CN113799644B - 一种新能源汽车自动更换动力电池方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源汽车技术领域，具体提供一种新能源汽车自动更换动力电池方法及系统，车辆端蓝牙作为从机，换电站端蓝牙作为主机。车机电控设备开启，即ACC打开时，车辆的换电控制器开启蓝牙，启动扫描模式，将VIN信息定时广播，等待换电站主机连接。当车辆即将进入换电站时，换电站闸机摄像头识别到车牌后自动关联该车VIN。换电站蓝牙主机设备搜索连接蓝牙名称为VIN的换电控制器设备。连接成功后，读取车机参数，获取车辆状态信息。当车辆状态满足时，则可以开始进入换电操作。该方案逻辑简单易实现，采用业界成熟的蓝牙无线通信方案，不依赖第三方网络。低延时，确保数据交互的实时性。并且传输距离有限，安全可靠。

Description

一种新能源汽车自动更换动力电池方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体地，涉及一种新能源汽车自动更换动力电池方法及系统。

背景技术

电动汽车最大的短板就是充电不方便，并且充电慢。以特斯拉Model S 75D为例，其在特斯拉超级充电桩的充电时间还可以接受，因为超级充电桩使用的是380V的直流电，可大大缩短充电时间。使用超级充电站，20分钟就能充满一半，80分钟即可完全充满。即便如此，跟燃油车加油一次只需要几分钟相比，电动车的充电时间还是太过于漫长，大部分客户难以接受。并且快充需要大功率充电桩支持，当大量车同时充电时对电网也是不小的压力。

在电池和充电技术没有革命性的进步之前，这个问题会一直存在。就目前的技术手段，单位体积电池容量无法获得大的突破，快速充电技术也不可能在短期内获得突破，所以只能另辟蹊径，采用换电池的方案快速给车补充能源。换电池的方案可谓一举两得：1.解决了充电慢的问题，自动化模式，一般正常情况换一次电池只需要几分钟，跟燃油车加油时间差不多；2.换下来的电池可以在用电低谷时充电，降低充电成本的同时，也减小了对充电电网的压力。

目前，部分汽车厂商的部分车型已经支持更换动力电池，只是需要人工操作，不能自动化执行。因为换电池之前需要获取车辆各种状态参数，状态不满足时不允许换电，可能存在危险。需要人工一一确认状态参数，速度慢，效率低。

此外还有部分汽车厂商使用自动化换电方案。该方案中，车辆参数状态通过换电控制器传输到互联网服务器，再中转到换电站后台。此方案依赖网络以及服务器，在网络状态差的情况下，数据通讯实时性难以保证，影响换电的顺利进行。

发明内容

本发明需要解决的是现有技术中存在的电动汽车充电效率低的技术问题。

本发明提供了一种新能源汽车自动更换动力电池方法，包括以下步骤：

S001，车辆进入换电站前，开启车辆自身的蓝牙作为车辆蓝牙从机，蓝牙名为所述车辆自身的VIN(车辆识别号码)；

S002，换电站道闸摄像头识别车牌并读取VIN；

S003，换电站蓝牙主机扫描，连接名称为VIN的蓝牙进行唯一配对该车辆；

S004，蓝牙连接匹配成功后，换电站获取通信密钥；

S005，密钥校验通过后，换电站发指令获取车辆状态及换电前电池参数；

S006，车辆状态满足要求后，则下发下高压指令，成功后再下发下低压指令；

S007，最后开启换电池操作，并获取换电后电池参数。

可选地，所述S002具体包括：车辆进站之前，道闸摄像头读取车牌，自动匹配获取到对应车辆的VIN；若获取失败，语音提示工作人员手动扫码录入匹配。

可选地，所述S004具体包括：当换电站蓝牙主机与车辆蓝牙从机的UUID和广播数据格式相匹配时才能建立数据通信，连接匹配成功。

可选地，所述数据通信采用凯撒加密方式，即在明文数据上增加一个偏移，当连接匹配成功后，车辆通过明文获取换电站的密钥，获取到密钥之后进行加解密，并按照指定的协议格式解析才能进行数据交互，实现安全认证成功。

可选地，所述S005具体包括：安全认证成功后，换电站道闸抬杆，允许车辆进入换电站，车辆进入换电平台后挂N档，换电站获取到车辆状态及档位后发送车辆已停好指令并语音提示，司机下车。

可选地，所述S005中“换电站获取到车辆状态”具体包括：车辆进站准备好之后，换电站以500ms的周期获取车辆状态参数，包括行车准备状态、档位状态、EPB(电子驻车制动系统)状态、制动踏板状态、电池连接状态、高低压连接状态、车门状态以及方向盘角度。

可选地，所述S006中车辆状态满足要求包括：方向盘为回正状态，车门完全关闭，EPB未锁止，车辆为ready状态，动力电池是连接状态。

可选地，所述S007具体包括：下低压之后，确认车辆定位准确，锁止车轮，举升机构抬起车辆；打开电池锁止开关，拆卸电池；换电控制器检测电池连接状态，连接断开后移走旧电池换上新电池，检测到电池连接成功，关闭电池锁止开关，电池更换完成。

可选地，所述S007之后还包括：电池更换完成后，举升机构复位，车轮解锁；获取当前电池序列号，获取当前电池剩余能量，以及获取当前电池健康度，后台计费完成，语音提示进行付费；付费完成，司机上车，换电站发送换电完成指令，VCU解除EPB屏蔽，道闸抬杆，车辆驶出。

本发明还提供了一种新能源汽车自动更换动力电池系统，该系统用于实施新能源汽车自动更换动力电池方法，具体包括：

整车控制系统，用于通过蓝牙与换电站连接匹配实现通信；

换电站配对模块，用于识别车辆并确认车辆状态成功后开启换电操作。

有益效果：本发明提供的一种新能源汽车自动更换动力电池方法及系统，车辆端蓝牙作为从机，换电站端蓝牙作为主机。车机电控设备开启，即ACC打开时，车辆的换电控制器开启蓝牙，启动扫描模式，将VIN信息定时广播，等待换电站主机连接。当车辆即将进入换电站时，换电站闸机摄像头识别到车牌后自动关联该车VIN。换电站蓝牙主机设备搜索连接蓝牙名称为VIN的换电控制器设备。连接成功后，读取车机参数，获取车辆状态信息。当车辆状态满足时，则可以开始进入换电操作。该方案逻辑简单易实现，采用业界成熟的蓝牙无线通信方案，不依赖第三方网络，比如基站信号，互联网和服务器等。低延时，确保数据交互的实时性。并且传输距离有限，所以比较安全可靠。

附图说明

图1为本发明提供的一种新能源汽车自动更换动力电池方法流程图；

图2为本发明提供的一种新能源汽车自动更换动力电池的硬件框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种新能源汽车自动更换动力电池方法，包括以下步骤：

S001，车辆进入换电站前，开启车辆自身的蓝牙作为车辆蓝牙从机，蓝牙名为所述车辆自身的VIN(车辆识别号码)；

S002，换电站道闸摄像头识别车牌并读取VIN；

S003，换电站蓝牙主机扫描，连接名称为VIN的蓝牙进行唯一配对该车辆；

S004，蓝牙连接匹配成功后，换电站获取通信密钥；

S005，密钥校验通过后，换电站发指令获取车辆状态及换电前电池参数；

S006，车辆状态满足要求后，则下发下高压指令，成功后再下发下低压指令；

S007，最后开启换电池操作，并获取换电后电池参数。

其中，车辆识别号码(Vehicle Identification Number，或车架号码)，简称VIN，是一组由十七个字母或数字组成，用于汽车上的一组独一无二的号码，可以识别汽车的生产商、引擎、底盘序号及其他性能等资料。

运营车辆都会有唯一的车牌，换电站后台数据库保存有车牌和VIN码的对应关系。车辆进站之前，道闸摄像头读取车牌，自动匹配获取到对应车辆的VIN。获取失败的，语音提示工作人员手动扫码录入匹配。换电站蓝牙主机搜索名称为VIN的蓝牙从机，即车身安装的换电控制器蓝牙设备。搜索成功后发起连接，如果连接失败，换电站语音提示现场工作人员处理。

通信安全需要放在首位，所以需要指定蓝牙通信的UUID和广播数据格式。只有蓝牙主从机UUID和广播数据格式相匹配才能建立数据通信。

应用层数据通信采用凯撒加密方式，即在明文数据上增加一个偏移。因此，每次连接成功，建立通信之后还需要通过明文获取换电控制器的密钥。获取到密钥之后进行加解密，并按照指定的协议格式解析才能进行数据交互，实现安全认证成功。

安全认证成功后，换电站道闸抬杆，允许车辆进入换电站。车辆进入换电平台后挂N档。换电站获取到车辆状态及档位后发送车在换电平台停好指令并语音提示，司机下车。换电控制器收到指令后转发给VCU，VCU屏蔽EPB。换电平台调整车辆位置，以确保电池箱精确定位。

车辆进站准备好之后，换电站以500ms的周期获取车辆状态参数，例如行车准备状态、档位状态、EPB(电子驻车制动系统，英文全称：Electrical ParkBrake)状态、制动踏板状态、电池连接状态、高低压连接状态、车门状态以及方向盘角度。方向盘要回正，车门完全关闭，EPB未锁止，车辆要是ready状态，动力电池是连接状态。

如果有状态异常，则语音提示工作人员处理。无异常则下发下高压指令，即断开动力电池供电。下高压时动力电池电压逐步降低，低于5V即认为下高压成功，可能需要持续1至2分钟，这期间换电站周期性检测动力电池电压状态。如果下高压失败，则语音提示工作人员手动下高压。

下高压成功后，下发下低压指令。收到下低压指令后车辆下电，即熄火状态。换电站检测到ACC关闭即表明下低压成功。如果下低压失败，则语音提示工作人员手动关闭ACC。到此，换电准备过程完成。

下低压之后，确认车辆定位准确，锁止车轮，举升机构抬起车辆。打开电池锁止开关，拆卸电池。换电控制器检测电池连接状态，连接断开后移走旧电池换上新电池，检测到电池连接成功，关闭电池锁止开关，电池更换完成。

电池更换完成后，举升机构复位，车轮解锁。获取当前电池序列号，获取当前电池剩余能量，以及获取当前电池健康度，后台计费完成，语音提示。司机可以扫码支付，也可以现金或刷卡支付换电费用。司机上车，换电站发送换电完成指令，VCU解除EPB屏蔽。道闸抬杆，车辆驶出，换电完成。

车辆换电过程中，为确保安全，不能有人员上下车。所以换电过程中以500ms周期获取车门状态，如果发现车门打开，则立刻暂停换电，并语音提示。

考虑到有可能出现已经进入换电站，但实际未进行换电操作，直接驶出换电站。此时EPB还是屏蔽状态，可能出现停车时溜车的危险情况。因此，当换电控制器检测到有车速，并且EPB被屏蔽时，发指令给VCU，解除EPB屏蔽。

为了实时监控车辆参数变化，便于跟踪车辆问题。换电控制器实时采集整车关键数据。例如车速、里程、档位、制动、动力电池总电压和总电流、以及动力电池单体电压和温度等。数据按照GB/T 32960协议周期上传到国家新能源汽车数据平台。

当检测到严重故障，即触发三级报警时，控制器会将故障触发前后30秒，共60S的数据上传到后台，以备后台大数据分析。

当检测到车辆ACC关闭状态，发起登出操作，断开与后台服务器的连接。检测到ACC关闭后，如果蓝牙处于连接状态，则说明车辆处于换电过程中。如蓝牙处于未连接状态，则进入低功耗休眠状态。

本发明实施例还提供了一种新能源汽车自动更换动力电池系统，该系统用于实施新能源汽车自动更换动力电池方法，具体包括：

整车控制系统，用于通过蓝牙与换电站连接匹配实现通信；

换电站配对模块，用于识别车辆并确认车辆状态成功后开启换电操作。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

其中，新能源汽车自动更换动力电池方法如前所述，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种新能源汽车自动更换动力电池方法，其特征在于，包括以下步骤：

S001，车辆进入换电站前，开启车辆自身的蓝牙作为车辆蓝牙从机，蓝牙名为所述车辆自身的VIN(车辆识别号码)；其中，换电站后台数据库保存有车牌和VIN码的对应关系；

S002，换电站道闸摄像头识别车牌并读取VIN；车辆进站之前，道闸摄像头读取车牌，自动匹配获取到对应车辆的VIN；若获取失败，语音提示工作人员手动扫码录入匹配；

S003，换电站蓝牙主机扫描，连接名称为VIN的蓝牙进行唯一配对该车辆；

S004，蓝牙连接匹配成功后，换电站获取通信密钥；具体地，当换电站蓝牙主机与车辆蓝牙从机的UUID和广播数据格式相匹配时才能建立数据通信，连接匹配成功；所述数据通信采用凯撒加密方式，即在明文数据上增加一个偏移，当连接匹配成功后，车辆通过明文获取换电站的密钥，获取到密钥之后进行加解密，并按照指定的协议格式解析才能进行数据交互，实现安全认证成功；

S005，密钥校验通过后，换电站发指令获取车辆状态及换电前电池参数；安全认证成功后，换电站道闸抬杆，允许车辆进入换电站，车辆进入换电平台后挂N档，换电站获取到车辆状态及档位后发送车辆已停好指令并语音提示，司机下车；

S006，车辆状态满足要求后，则下发下高压指令，成功后再下发下低压指令；

S007，最后开启换电池操作，下低压之后，确认车辆定位准确，锁止车轮，举升机构抬起车辆；打开电池锁止开关，拆卸电池；换电控制器检测电池连接状态，连接断开后移走旧电池换上新电池，检测到电池连接成功，关闭电池锁止开关，电池更换完成；并获取换电后电池参数；

电池更换完成后，举升机构复位，车轮解锁；获取当前电池序列号，获取当前电池剩余能量，以及获取当前电池健康度，后台计费完成，语音提示进行付费；付费完成，司机上车，换电站发送换电完成指令，VCU解除EPB屏蔽，道闸抬杆，车辆驶出。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车自动更换动力电池方法，其特征在于，所述S005中“换电站获取到车辆状态”具体包括：车辆进站准备好之后，换电站以500ms的周期获取车辆状态参数，包括行车准备状态、档位状态、EPB(电子驻车制动系统)状态、制动踏板状态、电池连接状态、高低压连接状态、车门状态以及方向盘角度。

3.根据权利要求2所述的新能源汽车自动更换动力电池方法，其特征在于，所述S006中车辆状态满足要求包括：方向盘为回正状态，车门完全关闭，EPB未锁止，车辆为ready状态，动力电池是连接状态。

4.一种新能源汽车自动更换动力电池系统，其特征在于，该系统用于实施如权利要求1-3任一项所述的新能源汽车自动更换动力电池方法，具体包括：

整车控制系统，用于通过蓝牙与换电站连接匹配实现通信；

换电站配对模块，用于识别车辆并确认车辆状态成功后开启换电操作。

Images