仓门让换电人员取走。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯技术的换电系统，其特征在于，通过蓝牙模块实现所述无线通讯功能。
3.根据权利要求1所述的基于无线通讯技术的换电系统，其特征在于，通过红外传感器或重力传感器或GPS定位模块实现所述在位检测功能。
4.根据权利要求1所述的基于无线通讯技术的换电系统，其特征在于，所述电池的使用状态还包括放电状态和空载状态，所述放电状态表示该电池正在被放电使用，且有放电电流，所述空载状态表示放电池的正负极之间未接入任何负载。
5.根据权利要求1所述的基于无线通讯技术的换电系统，其特征在于，在所述云平台中，换电人员每关联一个新电池，会增加一条记录，每解除关联一个电池，将删除一条记录。
6.基于无线通讯技术的换电方法，应用于权利要求1-5任意一项所述的基于无线通讯技术的换电系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、换电人员在云平台中进行注册，并将对应的电池信息录入至云平台，其中，换电人员在租用电池时，云平台将电池与换电人员建立关联；
步骤2、换电人员使用智能终端扫描换电柜的二维码，云平台向换电柜下发查询指令，查询该换电柜是否具备换电条件，当换电柜具备换电条件时，换电柜向云平台发送应答指令；
步骤3、当云平台接收到所述应答指令时，向换电柜发送换电指令，所述换电指令包括命令码及旧电池序列号；
步骤4、当换电柜接收到所述换电指令时，打开一个空换电仓仓门，换电人员将关联的旧电池放入该换电仓后关闭仓门；
步骤5、当关闭所述换电仓仓门后，该换电仓通过在位检测功能判断换电仓内放入的物体是否为与换电人员关联的旧电池，若是，则使用该换电仓的无线通讯功能与该旧电池的无线通讯功能建立无线通讯；
步骤6、当换电仓与旧电池建立无线通讯时，该旧电池通过位移状态检测功能判断该旧电池是否处于静止状态，若是，则通过使用状态检测功能判断该旧电池是否处于充电状态，若是，则通过无线告知该换电仓；
步骤7、换电柜向云平台传输该旧电池的序列号通知云平台将换电人员与关联的旧电池解除，并向云平台传输新电池的序列号，为换电人员重新关联一个满电的新电池，并打开该新电池所在仓门让换电人员取走。
7.根据权利要求6所述的基于无线通讯技术的换电方法，其特征在于，步骤5中，通过蓝牙模块实现所述无线通讯功能。
8.根据权利要求6所述的基于无线通讯技术的换电方法，其特征在于，步骤6中，通过红外传感器或重力传感器或GPS定位模块实现所述在位检测功能。
9.根据权利要求6所述的基于无线通讯技术的换电方法，其特征在于，步骤6中，所述电池的使用状态还包括放电状态和空载状态，所述放电状态表示该电池正在被放电使用，且有放电电流，所述空载状态表示放电池的正负极之间未接入任何负载。
10.根据权利要求6所述的基于无线通讯技术的换电方法，其特征在于，步骤7中，在所述云平台中，换电人员每关联一个新电池，会增加一条记录，每解除关联一个电池，将删除一条记录。
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