CN113147497A - 一种新能源电动汽车智能充换电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电动汽车智能充换电系统，包括停车平台、电池充电单元、充换电机器人、车辆感应装置、监控设备、车机系统、车轮定位装置、车位控制单元以及调度服务器；该调度服务器分别与所述电池充电单元、充换电机器人、车辆感应装置、监控设备、车机系统车轮定位装置以及车位控制单元建立无线通信连接；在停车平台的顶部设置多个停车位，以及在其底部设置有充换电通道，将用于为亏电电池包提供充电以及存放的多个电池充电单元设置在停车平台内部，将多个充换电机器人设置在充换电通道内以在任一停车位下方与任一电池充电单元下方之间进行移动，通过上述设备的相互配合，进而能够实现同时对多辆电动汽车进行换电。

Description

一种新能源电动汽车智能充换电系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充换电技术领域，特别涉及一种新能源电动汽车智能充换电系统。
背景技术
随着城市化、工业化进程的加速，汽车工业得到飞速发展。同时原油供求矛盾逐步加深，气候变暖日益明显，在此背景下，加快发展电动汽车充换电设施建设，搭建电动汽车产业发展平台，对于推动低碳经济发展和低碳城市建设，降低汽车污染排放，优化能源消费结构，保障能源安全，促进环境与人类和谐发展等方面具有重要意义。
受限于当前电池技术的发展瓶颈，汽车电池充电花费时间较长，无法实现如汽油车加油一样在短时间内实现电池的快速补能。在此基础上，为电动汽车进行电池更换成为了当下能够为电动汽车进行快速补能的主要方式。电动汽车充换电系统主要由供电系统、充电系统、监控系统、电池更换系统组成。
现有技术中采用的充换电设施，常见的为在地面上建造的一体式充换电站，主要由一侧为电池提供存储与充电的充电架、另一侧为车辆提供换电操作的换电平台、设置在换电平台上用于举升车辆的举升装置、能够将充电架中的满电电池取出以及将接收的亏电电池放入充电架的电池转运装置以及能够与电池转运装置对接满电/亏电电池并能够对车辆进行电池更换的换电小车所构成；其换电过程大致为：用户将需要换电的车辆交付给站点的工作人员-由工作人员将车辆驶入换电平台-通过设置在换电平台上的定位装置将车辆的位置调整到设定位置-举升装置将车辆抬升至设定的高度-换电小车移动至车辆下方将亏电电池取出并交付给电池转运装置，同时接收电池转运装置交付的满电电池-换电小车再次移动至车辆下方将满电电池进行安装-电池转运装置将接收的亏电电池放置在充电架中进行充电-举升装置将车辆下降至初始位置-工作人员将车辆驶出换单平台并交付给用户-换电完成。
通过以上描述的充换电站进行换电所存在的技术缺陷在于：
1、同时只能对一辆电动汽车进行换电，无法同时服务多辆电动汽车换电，虽然一次换电的过程基本能够控制在几分钟左右，但是受限于可供更换电池的数量（充电的时间）以及需要换电的车辆较多时，则无法满足用户的换电需求，当车辆抵达换电站时，甚至要花费几个小时的时间进行排队以等待换电。
2、当车辆驶入换电平台后，需要通过定位装置（通常为辊筒组）移动车轮以对车辆的位置进调整（需要配合换电小车的移动路径和范围），缺乏灵活性，增加换电耗时，且具有磨损轮胎的风险。
3、需要通过举升装置将车辆抬升至设定的高度以便于换电小车能够移动至车辆下方进行换电，同样的缺乏灵活性，增加换电耗时，降低换电体验。
4、需要在充电架与换电小车之间设置电池转运装置以进行电池的存取，无法仅通过换电小车就能达到换电与电池的存取的目的，设备复杂度较高；且换电小车通常沿导轨进行固定路径的移动，移动自由度较低。
为了降低设备的复杂度，提升换电体验，现有技术CN108177635A公开了一种充换电站，在其公开的技术方案中，换电小车被设置成能够承载电池在换电平台的下方与电池转运装置之间移动，以及在换电平台的下方为车辆更换电池；通过将换电平台架设于充换电站的地面上，使其下方留有移动空间，进而换电小车能够在换电平台的下方为车辆更换电池的设置方式，能够在不抬升车辆的情形下换电，从而省略了换电过程中的车辆抬升过程。
即通过该技术手段克服了上述第3点的技术缺陷，但是其仍然存在上述第1、2以及第4点中所指出的技术缺陷。
发明内容
发明目的：
为了克服背景技术中指出的缺点，本发明实施例提供了一种新能源电动汽车智能充换电系统，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。
技术方案：
一种新能源电动汽车智能充换电系统，应用于停车场，所述充换电系统包括：
在顶部设置有多个停车位以及在底部设置有充换电通道的停车平台，所述停车平台的顶部与路面处于同一水平面上；
设置在所述停车平台内部且用于为亏电电池包提供充电以及存放的多个电池充电单元；
设置在所述充换电通道内以在任一所述停车位下方与任一所述电池充电单元下方之间进行移动的多个充换电机器人，所述充换电机器人用于将从所述电池充电单元中拆卸的满电电池包运载至目标车辆所处的停车位下方、对目标车辆进行亏电电池包的拆卸以及满电电池包的安装并将拆卸后的亏电电池包运载至对应的电池充电单元下方以将其安装至所述电池充电单元中进行充电；
设置在所述停车位上以检测车辆驶入或驶出的车辆感应装置；
分布在所述停车平台上的至少一个用于识别驶入停车位车辆对应的车辆身份信息的监控设备；
设置在车辆内的用于根据用户的操作以发送换电指令的车机系统，其中所述换电指令中携带有车辆身份信息以及亏电电池包相对于车轮的位置信息；
设置在所述停车位下方且覆盖面积不小于所述停车位的用于感应车轮在所述停车位中所处位置的车轮定位装置；
设置在所述停车位上的能够在所述停车位上展开一缺口的车位控制单元，其中展开后的所述缺口的面积至少能够覆盖所述亏电电池包；
分别与所述电池充电单元、充换电机器人、车辆感应装置、监控设备、车机系统车轮定位装置以及车位控制单元建立无线通信的调度服务器，其被配置成：
根据所述车辆感应装置检测出有车辆驶入停车位的检测结果向所述监控设备发送针对所述停车位的车辆识别指令以获取驶入所述停车位上车辆对应的车辆身份信息，且将所述停车位上的车辆确定为目标车辆；
根据获取的车辆身份信息在数据库中查找与其匹配的电池包型号，根据查找出的所述电池包型号获取与其匹配的其中一满电电池包所处的电池充电单元，控制其中一处于非工作状态中的充换电机器人移动至所述电池充电单元下方并将所述电池充电单元中的满电电池包进行拆卸以运载至目标车辆所处的停车位下方；
在接收到所述车机系统发送的换电指令时，将所述换电指令中的车辆身份信息与所述目标车辆的车辆身份信息进行核准，核准成功后根据所述换电指令中的亏电电池包相对于车轮的位置信息与所述车轮定位装置感应到的车轮在所述停车位中所处位置计算出所述亏电电池包在所述停车位中对应位置；
控制所述车位控制单元在所述停车位上展开缺口以及控制所述充换电机器人移动至与所述亏电电池包对应的位置；
控制所述充换电机器人透过所述缺口对所述目标车辆进行换电操作；以及
控制所述充换电机器人将拆卸后的亏电电池包运载至对应的电池充电单元下方以将其安装至所述电池充电单元中进行充电。
作为本发明的一种优选方式，所述停车平台内部设置有多个空腔，所述电池充电单元设置在所述空腔内；
所述多个空腔集中或间隔分布在不与所述停车位产生重叠的所述停车平台内。
作为本发明的一种优选方式，所述电池充电单元由充电装置以及与所述充电装置连接的第一监控电路构成，所述充电装置以及第一监控电路设置在水平安装在所述空腔侧壁上的一壳体内；
其中在所述壳体下方的所述空腔内壁上设置有电池锁止机构；
其中所述第一监控电路能够根据所述调度服务器发送的充电/断电指令控制所述充电装置进行充电/断电操作。
作为本发明的一种优选方式，所述充换电机器人由AGV小车、间隔设置在所述AGV小车上的第一举升装置、第二举升装置、设置在所述第一举升装置上的满电电池包拆卸/安装机构以及设置在所述第二举升装置上的亏电电池包拆卸/安装机构构成。
作为本发明的一种优选方式，所述充电装置为接入配电系统的充电机，其中所述充电机设置有裸露在所述壳体外部的充电接头；其中电池包上设置有能与所述充电接头对接以接收电流输入的充电接口。
作为本发明的一种优选方式，所述充电装置为接入配电系统的能够发射电磁能的第一发射线圈，其中电池包上设置有能够接收所述第一发射线圈发射的电磁能的第一接收线圈以及能够将接收到的电磁能进行储存的第一整流电路。
作为本发明的一种优选方式，还包括设置在所述充换电通道内的为所述充换电机器人提供动力源的机器人无线充电区；
所述机器人无线充电区设置有多个接入配电系统的能够发射电磁能的第二发射线圈以及与所述第二发射线圈电连接并与所述调度服务器建立无线通信的第二监控电路，其中所述第二监控电路能够根据所述调度服务器发送的发射/断开指令控制所述第二发射线圈进行电磁能的发射/断开操作；其中所述充换电机器人设置有能够接收所述第二发射线圈发射的电磁能的第二接收线圈以及能够将接收到的电磁能进行储存的第二整流电路。
作为本发明的一种优选方式，还包括设置在停车平台进出口的与调度服务器建立无线通信的道闸装置，其在检测到车辆驶入时获取车辆身份信息并将其发送至所述调度服务器；
其中所述调度服务器还用于根据接收到的道闸装置发送的车辆身份信息判断其是否为具有换电资格的车辆，若是则向所述道闸装置发送放行指令以对其放行。
作为本发明的一种优选方式，所述车机系统还用于根据用户的操作生成换电请求以发送给所述调度服务器；
所述调度服务器根据换电请求获取请求车辆的实时位置、行驶路径、车速、身份信息以及续航信息并根据上述信息为其匹配一停车场，并根据匹配的停车场为其锁定一停车位、充换电机器人以及一满电电池包，以及将锁定的停车位对应的位置信息反馈给请求车辆；
所述调度服务器还用于在获取到请求车辆距离匹配的停车场的距离小于预设阈值时，控制锁定的充换电机器人移动至所述电池充电单元下方并将锁定的所述电池充电单元中的满电电池包进行拆卸以运载至锁定的停车位下方。
作为本发明的一种优选方式，所述充换电系统还包括设置在所述停车平台的与所述调度服务器建立无线通信的LED指引部件；
其中所述LED指引部件由设置在车道上的多个路径指引部件与分别设置在停车位前方的车位指引部件构成；
所述调度服务器还用于在识别出请求车辆抵达匹配的停车场时，通过控制所述LED指引部件为请求车辆引导抵达锁定的停车位的路线。
本发明实现以下有益效果：
1、通过本发明的实施，即通过在停车平台的顶部设置多个停车位以及在其底部设置有充换电通道，将用于为亏电电池包提供充电以及存放的多个电池充电单元设置在停车平台内部，将多个充换电机器人设置在充换电通道内以在任一停车位下方与任一所述电池充电单元下方之间进行移动，通过车辆感应装置、监控设备、车机系统、车轮定位装置、车位控制单元与调度服务器的相互配合，进而能够在不占用地面上方空间的基础上实现同时对多辆电动汽车进行换电；且无需在地面上方安装辊筒组以对车轮进行移动以实现更换的满电电池包与车辆的对准，而是通过车轮压力的感应与位置的计算得出电池包在停车位中对应的位置以实现换电机器人主动进行满电电池包与车辆的对准，进而提升换电体验；并且在用户触发换电指令之前就控制换电机器人运载满电电池包抵达需要换电的车辆下方，在用户触发换电指令后换电机器人只需要对位置进行调整即可进行换电操作；且不需要在在充电架与换电小车之间设置电池转运装置以进行电池的存取，仅通过充换电机器人就能达到换电与电池的存取，在很大程度上降低了设备的复杂度，且充换电机器人只需要一次往返就能实现对满电电池包的取出、亏电电池包的拆卸、满电电池包的安装以及亏电电池包的充电安装，大大提升了换电效率。
2、本发明可在充换电通道内即可实现对充换电机器人进行充电，有效保障了充换电机器人的工作效率。
3、本发明可以避免非换电车辆占用停车位，有效提升了换电体验。
4、本发明通过调度服务器在获取到请求车辆距离匹配的停车场的距离小于预设阈值时，控制锁定的充换电机器人移动至电池充电单元下方并将锁定的所述电池充电单元中的满电电池包进行拆卸以运载至锁定的停车位下方，如此当请求车辆停放在锁定的停车位并进入换电操作时，其下方的充换电机器人可直接对其进行换电操作，在一定程度上节省了换电的时间，提升用户的换电体验。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。
图1示出了停车平台所在环境的俯视状态。
图2示出了其中一停车平台、充换电通道的剖视结构。
图3示出了空腔集中在停车平台中的状态。
图4示出了空腔间隔分布在停车平台中的状态。
图5示出了充换电机器人的结构。
图6示出了车位控制单元在其中一停车位上展开缺口时的状态。
图7示出了充换电机器人在其中一停车位下进行换电工作时的状态。
图8示出了车辆停放在车位时其中两个车轮针对薄膜压力传感器的压感状态。
图9示出了薄膜压力传感器感应到的四个车轮的压感位置、亏电电池包相对车轮以及车位的相对位置在坐标系中的应用。
图10示出了充换电系统的各部件之间的连接关系。
图11示出了充换电机器人的组成架构。
图12示出了电池充电单元在空腔内的设置。
图13示出了电池充电单元对电池包进行充电时在空腔内的设置。
图14示出了其中一种充电装置的电路连接关系。
图15示出了另外一种充电装置的电路连接关系。
图16示出了无线充电区域在充换电通道内的俯视结构。
图17示出了另外一停车平台、充换电通道的剖视结构。
图18示出了无线充电区域的电路连接关系。
其中：停车平台-1；停车位-11；充换电通道-12；121-无线充电区；122-第二发射线圈；123-第二监控电路；空腔-13；道闸装置-14；LED指引部件-15；电池充电单元-2；充电装置-21；211-充电机；212-第一发射线圈；213-第一接收线圈；214-第一整流电路；第一监控电路-22；壳体-23；电池锁止机构-24；241-底座；242-柔性板；243-第一压缩弹簧；244-第二压缩弹簧；245-第三压缩弹簧；充换电机器人-3；AGV小车-31；第一举升装置-32；第二举升装置-33；满电电池包拆卸/安装机构-34；亏电电池包拆卸/安装机构-35；36-第二接收线圈；37-第二整流电路；车辆感应装置-4；监控设备-5；车机系统-6；车轮定位装置-7；车位控制单元-8；调度服务器-9。
具体实施方式
在此描述了本发明公开的实施例。然而，应理解的是，本发明公开的以下实施例仅为示例，并且其他实施例可采用多种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的是，参照任一附图示出和描述的多种特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本发明公开的教导一致的特征的多种组合和修改可被期望用于特定的应用或实施方式。
实施例一
参考图1~11所示；本实施例提供一种新能源电动汽车智能充换电系统，应用于停车场，所述充换电系统包括停车平台1、电池充电单元2、充换电机器人3、车辆感应装置4、监控设备5、车机系统6、车轮定位装置7、车位控制单元8以及调度服务器9；该调度服务器9分别与所述电池充电单元2、充换电机器人3、车辆感应装置4、监控设备5、车机系统6车轮定位装置7以及车位控制单元8建立无线通信连接。
停车平台1在其顶部设置有多个停车位11以及在其底部设置有充换电通道12，所述停车平台1的顶部与路面处于同一水平面上。
其中，停车平台1可以单独作为一个停车场，也可以作为停车场的一部分，即将传统停车场的部分区域改造成本实施例中的停车平台1，停车平台1至充换电通道12的底部具有一定的距离从而延展出一个空间；总体的设计思路为先在地面上挖出一个地基，根据需要设计的停车位11的数量，确定地基开槽的尺寸，根据设置在充换电通道12内的设备的高度确定地基挖掘的深度，然后在地基内进行混凝土垫层，并进行平整，待混凝土干涸之后在地基内安装多个高度统一的支撑柱或者承重梁，最后安装停车平台1，使其平行安装在支撑柱或者承重梁的上方，并保障安装后的停车平台1与路面处于同一水平面上；在停车平台1的四周设置下水槽以及槽盖，另外可根据需要在停车平台1上开设一个检修口，例如可以设计成具有电动开合门或者翻盖启闭的结构；本实施例仅对设计的总体思路进行描述，具体的施工步骤在本实施例中不进行详细说明。
电池充电单元2为多个且设置在所述停车平台1内部且用于为亏电电池包提供充电以及存放。
其中，停车平台1内部设置有多个空腔13，电池充电单元2设置在所述空腔13内。
其中一种实施方式，所述多个空腔13集中在不与停车位11产生重叠的所述停车平台1内，即设置在停车平台1中的非停车区域对应的位置，空腔13贯穿停车平台1的顶部至底部以连通停车平台1的上方与充换电通道12，空腔13的集中设置并不限定彼此之间的排列方式，可以理解为聚集在一个区域；由于电池充电单元2设置在空腔13内，因而也即各电池充电单元2集中在不与停车位11产生重叠的所述停车平台1内。
另外一种实施方式，所述多个空腔13间隔分布在不与停车位11产生重叠的所述停车平台1内，即空腔13分散设置在停车平台1中的非停车区域对应的位置，即各电池充电单元2间隔分布在不与停车位11产生重叠的所述停车平台1内，通过将电池充电单元2分散设置，可以提升散热效率，避免集中设置造成的温度过高。
充换电机器人3为多个且设置在所述充换电通道12内以在任一所述停车位11下方与任一所述电池充电单元2下方之间进行移动，所述充换电机器人3用于将从所述电池充电单元2中拆卸的满电电池包运载至目标车辆所处的停车位11下方、对目标车辆进行亏电电池包的拆卸以及满电电池包的安装并将拆卸后的亏电电池包运载至对应的电池充电单元2下方以将其安装至所述电池充电单元2中进行充电。
其中，充换电机器人3由AGV小车31、间隔设置在所述AGV小车31上的第一举升装置32、第二举升装置33、设置在所述第一举升装置32上的满电电池包拆卸/安装机构34以及设置在所述第二举升装置33上的亏电电池包拆卸/安装机构35构成。
AGV小车31具有车轮、转向装置、安全装置等机械部件；行走电机以及为行走电机提供动力源的电池组的等动力部件；以及驱动控制装置、转向控制装置、安全控制装置以及处理器等控制部件，其能够在充换电通道12内进行自由移动或者依据设定路线进行移动。其中，AGV小车31、第一举升装置32、第二举升装置33、满电电池包拆卸/安装机构34以及亏电电池包拆卸/安装机构35可以集成一个控制部件，例如将其设置在AGV小车31内，在接收到针对不同部件的控制信号时再将其分别传输给对应的上述部件中，也可以是独立设置控制部件，分别设置在上述部件内，根据接收到的控制信号对应执行控制操作。
车辆感应装置4设置在所述停车位11上以检测车辆驶入或驶出。
车辆感应装置4具体可以是地磁传感器（未图示），其安装在停车位11前方的地面上，从而对进入对应停车位11的车辆进行驶入或驶出的检测。
监控设备5为至少一个且分布在所述停车平台1上用于识别驶入停车位11车辆对应的车辆身份信息。
监控设备5具体可以是通过立杆设置在停车平台1上方的监控摄像头（未图示），通过设置多个监控摄像头对停车平台1进行全方位的监控，从而在车辆驶入停车位11时能够拍摄到车辆对应的车辆身份信息；本实施例中的车辆身份信息可以优选为车牌号码。
车机系统6设置在车辆内且用于根据用户的操作以发送换电指令，其中所述换电指令中携带有车辆身份信息以及亏电电池包相对于车轮的位置信息；例如用户可通过操作车机屏幕以触发一个换电指令的发送，或者通过语音指令触发车机系统6发送换电指令；跟随换电指令一同发送的有绑定的车牌号码以及设置在汽车底盘上的电池包相对于四个车轮的位置信息，具体可以是电池包上的定位点相对于四个车轮的位置信息。
车轮定位装置7设置在所述停车位11下方且覆盖面积不小于所述停车位11，用于感应车轮在所述停车位11中所处位置。车轮定位装置7具体可以是一铺设在停车位11下方的薄膜压力传感器。
车位控制单元8设置在所述停车位11上，其能够在所述停车位11上展开一缺口，其中展开后的所述缺口的面积至少能够覆盖所述亏电电池包。
车位控制单元8具体为设置在停车位11上的能够沿着两个相反的方向自动伸缩的盖板，可以理解为，在停车位11中间开设有一缺口，将两个盖板安装在该缺口上，其中该盖板由驱动部（例如驱动电机）进行驱动伸缩，且两个盖板同步工作，当完全伸出时，该缺口闭合；当回缩时，缺口露出，即能够在停车位11上展开缺口。
需要补充说明的一点，由于设置了车位控制单元8，薄膜压力传感器可以拆分成两个部分，一部分与车位控制单元8所覆盖的面积对应，另一部分则覆盖除去车位控制单元8覆盖面积的停车位11的其他区域；当然也可以只设置一部分，即在车位控制单元8覆盖的区域内不铺设薄膜压力传感器，毕竟在实际应用中，车轮并不会与车位控制单元8对应的区域接触。
其中，调度服务器9为后台服务器，可以设置在非停车平台1的其他区域内，例如架设在机房内。调度服务器9被配置成：
1、根据所述车辆感应装置4检测出有车辆驶入停车位11的检测结果向所述监控设备5发送针对所述停车位11的车辆识别指令以获取驶入所述停车位11上车辆对应的车辆身份信息，且将所述停车位11上的车辆确定为目标车辆。
2、根据获取的车辆身份信息在数据库中查找与其匹配的电池包型号，根据查找出的所述电池包型号获取与其匹配的其中一满电电池包所处的电池充电单元2，控制其中一处于非工作状态中的充换电机器人3移动至所述电池充电单元2下方并将所述电池充电单元2中的满电电池包进行拆卸以运载至目标车辆所处的停车位11下方。
3、在接收到所述车机系统6发送的换电指令时，将所述换电指令中的车辆身份信息与所述目标车辆的车辆身份信息进行核准，核准成功后根据所述换电指令中的亏电电池包相对于车轮的位置信息与所述车轮定位装置7感应到的车轮在所述停车位11中所处位置计算出所述亏电电池包在所述停车位11中对应位置。
4、控制所述车位控制单元8在所述停车位11上展开缺口以及控制所述充换电机器人3移动至与所述亏电电池包对应的位置。
5、控制所述充换电机器人3透过所述缺口对所述目标车辆进行换电操作；以及
控制所述充换电机器人3将拆卸后的亏电电池包运载至对应的电池充电单元2下方以将其安装至所述电池充电单元2中进行充电。
下面将对其中一车辆进入停车平台1进行换电的过程以及背后的控制策略进行展开说明：
当用户驾驶需要换电的车辆进入停车平台1后，可选择一空余停车位11驶入；当车辆驶入其中一停车位11时，设置在该停车位11上的车辆感应装置4将检测到该车辆的驶入，然后通过内置的无线模块向调度服务器9发送有车辆驶入停车位11的检测结果，调度服务器9接收到该检测结果时将向监控设备5发送针对该停车位11的车辆识别指令，其中调度服务器9的数据库中存储有停车平台1上每个停车位11的位置数据以及每个车辆感应装置4与停车位11的对应关系，获取到上述检测结果时在数据库中查找出该停车位11对应的位置数据，然后基于该位置数据决定向哪一个监控设备5发送车辆识别指令；监控设备5在接收到调度服务器9发送的车辆识别指令后将对该停车位11的驶入车辆进行拍摄并反馈给调度服务器9，再由调度服务器9对图像进行识别，以得出该车辆的车牌号码，并将该停车位11上的该车辆确定为目标车辆。
接着，调度服务器9将根据获取到的该车辆的车牌号码确定对应的车辆信息（品牌、车型等信息），再在数据库中查找出与该车辆信息相匹配的电池包型号，然后获取各电池充电单元2的当前状态（包括当前的充/断电状态、充电或存储的电池包型号）从而查找出匹配的其中一满电电池包所处的电池充电单元2，其中调度服务器9的数据库中存储有每个电池充电单元2的位置数据；调度服务器9获取每个充换电机器人3的工作状态，将向其中一处于非工作状态中的充换电机器人3发送控制指令，即控制其移动至其中一确定的电池充电单元2的下方、将该电池充电单元2中的满电电池包进行拆卸并运载至目标车辆所处的停车位11下方。
充换电机器人3的AGV小车31将根据控制指令中的电池充电单元2的位置数据进行移动，移动至其下方时对自身的位置再进行调整，具体将其上方搭载的满电电池包拆卸/安装机构34（第一举升装置32的上方）调整至正对该电池充电单元2；充换电机器人3的第一举升装置32将根据控制指令进行上升以将其上方的满电电池包拆卸/安装机构34举升至该电池充电单元2所处的空腔13内以与其中存储的满电电池包接触；充换电机器人3的满电电池包拆卸/安装机构34根据控制指令对其上方的满电电池包进行拆卸操作，拆卸结束后；第一举升装置32下降以将满电电池包从空腔13内移出；接着，AGV小车31根据控制指令中目标车辆所处的停车位11的位置数据进行移动，即移动至该停车位11下方。
其中，本实施例中的AGV小车31可采用激光导航方式或者地图导航方式；针对前者，需要在充换电通道12内安装多个反射板，AGV小车31通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，从而确定其当前的位置以及行驶方向；针对后者，调度服务器9将根据在数据库中预先存储的充换电通道12对应的运行地图（包括各电池充电单元2以及各停车位11的对应设置位置）和AGV小车31当前位置及行驶方向进行计算、规划分析，选择最佳的行驶路线，自动控制AGV小车31的行驶和转向。
待车辆停放结束后，用户可通过操作车内的车机系统6以产生一换电指令发送给调度服务器9。
由于实际应用时在停车平台1上可能会存在多辆同时进行换电的车辆，因此调度服务器9在接收到车机系统6发送的换电指令后需要对其来源进行核准，具体为：在接收到车机系统6发送的换电指令时，将所述换电指令中的车牌号码与上述该目标车辆的车牌号码进行核准，进而将发送换电指令的车辆与停放在停车位11上的车辆进行校对。
需要强调的一点是，调度服务器9所执行的“根据获取的车辆身份信息在数据库中查找与其匹配的电池包型号，根据查找出的所述电池包型号获取与其匹配的其中一满电电池包所处的电池充电单元2，控制其中一处于非工作状态中的充换电机器人3移动至所述电池充电单元2下方并将所述电池充电单元2中的满电电池包进行拆卸以运载至目标车辆所处的停车位11下方”的操作可以设置成在调度服务器9接收到车机系统6发送的换电指令并完成对目标车辆的车辆身份信息核准之后再进行，但是本实施例优选为前者，即在检测出有车辆驶入停车位11并将停车位11上的车辆确定为目标车辆之后就进行，如此可以提升换电的时间，进而提升换电效率。
调度服务器9在核准成功后，即核准发送换电指令的车辆为上述停放在该停车位11上的车辆时，将根据换电指令中携带的亏电电池包（电池包）相对于车轮的位置信息与车轮定位装置7感应到的车轮在所述停车位11中所处位置计算出所述亏电电池包在所述停车位11中对应位置。
其中，电池包相对于车轮所处的位置信息，具体是指电池包中的一个定位点相对于四个车轮所处的位置信息，该定位点可以是例如电池包的中心点；如图9所示；T1~T4分别为车辆4的四个车轮，电池包相对于车轮所处的位置信息，具体为电池包的定位点相对于车辆的至少一个车轮（例如T1）的中心点在x轴与y轴上的距离（x0，y0）。
在获取到与该车辆所对应的电池包相对于车轮所处的位置信息后，调度服务器9将根据薄膜压力传感器（车轮定位装置7）感应到的车轮在停车位11中所处的位置计算出与该车辆对应的电池包在停车位11中对应的位置信息。
如图8所示，当车辆停放在停车位11上时，车辆的压力集中在车轮上，其中车轮的中点为最大压力点，将停车位11的其中一个顶点作为原点，建立平面坐标系；薄膜压力传感器感应到的压感位置在该坐标系中分别于x轴与y轴的距离（x1,y1）即为车轮在停车位11中所处的位置信息；将电池包的对准点相对于车辆的至少一个车轮（例如T1）的中心点在x轴与y轴上的距离（x0，y0）与压感位置在该坐标系中分别于x轴与y轴的距离（x1,y1）相加，得出电池包的定位点在停车位11中对应的位置信息（x0 +x1，y0 +y1）。
在获取到电池包的定位点在停车位11中对应的位置信息后，调度服务器9控制所述充换电机器人3移动至与电池包对应的位置上；具体的，充换电机器人3的AGV小车31将根据控制指令中的电池包在停车位11中对应的位置的对自身的位置进行移动调整，具体将其上方搭载的亏电电池包拆卸/安装机构35（第二举升装置33的上方）调整至正对电池包在停车位11中对应的位置；与此同时，调度服务器9向车位控制单元8发送控制指令以控制车位控制单元8在停车位11上展开缺口，即驱动部控制两个盖板进行同步回缩，进而在停车位11上展开缺口；当缺口展开后，调度服务器9控制充换电机器人3的亏电电池包拆卸/安装机构35对其上方的亏电电池包进行拆卸操作，拆卸结束后，AGV小车31将继续根据控制指令中的电池包在停车位11中对应的位置的对自身的位置进行移动调整，具体调整为将其上方搭载的满电电池包拆卸/安装机构34（第一举升装置32的上方）调整至正对电池包在停车位11中对应的位置，接着调度服务器9控制充换电机器人3的满电电池包拆卸/安装机构34将其搭载的满电电池包安装在车辆底盘上，进而完成对该车辆的换电。
换电结束后，调度服务器9控制所述充换电机器人3将拆卸后的亏电电池包运载至对应的电池充电单元2下方以将其安装至所述电池充电单元2中进行充电。
同样的，充换电机器人3的AGV小车31将根据控制指令中的电池充电单元2的位置数据进行移动，移动至其下方时对自身的位置再进行调整，具体将其上方搭载的亏电电池包拆卸/安装机构35（第二举升装置33的上方）调整至正对该电池充电单元2；充换电机器人3的第二举升装置33将根据控制指令进行上升以将其上方搭载的亏电电池包举升至该电池充电单元2所处的空腔13内以进行充电安装；进而完成对亏电电池包的充电操作。
通过本实施例的实施，即通过在停车平台1的顶部设置多个停车位11以及在其底部设置有充换电通道12，将用于为亏电电池包提供充电以及存放的多个电池充电单元2设置在停车平台1内部，将多个充换电机器人3设置在充换电通道12内以在任一停车位11下方与任一所述电池充电单元2下方之间进行移动，通过车辆感应装置4、监控设备5、车机系统6、车轮定位装置7、车位控制单元8与调度服务器9的相互配合，进而能够在不占用地面上方空间的基础上实现同时对多辆电动汽车进行换电；且无需在地面上方安装辊筒组以对车轮进行移动以实现更换的满电电池包与车辆的对准，而是通过车轮压力的感应与位置的计算得出电池包在停车位11中对应的位置以实现换电机器人主动进行满电电池包与车辆的对准，进而提升换电体验；并且在用户触发换电指令之前就控制换电机器人运载满电电池包抵达需要换电的车辆下方，在用户触发换电指令后换电机器人只需要对位置进行调整即可进行换电操作；且不需要在在充电架与换电小车之间设置电池转运装置以进行电池的存取，仅通过充换电机器人3就能达到换电与电池的存取，在很大程度上降低了设备的复杂度，且充换电机器人3只需要一次往返就能实现对满电电池包的取出、亏电电池包的拆卸、满电电池包的安装以及亏电电池包的充电安装，大大提升了换电效率。
实施例二
参考图12~15所示；本实施例是在实施例一基础上的延伸，具体在本实施例中，所述电池充电单元2由充电装置21以及与所述充电装置21连接的第一监控电路22构成，所述充电装置21以及第一监控电路22设置在水平安装在所述空腔13侧壁上的一壳体23内。
其中在所述壳体23下方的所述空腔13内壁上设置有电池锁止机构24。
具体的，在空腔13的纵向布置上，上从之下依次设置有盖体、防水层、充电装置21、电池包（对电池包进行充电或存储时）。
如图12~13所示，电池锁止机构24成对设置在壳体23下方的空腔13内壁上，其由与空腔13内壁接触的底座241、用于卡合电池包的柔性板242以及纵向设置在底座241与柔性板242之间的第一压缩弹簧243、第二压缩弹簧244以及第三压缩弹簧245构成；其中第一压缩弹簧243与第二压缩弹簧244的长度大于第三压缩弹簧245，第三压缩弹簧245设置在最下端；当充换电机器人3的第二举升装置33将根其上方搭载的亏电电池包举升至该电池充电单元2所处的空腔13内以进行充电安装时，举升的电池包沿着空腔13底端开口向上移动以与柔性板242的下端接触（与第三压缩弹簧245对应的位置），随着举升的继续，电池包沿着柔性板242向上移动直至与空腔13内的充电装置21对接，第一压缩弹簧243与第二压缩弹簧244压紧电池包的两侧，从而完成对电池的锁定，避免其松动。
其中所述第一监控电路22能够根据所述调度服务器9发送的充电/断电指令控制所述充电装置21进行充电/断电操作。
一种实施方式中，充电装置21为接入配电系统的充电机211，其中所述充电机211设置有裸露在所述壳体23外部的充电接头（未图示）；其中电池包上设置有能与所述充电接头对接以接收电流输入的充电接口（未图示）；当电池包沿着柔性板242向上移动直至与空腔13内的充电装置21对接时，具体是电池包上的充电接口与充电机211的充电接头相对接。
其中，配电系统主要为充电装置21提供电源，主要由一次设备（包括开关、变压器及线路等）和二次设备（包括监测和控制装置等）及占用电源组成。
另外一种实施方式中，充电装置21为接入配电系统的能够发射电磁能的第一发射线圈212，其中电池包上设置有能够接收所述第一发射线圈212发射的电磁能的第一接收线圈213以及能够将接收到的电磁能进行储存的第一整流电路214。
第一监控电路22用于将配电系统输出的电流分别输送到各空腔13内的第一发射线圈212中；具体的，第一监控电路22可以由整流、功率因数校正与功放电路与侧调谐电路连接构成，由整流、功率因数校正与功放电路对配电系统输出的电流进行转化、滤波、畸变电流的调整以及功率的放大输出等操作，再通过侧调谐电路对经过整流、功率因数校正与功放电路输出的电流进行谐振频率的调整，最后输送至第一发射线圈212中。
第一整流电路214由侧调谐电路与整流和电池管理电路构成，第一接收线圈213接收到第一发射线圈212发射的电磁能后产生电流，通过侧调谐电路对第一接收线圈213产生的电流进行谐振频率的调整，并通过整流和电池管理电路对接收到的电流进行整流后输出到电池包内以对电池包进行充电。
实施例三
参考图16~18所示；本实施例是在实施例一基础上的延伸，具体在本实施例中，充换电系统还包括设置在所述充换电通道12内的为所述充换电机器人3提供动力源的机器人无线充电区121。
所述机器人无线充电区121设置有多个接入配电系统的能够发射电磁能的第二发射线圈122以及与所述第二发射线圈122电连接并与所述调度服务器9建立无线通信的第二监控电路123，其中所述第二监控电路123能够根据所述调度服务器9发送的发射/断开指令控制所述第二发射线圈122进行电磁能的发射/断开操作；其中所述充换电机器人3设置有能够接收所述第二发射线圈122发射的电磁能的第二接收线圈36以及能够将接收到的电磁能进行储存的第二整流电路37。
本实施例中，多个第二发射线圈122间隔分布在无线充电区121内，在其上方可设置一壳体23以使第二发射线圈122位于壳体23的下方；第二监控电路123与实施例二中的第一监控电路22应用在第一发射线圈212的控制中的功能原理相同；第二整流电路37与实施例二中的用于在第一接收线圈213中的控制中的功能原理相同，在此不进行赘述。
当充换电机器人3的AGV小车31需要进行充电时，可根据预设的路线或者自主移动至无线充电区121的其中一处于空闲状态的第二发射线圈122的上方进行无线充电。
通过本实施例的实施，可在充换电通道12内即可实现对充换电机器人3进行充电，有效保障了充换电机器人3的工作效率。
实施例四
参考图1与图10所示；本实施例是在实施例一基础上的延伸，具体在本实施例中，充换电系统还包括设置在停车平台1进出口的与调度服务器9建立无线通信的道闸装置15，其在检测到车辆驶入时获取车辆身份信息并将其发送至所述调度服务器9；其中调度服务器9还用于根据接收到的道闸装置15发送的车辆身份信息判断其是否为具有换电资格的车辆，若是则向所述道闸装置15发送放行指令以对其放行。
具体的，道闸装置15在检测到有车辆欲驶入时，将对其进行拍摄以获取车辆的车牌号码发送给调度服务器9，调度服务器9将根据获取到的车辆的车牌号码确定对应的车辆信息（品牌、车型等信息），再以此判断该车辆是否具有电池换电功能，或者判断所在停在平台中是否存储有与其相匹配的电池包，以此来判断其是否具有换电资格，如果判断出其不具有换电资格，则不允许其进入；相反则对其进行放行；如此，可以避免非换电车辆占用停车位11，有效提升了换电体验。
实施例五
本实施例中，所述车机系统6还用于根据用户的操作生成换电请求以发送给所述调度服务器9；换电请求的操作可以是在任意位置或任意时间进行操作，例如可以在前往换电的路途中。
所述调度服务器9根据换电请求获取请求车辆的实时位置、行驶路径、车速、身份信息以及续航信息并根据上述信息为其匹配一停车场（这里的停车场指的是设置有充换电系统的停车场），匹配的策略可以为多种，例如为距离其最近的停车场、驾驶所花费时间最短的停车场、按照其当前电量消耗速度在其电池的可续航里程达到设定值时的时间段内所途径的最后一个停车场等等，也可以综合上述的信息为其匹配一个最佳停车场。
调度服务器9在为请求车辆匹配好停车场之后，将根据匹配的停车场为其锁定一个停车位11、充换电机器人3以及一满电电池包，当锁定后，该停车位11以及充换电机器人3可以被设置成在设定时间段内只能为该请求车辆提供换电服务，锁定的满电电池包被设置成不予提供给其他车辆，仅能被锁定的充换电机器人3拆卸并运载至锁定的停车位11下，为请求车辆进行电池更换；在锁定上述设备后，调度服务器9将锁定的停车位11对应的位置信息反馈给请求车辆，其中反馈的停车位11的位置信息具体可以是该停车位11的车位号，例如为A-001；如此当请求车辆进入停车场后，只需要在停车平台1上寻找A-001的停车位11进行停放即可。
其中，所述充换电系统还包括设置在所述停车平台1的与所述调度服务器9建立无线通信的LED指引部件15，即设置有箭头指引的LED发光地灯。
其中所述LED指引部件15由设置在车道上的多个路径指引部件与分别设置在停车位11前方的车位指引部件构成。
所述调度服务器9还用于在识别出请求车辆抵达匹配的停车场时，通过控制所述LED指引部件15为请求车辆引导抵达锁定的停车位11的路线；调度服务器9根据从停车场入口至为其锁定的停车位11的路线以得出途径的路径指引部件，在请求车辆驶入停车场的后，调度服务器9根据监控设备5实时获取请求车辆的所处位置，进而控制与其对应的前方的路径指引部件进行发光，从而提升用户行驶方向；最后再请求车辆即将抵达锁定的停车位11时，调度服务器9再控制设置在锁定的停车位11前方的车位指引部件进行发光以提示用户最终位置，即需要停放的停车位11；如此，可有效加快请求车辆快速抵达锁定的停车位11的时间，提升用户的换电体验。
其中，所述调度服务器9还用于在获取到请求车辆距离匹配的停车场的距离小于预设阈值时，控制锁定的充换电机器人3移动至所述电池充电单元2下方并将锁定的所述电池充电单元2中的满电电池包进行拆卸以运载至锁定的停车位11下方。
预设阈值可根据需要进行设置，例如设置为200米；在请求车辆即将抵达停车场时，调度服务器9控制锁定的充换电机器人3移动至所述电池充电单元2下方并将锁定的所述电池充电单元2中的满电电池包进行拆卸以运载至锁定的停车位11下方，如此当请求车辆停放在锁定的停车位11并进入换电操作时，其下方的充换电机器人3可直接对其进行换电操作，在一定程度上节省了换电的时间，提升用户的换电体验。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源电动汽车智能充换电系统，应用于停车场，其特征在于，所述充换电系统包括：
在顶部设置有多个停车位以及在底部设置有充换电通道的停车平台，所述停车平台的顶部与路面处于同一水平面上；
设置在所述停车平台内部且用于为亏电电池包提供充电以及存放的多个电池充电单元；
设置在所述充换电通道内以在任一所述停车位下方与任一所述电池充电单元下方之间进行移动的多个充换电机器人，所述充换电机器人用于将从所述电池充电单元中拆卸的满电电池包运载至目标车辆所处的停车位下方、对目标车辆进行亏电电池包的拆卸以及满电电池包的安装并将拆卸后的亏电电池包运载至对应的电池充电单元下方以将其安装至所述电池充电单元中进行充电；
设置在所述停车位上以检测车辆驶入或驶出的车辆感应装置；
分布在所述停车平台上的至少一个用于识别驶入停车位车辆对应的车辆身份信息的监控设备；
设置在车辆内的用于根据用户的操作以发送换电指令的车机系统，其中所述换电指令中携带有车辆身份信息以及亏电电池包相对于车轮的位置信息；
设置在所述停车位下方且覆盖面积不小于所述停车位的用于感应车轮在所述停车位中所处位置的车轮定位装置；
设置在所述停车位上的能够在所述停车位上展开一缺口的车位控制单元，其中展开后的所述缺口的面积至少能够覆盖所述亏电电池包；
分别与所述电池充电单元、充换电机器人、车辆感应装置、监控设备、车机系统车轮定位装置以及车位控制单元建立无线通信的调度服务器，其被配置成：
根据所述车辆感应装置检测出有车辆驶入停车位的检测结果向所述监控设备发送针对所述停车位的车辆识别指令以获取驶入所述停车位上车辆对应的车辆身份信息，且将所述停车位上的车辆确定为目标车辆；
根据获取的车辆身份信息在数据库中查找与其匹配的电池包型号，根据查找出的所述电池包型号获取与其匹配的其中一满电电池包所处的电池充电单元，控制其中一处于非工作状态中的充换电机器人移动至所述电池充电单元下方并将所述电池充电单元中的满电电池包进行拆卸以运载至目标车辆所处的停车位下方；
在接收到所述车机系统发送的换电指令时，将所述换电指令中的车辆身份信息与所述目标车辆的车辆身份信息进行核准，核准成功后根据所述换电指令中的亏电电池包相对于车轮的位置信息与所述车轮定位装置感应到的车轮在所述停车位中所处位置计算出所述亏电电池包在所述停车位中对应位置；
控制所述车位控制单元在所述停车位上展开缺口以及控制所述充换电机器人移动至与所述亏电电池包对应的位置；
控制所述充换电机器人透过所述缺口对所述目标车辆进行换电操作；以及
控制所述充换电机器人将拆卸后的亏电电池包运载至对应的电池充电单元下方以将其安装至所述电池充电单元中进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，所述停车平台内部设置有多个空腔，所述电池充电单元设置在所述空腔内；
所述多个空腔集中或间隔分布在不与所述停车位产生重叠的所述停车平台内。
3.根据权利要求2所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，所述电池充电单元由充电装置以及与所述充电装置连接的第一监控电路构成，所述充电装置以及第一监控电路设置在水平安装在所述空腔侧壁上的一壳体内；
其中在所述壳体下方的所述空腔内壁上设置有电池锁止机构；
其中所述第一监控电路能够根据所述调度服务器发送的充电/断电指令控制所述充电装置进行充电/断电操作。
4.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，所述充换电机器人由AGV小车、间隔设置在所述AGV小车上的第一举升装置、第二举升装置、设置在所述第一举升装置上的满电电池包拆卸/安装机构以及设置在所述第二举升装置上的亏电电池包拆卸/安装机构构成。
5.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，所述充电装置为接入配电系统的充电机，其中所述充电机设置有裸露在所述壳体外部的充电接头；其中电池包上设置有能与所述充电接头对接以接收电流输入的充电接口。
6.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，所述充电装置为接入配电系统的能够发射电磁能的第一发射线圈，其中电池包上设置有能够接收所述第一发射线圈发射的电磁能的第一接收线圈以及能够将接收到的电磁能进行储存的第一整流电路。
7.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，还包括设置在所述充换电通道内的为所述充换电机器人提供动力源的机器人无线充电区；
所述机器人无线充电区设置有多个接入配电系统的能够发射电磁能的第二发射线圈以及与所述第二发射线圈电连接并与所述调度服务器建立无线通信的第二监控电路，其中所述第二监控电路能够根据所述调度服务器发送的发射/断开指令控制所述第二发射线圈进行电磁能的发射/断开操作；其中所述充换电机器人设置有能够接收所述第二发射线圈发射的电磁能的第二接收线圈以及能够将接收到的电磁能进行储存的第二整流电路。
8.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，还包括设置在停车平台进出口的与调度服务器建立无线通信的道闸装置，其在检测到车辆驶入时获取车辆身份信息并将其发送至所述调度服务器；
其中所述调度服务器还用于根据接收到的道闸装置发送的车辆身份信息判断其是否为具有换电资格的车辆，若是则向所述道闸装置发送放行指令以对其放行。
9.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，所述车机系统还用于根据用户的操作生成换电请求以发送给所述调度服务器；
所述调度服务器根据换电请求获取请求车辆的实时位置、行驶路径、车速、身份信息以及续航信息并根据上述信息为其匹配一停车场，并根据匹配的停车场为其锁定一停车位、充换电机器人以及一满电电池包，以及将锁定的停车位对应的位置信息反馈给请求车辆；
所述调度服务器还用于在获取到请求车辆距离匹配的停车场的距离小于预设阈值时，控制锁定的充换电机器人移动至所述电池充电单元下方并将锁定的所述电池充电单元中的满电电池包进行拆卸以运载至锁定的停车位下方。
10.根据权利要求9所述的一种新能源电动汽车智能充换电系统，其特征在于，所述充换电系统还包括设置在所述停车平台的与所述调度服务器建立无线通信的LED指引部件；
其中所述LED指引部件由设置在车道上的多个路径指引部件与分别设置在停车位前方的车位指引部件构成；
所述调度服务器还用于在识别出请求车辆抵达匹配的停车场时，通过控制所述LED指引部件为请求车辆引导抵达锁定的停车位的路线。
CN202110414716.6A 2021-04-17 2021-04-17 一种新能源电动汽车智能充换电系统 Pending CN113147497A (zh)

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