CN113500943A - 一种车辆换电的方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆换电的方法，包括：换电需求输入，车辆驶入换电平台，换电流程开始；站控系统收到换电车辆信息，将信号发送给PLC；PLC控制车辆举升伺服，对车辆进行调平；PLC控制车轮定位伺服，进行四轮定位；换电站为车辆更换电池包，换电流程结束。通过将车辆举升伺服与汽车的四个车轮一一对应，通过对车轮高度进行调整，实现对车辆的调平，能够实现只需要对车辆进行小幅度抬升就能使车辆的平行度满足要求，提高换电机构的换电准确性，同时，由于车辆的抬升幅度较小，车上的用户无需下车就能完成车辆的换电流程，提升了用户的换电体验感。

Description

一种车辆换电的方法及控制系统

技术领域

本发明涉及电池换电站技术领域，具体而言，涉及一种车辆换电的方法，尤其涉及一种用以实现车辆换电的方法的控制系统。

背景技术

随着新能源汽车的普及，如何有效地为能量不足的汽车提供快速有效的能量补给成为车主和各大厂商非常关注的问题。以电动汽车为例，当前主流的电能补给方案包括充电方案和电池更换方案。相对于充电方案，电池更换方案由于可以在很短的时间完成动力电池的更换且对动力电池的使用寿命没有明显的影响，因此是电能补给的主要发展方向之一。电池更换方案一般在换电站内完成，换电站内设置有存放电池的电池架和换电平台，以及在电池架和换电平台的之间的运载满电/亏电动力电池的换电机构，如轨道导引车(RailGuided Vehicle，RGV)。换电机构通过在电池架和换电平台之间往复行驶的方式，完成电池的运输以及电动汽车的电池更换。

虽然电池更换方案具有上述诸多优点，但是不可避免的也存在着一定的问题。一方面，由于现有的换电机构集成了动力电池的运输和更换两个功能，因此换电机构通常在高度方向的设置相对较高，同时，受到换电机构工作模式的影响，在换电过程中，须保证车辆与换电平台之间的平行度才能达到较高的换电准确性，相应地，换电平台需要设置作用于底盘的专门的抬升装置，将电动汽车抬升至较高的高度后，换电机构才能进入车底进行换电，以防止换电机构在进入车底时与电动汽车发生干涉而损坏电动汽车。显然，这样的设置方式使得换电站的机构设置复杂化，增加了换电站的建设和运营成本。另一方面，由于抬升装置需要将电动汽车抬升至较高的位置，因此出于安全的考虑，换电过程中驾驶员(无论是乘客还是换电服务人员)需要把车辆停好后，下车等待换电过程结束后再上车将车辆开走。虽然这样的流程出于安全考虑是正确的，但用户体验非常不好。也就是说，现有的换电站存在机构设置复杂、换电体验差的问题。

相应地，本领域需要一种新的换电方法和系统来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种车辆换电的方法，实现不举车换电，用以解决现有的换电站存在的换电体验差的问题。

为解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种车辆换电的方法，其包括：

换电需求输入，车辆驶入换电平台，换电流程开始；

站控系统收到换电车辆信息，将信号发送给PLC；

PLC控制车辆举升伺服，对车辆进行调平；

PLC控制车轮定位伺服，进行四轮定位；

换电站为车辆更换电池包，换电流程结束。

进一步，PLC控制车轮定位伺服，车轮定位伺服驱动电机将车轮抱死。

进一步，PLC单独控制四个车轮的车轮定位伺服。

进一步，PLC单独控制四个车辆举升伺服进行车辆调平。

进一步，车辆举升伺服分别作用在各个车轮上。

进一步，当车辆上的载荷发生变化时，PLC根据车身状态控制车辆举升伺服对车辆进行调平。

进一步，通过测距传感器和/或摄像头对车身状态进行检测，PLC根据车身状态控制车辆举升伺服对车辆进行调平。

进一步，换电完成后，PLC控制车轮定位伺服松开车轮。

本发明第二方面提供一种车辆换电的控制系统，其包括站控系统和PLC，车载终端通过射频与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统用以完成上述车辆换电的方法；

或者，智能终端通过TSP平台与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统用以完成上述车辆换电的方法。

进一步，PLC系统通过EtherCAT网线分为四路：

第一路连接平台板链变频器，左、右缓存板链变频器；

第二路单独连接左前、右前、左后、右后四个车轮的定位伺服，单独连接左前、右前、左后、右后四个车轮的提升伺服，以及前轮平移伺服；

第三路连接加解锁机构控制伺服；

第四路连接左、右跺机电池抓取伺服，左、右跺机行走伺服，左、右跺机提升伺服，左、右缓存抬升伺服。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明一种车辆换电的方法，通过车辆举升伺服对各个车轮高度进行调整，实现对车辆的调平，能够实现只需要对车辆进行小幅度抬升就能使车辆的平行度满足要求，提高换电机构的换电准确性，同时，由于车辆的抬升幅度较小，车上的用户无需下车就能完成车辆的换电流程，提升了用户的换电体验感。

本发明的再一目的在于提供一种车辆换电的控制系统，包括站控系统和PLC，车载终端通过射频与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统；或者，智能终端通过TSP平台与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统。

同时，本发明结构简单，效果显著，适宜推广使用。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1是本发明提供的一种车辆换电方法的方法流程图；

图2是本发明提供的一种包括具体调平流程的车辆换电的方法的流程图；

图3是本发明提供的令一种包括具体调平流程的车辆换电的方法的流程图；

图4是本发明提供的一种包括判断锁止情况流程的车辆换电方法的方法流程图；

图5是本发明提供的一种车辆换电的控制系统的结构示意图；

图6是本发明提供的令一种车辆换电的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，因此不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图6所示，本发明实施例中介绍了一具体车辆换电的方法，本发明通过车辆举升伺服分别对四个车轮高度进行调整，实现对车辆的调平，能够实现只需要对车辆进行小幅度抬升就能是车辆的平行度满足要求，车上的用户无需下车就能完成车辆的换电流程，提升了用户的换电体验感和安全性。

下面结合附图和实施例对实施方式进一步描述。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例中一具体车辆换电的方法，该方法包括：

S1：换电需求输入，车辆驶入换电平台，换电流程开始。

需要说明的是，本实施例中的换电方法可以但不限于为电动汽车进行电池更换，其中，电动汽车包括纯电动车辆、混合动力电动车辆等。

S2：站控系统收到换电车辆信息，将信号发送给PLC。

S3：PLC控制车辆举升伺服，对车轮高度分别进行调整。

本实施例中，可以采用电机、电缸、气缸等作为驱动力，采用竖直滑轨，凸轮机构，刚性链条，丝杆，齿轮等作为传递装置来实现。

本实施例中，换电站识别到车辆信息，通过站控系统输入信号给PLC，PLC控制伺服电机，私服电机控制四轮升降电机进行四轮调平。

本实施例中，通过车辆举升电机调节四个车轮的相对高度进行调整实现车辆的调平，使车辆底盘与换电平台之间保证较高的平行度，提高换电机构的换电准确度。

本实施例中，车辆举升电机与车轮对应，能够保证只需将车辆抬升较小高度就能实现车辆的调平，无需要求司机和乘客下车，此时用户依旧可以坐在车内进行换电，增强了用户的换电体验感。

车辆调平后，S3.3：PLC控制车轮定位伺服，进行四轮定位。

本实施例中，PLC控制车轮定位伺服驱动电机将车辆的车轮全部抱死，实现车轮的定位。

S4：换电站为车辆更换电池包，换电流程结束。

实施例二

如图1至2所示，为本发明实施例中一具体车辆换电的方法，该方法包括：

S1：换电需求输入，车辆驶入换电平台，换电流程开始。

S2：站控系统收到换电车辆信息，将信号发送给PLC。

S2.1：PLC控制前轮平移伺服将车辆平移到位。

本实施例中，可以采用电机、电缸、气缸等作为驱动力，采用竖直滑轨，凸轮机构，刚性链条，丝杆，齿轮等作为传递装置来实现。

本实施例中，PLC将命令传给前轮平移伺服，前轮平移伺服驱动电机将车辆前轮平移到位，将车身摆正。

S3.1：PLC控制车辆举升伺服，车辆举升伺服根据车辆预设值分别控制左前、右前、左后、右后车轮抬升，对车辆进行初调平。

本实施例中，换电站识别到车辆信息，通过站控系统输入信号给PLC，PLC控制车辆举升伺服电机，车辆举升私服电机控制四轮升降电机进行四轮初调平。

对车辆进行初调平后，S3.2：通过测距传感器和/或摄像头再次检测车身状态是否在允许范围内。

若车身状态在允许范围内：

S3.3：PLC控制左前、右前、左后、右后四个车轮的定位伺服，进行四轮定位。

本实施例中，PLC控制车轮定位伺服驱动电机将车辆的车轮全部抱死，实现车轮的定位。

若车身状态超过允许范围：

S3.4：重新进行车轮调整，直至在允许范围内。

本实施例中，通过加换电平台的摄像头进行视频扫描，计算车身状态，将数据反馈给站控系统，最终由四轮升降电机进行调平。

换电站为车辆更换电池包：S4.1：将车辆上的第一电池包拆下；S4.2：取出第二电池包安装在车辆上。

S6：PLC控制车轮定位伺服松开车轮，换电流程结束。

本实施例中，车辆举升伺服控制电机与四个车轮相对应，考虑到从车辆上载荷的分布不同，各个车轮的胎压并不相同，通过加换电平台的摄像头进行视频扫描，计算车身状态，根据车身状态分别控制左前、右前、左后、右后四个车轮的车辆举升伺服，驱动电机对车辆进行二次调平，使车辆与换电平台之间保持较高的平行度，方便换电机构换电。

实施例三

如图1至3所示，为本发明实施例中一具体车辆换电的方法，该方法包括：

S1：换电需求输入，车辆驶入换电平台，换电流程开始。

S2：站控系统收到换电车辆信息，将信号发送给PLC。

S2.1：PLC控制前轮平移伺服将车辆平移到位。

S3.1：PLC控制车辆举升伺服，车辆举升伺服根据车辆预设值分别控制左前、右前、左后、右后车轮抬升，对车辆进行初调平。

对车辆进行初调平后，S3.2：通过测距传感器和/或摄像头再次检测车身状态是否在允许范围内。

若车身状态在允许范围内：

S3.3：则PLC控制左前、右前、左后、右后四个车轮的定位伺服，进行四轮定位。

本实施例中，PLC分别控制各个车轮定位伺服，伺服驱动电机将车辆的车轮锁死，实现车轮的定位。

若车身状态超过允许范围：

S3.4：重新进行车轮调整，直至在允许范围内。

本实施例中，可以采用电机、电缸、气缸等作为驱动力，采用竖直滑轨，凸轮机构，刚性链条，丝杆，齿轮等作为传递装置来实现。

优选的，本实施例中，通过测距传感器识别车身状态，计算车身状态，将数据反馈给站控系统，最终由四轮升降电机进行调平。

本实施例中，车辆举升伺服控制电机分别与四个车轮相对应，考虑到从车辆上载荷的分布不同，各个车轮的胎压并不相同，通过测距传感器识别车身状态，计算车身状态，根据车身状态分别控制左前、右前、左后、右后四个车轮的车辆举升伺服，驱动电机对车辆进行二次调平，使车辆与换电平台之间保持较高的平行度，方便换电机构换电。

S4.1：将车辆上的第一电池包拆下；将第一电池包拆下后，S4.1.1：换电站将拆卸下的第一电池包执行下降操作，收入站内进行充电。

同时，S4.1.2：拆卸下第一电池包后，测距传感器和/或摄像头再次检测车身状态，PLC控制车辆举升伺服，伺服分别对左前、右前、左后、右后车轮高度进行调整。

本实施例中，将车辆上的第一电池包拆下后，车辆载荷分布发生变化，使各个车轮的胎压受到影响，发生改变，从而影响到车身与换电平台之间的平行度。因此需要对车辆进行再次调平，从而消除胎压变化的影响。

优选的，本实施例中，通过测距传感器识别车身状态，计算车身状态，将数据反馈给站控系统，最终由四轮升降电机进行调平。

S4.2：取出第二电池包安装在车辆上。

S6：PLC控制车轮定位伺服松开车轮，换电流程结束。

本实施例中，将车辆上的第一电池包拆下后，车辆上的载荷分布再次发生改变，四个车轮的胎压发生变化，车辆与换电平台之间的平行度降低。此时再次利用测距传感器识别车身状态，根据车身状态控制车辆举升伺服对车辆进行调平，调平后使车辆与换电平台之间保持较高的平行度，不影响后续电池包的更换。通过对四个车轮的高度分别进行调整，使换电平台只需对每个车轮高度抬升较小高度就能实现车辆的调平，对车辆本身始终保持最小的抬升高度，提高了安全性，换电过程中用户无需下车，提高了用户的换电体验感。

实施例四

如图1至4所示，为本发明实施例中一具体车辆换电的方法，该方法包括：

S1：换电需求输入，车辆驶入换电平台，换电流程开始。

需要说明的是，本实施例中的换电方法可以但不限于为电动汽车进行电池更换，其中，电动汽车包括纯电动车辆、混合动力电动车辆等。

S2：站控系统收到换电车辆信息，将信号发送给PLC。

S2.1：PLC控制前轮平移伺服将车辆平移到位。

本实施例中，可以采用电机、电缸、气缸等作为驱动力，采用竖直滑轨，凸轮机构，刚性链条，丝杆，齿轮等作为传递装置来实现。

本实施例中，PLC将命令传给前轮平移伺服，前轮平移伺服驱动电机将车辆前轮平移到位，将车身摆正。

S3.1：PLC控制车辆举升伺服，车辆举升伺服根据车辆预设值分别控制左前、右前、左后、右后车轮抬升，对车辆进行初调平。

对车辆进行初调平后，S3.2：通过测距传感器和/或摄像头再次检测车身状态是否在允许范围内。

若车身状态在允许范围内：

S3.3：则PLC控制左前、右前、左后、右后四个车轮的定位伺服，进行四轮定位。

本实施例中，PLC分别控制各个车轮定位伺服，伺服驱动电机将车辆的车轮锁死，实现车轮的定位。

若车身状态超过允许范围，

S3.4：重新进行车轮调整，直至在允许范围内。

本实施例中，可以采用电机、电缸、气缸等作为驱动力，采用竖直滑轨，凸轮机构，刚性链条，丝杆，齿轮等作为传递装置来实现。

优选的，本实施例中，通过测距传感器识别车身状态，并利用加换电平台的摄像头同时进行视频扫描，计算车身状态，将数据反馈给站控系统，最终由四轮升降电机进行调平。

S4：换电站为车辆更换电池包：

S4.1：将车辆上的第一电池包拆下。

S4.1.3：通过VCU(整车控制器)检测拆卸过程中锁止结构是否解锁，VCU判断锁止结构是否全部解锁成功。

若解锁成功，则S4.1.1：换电站将拆卸下的第一电池包执行下降操作，收入站内进行充电。

S4.1.2：拆卸下第一电池包后，测距传感器和/或摄像头再次检测车身状态，PLC控制车辆举升伺服，伺服分别对左前、右前、左后、右后车轮高度进行调整。

优选的，本实施例中，通过测距传感器识别车身状态，并利用加换电平台的摄像头同时进行视频扫描，计算车身状态，将数据反馈给站控系统，最终由四轮升降电机进行调平。

S4.2：取出第二电池包安装在车辆上。

S5：将第二电池包安装完成后，接收VCU发送的锁止信息状态，判断锁止结构是否完全锁止。

若锁止结构完全锁止，

则S6：PLC控制车轮定位伺服松开车轮。

S5.1：向车辆终端传递换电已完成信息，进行费用结算，用户驾离换电站，换电流程结束。

若锁止结构未完全锁止，

则S5.2：换电平台停止安装第二电池包，拆下第二电池包，并重新将第一电池包安装回车上，发出报警信息，S6：PLC控制车轮定位伺服松开车轮，换电流程结束。

若VCU检测拆卸过程中锁止结构解锁不成功，

S4.1.4：则车辆通知换电站，停止拆卸第一电池包，将第一电池包重新安装回车辆，并发出报警信息，S6：PLC控制车轮定位伺服松开车轮，换电流程结束。

本实施例中，PLC将命令传给加解锁机构控制伺服。

优选的，本实施例中加解锁机构控制伺服为螺丝枪伺服，PLC将命令传给螺丝枪伺服，螺丝枪伺服控制螺丝枪电机进行电池的加解锁。

实施例五

如图5所示，本实施例中还提供了一种车辆换电的控制系统，用于实现上述车辆换电的方法。

本实施例中，车辆换电的控制系统包括站控系统和PLC，车载终端通过射频与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统用以实现上述车辆换电的方法。PLC系统通过EtherCAT网线分为四路：

第一路连接平台板链变频器，左、右缓存板链变频器。

本实施例中，通过PLC控制平台板链变频器和左、右缓存板链变频器，变频器驱动电机实现换电平台与外设的换电站的换电中转机构之间的电池交换。

第二路单独连接左前、右前、左后、右后四个车轮的定位伺服，单独连接左前、右前、左后、右后四个车轮的提升伺服，以及前轮平移伺服。

本实施例中，PLC通过单独控制左前、右前、左后、右后四个车轮的定位伺服、左前、右前、左后、右后四个车轮的提升伺服以及前轮平移伺服，伺服驱动电机实现车辆的车轮定位和车辆调平。

本实施例中，通过单独控制左前、右前、左后、右后四个车轮的提升伺服，伺服驱动电机对四个车轮的高度分别进行调整，使换电平台只需对每个车轮高度抬升较小高度就能实现车辆的调平，对车辆本身始终保持最小的抬升高度，提高了安全性，换电过程中用户无需下车，提高了用户的换电体验感。

第三路连接加解锁机构控制伺服；

本实施例中加解锁机构控制伺服为螺丝枪伺服。

本实例中，螺丝枪的数量根据锁止结构的螺丝数量确定，PLC控制螺丝枪伺服电机完成加解锁过程。

优选的，本实施例中，第三路连接连接十个螺丝枪伺服。

第四路连接左、右跺机电池抓取伺服，左、右跺机行走伺服，左、右跺机提升伺服，左、右缓存抬升伺服。

本实施例中，PLC通过控制左、右跺机电池抓取伺服，左、右跺机行走伺服，左、右跺机提升伺服，左、右缓存抬升伺服，对电池包进行抓取、承载和运输，配合第三路的螺丝枪伺服，完成换电机构的换电过程。

实施例六

如图6所示，本实施例中，用户利用智能终端的TSP平台与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统，用于实现上述车辆换电的方法。

优选的，本实施例中，PLC与变频器及伺服之间通过I/O模组作为中转连接。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆换电的方法，其特征在于，包括：

换电需求输入，车辆驶入换电平台，换电流程开始；

站控系统收到换电车辆信息，将信号发送给PLC；

PLC控制车辆举升伺服，对车辆进行调平；

PLC控制车轮定位伺服，进行四轮定位；

换电站为车辆更换电池包，换电流程结束。

2.根据权利要求1所述的车辆换电的方法，其特征在于，PLC控制车轮定位伺服，车轮定位伺服驱动电机将车轮抱死。

3.根据权利要求2所述的车辆换电的方法，其特征在于，PLC单独控制四个车轮的车轮定位伺服。

4.根据权利要求3所述的车辆换电的方法，其特征在于，PLC单独控制四个车辆举升伺服进行车辆调平。

5.根据权利要求4所述的车辆换电的方法，其特征在于，车辆举升伺服分别作用在各个车轮上。

6.根据权利要求5所述的车辆换电的方法，其特征在于，当车辆上的载荷发生变化时，PLC根据车身状态控制车辆举升伺服对车辆进行调平。

7.根据权利要求6所述的车辆换电的方法，其特征在于，通过测距传感器和/或摄像头对车身状态进行检测，PLC根据车身状态控制车辆举升伺服对车辆进行调平。

8.根据权利要求1至7任一所述的车辆换电的方法，其特征在于，换电完成后，PLC控制车轮定位伺服松开车轮。

9.一种车辆换电的控制系统，其特征在于，包括站控系统和PLC，车载终端通过射频与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统用以执行权利要求1至8任一所述的换电方法；

或者，智能终端通过TSP平台与站控系统相连，站控系统通过以太网连接PLC系统用以执行权利要求1至8任一所述的换电方法。

10.根据权利要求9所述的车辆换电的控制系统，其特征在于，PLC系统通过EtherCAT网线分为四路：

第一路连接平台板链变频器，左、右缓存板链变频器；

第二路单独连接左前、右前、左后、右后四个车轮的定位伺服，单独连接左前、右前、左后、右后四个车轮的提升伺服，以及前轮平移伺服；

第三路连接加解锁机构控制伺服；

第四路连接左、右跺机电池抓取伺服，左、右跺机行走伺服，左、右跺机提升伺服，左、右缓存抬升伺服。

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