CN114261305B - 充换电对位方法、装置、系统、设备、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充换电对位方法、装置、系统、设备、存储介质。充换电对位方法包括：获取车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离；响应于车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围，获取车辆与充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；根据横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束；将横向距离约束以及航向角约束发送至车辆；响应于车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，根据实时获取的车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束；将纵向距离约束发送至车辆。本发明以在车辆充换电时，实现车辆和充换电站的对位，以提高对位精度和对位效率。

Description

充换电对位方法、装置、系统、设备、存储介质

技术领域

本发明涉及电动车充换电领域，尤其涉及一种充换电对位方法、装置、系统、设备、存储介质。

背景技术

随着电池技术的发展，电动驱动方式已在乘用车和运输车普及。无论是乘用车还是运输车，需要对其电池进行充换电，以实现续航。

由此，在车辆充换电时，如何实现车辆和充换电站的对位，以提高对位精度和对位效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种充换电对位方法、装置、系统、设备、存储介质，以在车辆充换电时，实现车辆和充换电站的对位，以提高对位精度和对位效率。

根据本发明的一个方面，提供一种车辆充换电对位方法，包括：

获取车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离；

响应于车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围，获取车辆与充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；

根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束；

将所述横向距离约束以及航向角约束发送至所述车辆，以供车辆与所述充换电区域进行横向以及航向对位；

响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束，所述第二距离范围小于所述第一距离范围；以及

将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位。

在本申请的一些实施例中，所述响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束包括：

响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；

判断实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角是否满足所述横向距离约束以及航向角约束；

若是，则根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束。

在本申请的一些实施例中，所述根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束之前，还包括：

识别所述车辆的车型；

根据所识别的车型，确定所述车辆的充换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据，

其中，所述横向距离约束以及纵向距离约束还根据所述充换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据确定。

在本申请的一些实施例中，所述根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束之前，还包括：

确定所述车辆的目的位置为充电区域；

获取所述车辆的充电单元在所述车辆上的空间位置映射数据；

其中，所述横向距离约束以及纵向距离约束还根据所述充电单元在所述车辆上的空间位置映射数据确定。

在本申请的一些实施例中，所述根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束之前，还包括：

确定所述车辆的目的位置为换电区域；

获取所述车辆的换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据；

其中，所述横向距离约束以及纵向距离约束还根据所述换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据确定。

在本申请的一些实施例中，所述将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位之后还包括：

判断实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离是否满足所述纵向距离约束；

若是，则向所述车辆发送充换电单元开启指示，以供所述车辆的充换电单元的盖体开启，以暴露所述充换电单元；

识别所暴露的充换电单元的位置信息；

根据所述位置信息，控制所述充换电区域的充换电设备与所暴露的充换电单元进行对位。

在本申请的一些实施例中，所述充换电单元具有位置标识，所述识别所暴露的充换电单元的位置信息包括：

采集所述充换电单元的视频数据；

根据所采集的视频数据，识别所述位置标识；

根据所述位置标识在所述视频数据中的位置信息，确定所述充换电单元的位置信息。

在本申请的一些实施例中，所述充换电站为换电站，所述充换电区域为换电区域，所述换电站包括换电机器人以及电池架，所述换电区域、换电机器人以及电池架横向排列，所述车辆沿纵向驶入所述换电区域，所述将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位之后还包括：

控制所述换电机器人与所述车辆的待替换电池对位；

控制所述换电机器人自所述车辆的电池容纳区域取出所述待替换电池；

将所述电池架上可充电位置发送至所述换电机器人；

控制所述换电机器人将所述待替换电池插入所述可充电位置；

将所述电池架上已充电电池的已充电电池位置发送至所述换电机器人；

控制所述换电机器人自所述已充电电池位置取出已充电电池，并将所述已充电电池插入所述车辆的电池容纳区域。

根据本申请的又一方面，还提一种充换电对位装置，包括：

第一获取模块，配置成获取车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离；

第二获取模块，配置成响应于车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围，获取车辆与充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；

第一约束模块，配置成根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束；

第一发送模块，配置成将所述横向距离约束以及航向角约束发送至所述车辆，以供车辆与所述充换电区域进行横向以及航向对位；

第二约束模块，配置成响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束，所述第二距离范围小于所述第一距离范围；以及

对位模块，配置成将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位。

根据本申请的又一方面，还提一种充换电对位系统，包括：

车辆，具有车舱以及容纳于所述车舱的电池单元，所述电池单元包括充换电单元，所述车舱设置有垂直于所述行驶方向的开口以及遮盖所述开口的盖体，所述盖体由所述车辆控制进行开闭；

充换电站；以及

充换电对位设备，配置成执行如上所述的充换电对位方法。

在本申请的一些实施例中，所述充换电站为换电站，所述充换电区域为换电区域，所述换电站包括换电机器人以及电池架，所述换电区域、换电机器人以及电池架横向排列。

根据本发明的又一方面，还提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如上所述的步骤。

根据本发明的又一方面，还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上所述的步骤。

相比现有技术，本发明的优势在于：

在车辆与充换电区域的对位中，主要包括纵向、横向以及航向对位，纵向方向为车辆与充换电区域对位时的行驶方向，横向方向垂直与所述行驶方向，航向方向为车辆的行驶方向(用以约束车辆行驶方向与纵向方向的夹角)。由于纵向方向为车辆与充换电区域对位时的行驶方向，从而纵向对位可在车辆即将充换电区域时执行；横向和航向对位为了避免车辆距离充换电区域过近从而导致横向和航向无法调整，从而横向和航向对位可以在车辆与充换电区域具有一定距离时执行。由此，本申请通过在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围时，执行横向和航向对位；在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到更小的第二距离范围时，执行纵向对位。一方面，通过不同方向的对位时机的拆分，给横向和航向方向的对位提供较长的对位时间，以保证横向和航向方向能够准确对位；另一方面，在车辆接近充换电区域时进行纵向对位，可以便于纵向方向进行对位和微调；再一方面，在不同的时间确定各方向的约束，相对同时计算约束降低系统计算负载。本申请可以通过上述方式提高对位精度和对位效率。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出了根据本发明实施例的充换电对位方法的流程图；

图2至图4示出了根据本发明实施例的车辆与充换电区域对位过程的示意图；

图5示出了根据本发明实施例的换电站的示意图；

图6至图10示出了根据本发明实施例的车辆换电过程的示意图；

图11示出了根据本发明实施例的电池架的示意图；

图12至图14示出了根据本发明实施例的换电机器人的示意图；

图15示出了根据本发明实施例的换电机器人的换电平台的示意图；

图16示出了根据本发明另一实施例的换电机器人的换电平台的示意图；

图17示出了根据本发明实施例的充换电对位装置的模块图；

图18示意性示出本公开示例性实施例中一种计算机可读存储介质示意图；

图19示意性示出本公开示例性实施例中一种电子设备示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

为了解决现有技术的缺陷，本发明提供一种充换电对位方法，如图1所示。图1示出了根据本发明实施例的充换电对位方法的流程图。图1共如下步骤：

步骤S110：获取车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离。

具体而言，在车辆与充换电区域的对位中，主要包括纵向、横向以及航向对位。纵向方向为车辆与充换电区域对位时的行驶方向(如图4中，车辆1的行驶方向为纵向方向)，横向方向垂直与所述行驶方向(如图4中与纵向方向水平垂直的方向为横向方向)，航向方向为车辆的行驶方向(用以约束车辆行驶方向与纵向方向的夹角)。

具体而言，可以通过布置在充换电站的一个或多个激光传感器获得的激光雷达数据进行相关处理后，可以获得车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离(如图2和图3示出的d_z)、横向距离(如图2示出的d_h)以及航向角(如图2示出的夹角α)。步骤S110可根据实时采集的激光雷达数据，获取车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离。

进一步地，也可以通过摄像头的采集的视频数据的视觉处理来获得车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离(如图2和图3示出的d_z)、横向距离(如图2示出的d_h)以及航向角(如图2示出的夹角α)。

在一些变化例中，还可以通过设置在车辆以及充换电站的多个通讯装置的通讯时间、通讯装置的位置来计算获得车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离(如图2和图3示出的d_z)、横向距离(如图2示出的d_h)以及航向角(如图2示出的夹角α)。本申请可以实现更多的变化方式，在此不予赘述。

具体而言，充换电区域为车辆停止在该区域后充换电站能够自动为车辆进行充换电的位置。充换电区域可以预设在系统中，本申请并非以此为限制。

步骤S120：响应于车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围，获取车辆与充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角。

具体而言，第一距离范围可以按需设置。在一些实施例中，第一距离范围可以设置为9米、10米、11米等。进一步地，第一距离范围可以通过实验测试获得。例如，测试车辆在驶入充换电站的车道范围内，以与充换电区域之间的最大横向距离以及最大航向夹角为初始位姿，该车辆从初始位姿能够以该车道范围的最大速度行驶并以目的位姿(例如横向距离为0且航向夹角为0)停止在充换电区域的最大行驶距离。本申请并非以此为限制，第一距离范围例如也可以进行迭代更新。

步骤S130：根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束。

具体而言，横向距离约束和航向角约束可以为使得该车辆与充换电区域的横向距离能够为0且航向角能够为0时的该车辆需要移动的横向距离以及需要转动的角度。

步骤S140：将所述横向距离约束以及航向角约束发送至所述车辆，以供车辆与所述充换电区域进行横向以及航向对位。

具体而言，车辆可以通过所接收的横向距离约束以及航向角约束进行横向距离和航向角度的调整。

在一些实施例中，车辆为无人驾驶车辆，则车辆无人驾驶系统可以基于接收的横向距离约束以及航向角约束进行驾驶控制。

在另一些实施例中，车辆为有人驾驶车辆，则车载系统可以基于横向距离约束和航向角约束生成驾驶导航路径，并显示于车载系统中，供驾驶员能够基于驾驶导航路径的引导，进行横向和航向对位。

步骤S150：响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束，所述第二距离范围小于所述第一距离范围。

具体而言，第二距离范围也可以按需设置。在一些实施例中，第二距离范围可以设置为0.5米、1米、2米等，本申请并非以此为限制。

具体而言，纵向距离约束可以为使得该车辆与充换电区域的纵向距离能够为0时的该车辆需要移动的纵向距离。

具体而言，本申请上述各距离的计算可以以充换电区域的中心，以及车辆的电池包的中心为基准。本申请并非以此为限制，其它基准确定方式也在本申请的保护范围之内。

步骤S160：将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位。

与前述步骤S140类似，本申请可以实现无人驾驶和有人驾驶两种不同行驶的纵向对位方式，在此不予赘述。

以换电站为例，上述步骤可以结合图2至图5进行描述。图2至图4示出了根据本发明实施例的车辆与充换电区域对位过程的示意图。图5示出了根据本发明实施例的换电站的示意图。

如图2所示，车辆1在驶向换电站2时，根据设置在换电站2的激光传感器24(如图5)采集的激光点云数据，获取车辆1与换电站2的充换电区域23的纵向距离d_z。响应于纵向距离d_z到达第一距离范围(例如10米)时，根据设置在换电站2的激光传感器24采集的激光点云数据，获取车辆1与换电站2的充换电区域23的横向距离d_h以及航向角α。根据横向距离d_h以及航向角α，确定车辆需向右(图2中的方向)移动距离d_h，且需要向右转α角度，从而实现横向和航向对位。将车辆需向右(图2中的方向)移动距离d_h，且需要向右转α角度的信息发送给车辆，以供车辆通过自动控制，或显示于车载设备上供驾驶员参考。如图3，车辆行驶一段时间后，响应于纵向距离d_z到达第二距离范围(例如1米)时，根据设置在换电站2的激光传感器24采集的激光点云数据，获取车辆1与换电站2的充换电区域23的纵向距离d_z。根据纵向距离d_z，确定车辆1需向前(图3中的方向)移动距离d_z，从而实现纵向对位。当车辆1达到换电区域23时，车辆1、换电站2的换电机器人21以及电池架22的位置关系如图4所示。上述步骤可以由充换电设备3来执行(如图2)，充换电设备3可以集成于电池架22，也可以独立于电池架22设置，以对车辆的充换电进行对位控制。

在本发明提供的充换电对位方法中，通过在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围时，执行横向和航向对位；在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到更小的第二距离范围时，执行纵向对位。一方面，通过不同方向的对位时机的拆分，给横向和航向方向的对位提供较长的对位时间，以保证横向和航向方向能够准确对位；另一方面，在车辆接近充换电区域时进行纵向对位，可以便于纵向方向进行对位和微调；再一方面，在不同的时间确定各方向的约束，相对同时计算约束降低系统计算负载。由此，通过上述方式提高对位精度和对位效率。

在一些实施例中，在确定纵向距离约束之前，可以对车辆的横向以及航向是否对位进行确认。由此，上述步骤S150响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束还可以包括如下步骤：响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；判断实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角是否满足所述横向距离约束以及航向角约束；若是，则根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束。由此，通过在纵向约束确定前，保证车辆的横向和航向对位完成。若在纵向约束确定前，车辆的横向和航向对位未完成，则表示车辆可能无法在充换电区域完成对位，由此，可以向车辆发送拒绝充换电提醒，以便于车辆重新从充换电站入口向充换电站行驶，从而能够进行准确的对位。

在一些实施例中，由于不同的车型，车辆的尺寸、其电池包的位置、充换电单元的位置皆不相同，从而其所要达到的充放电区域实际上存在差异。因此，在图1中步骤S130之前还可以执行如下步骤：识别所述车辆的车型；根据所识别的车型，确定所述车辆的充换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据，其中，所述横向距离约束以及纵向距离约束还根据所述充换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据确定。

具体而言，对车型的识别可以通过设置在充放电站的摄像头采集的车辆视频数据来实现。系统中可以维护各车型的车辆的空间位置映射数据以及车辆的充换电单元在车辆上的空间位置映射数据。在一些实施例中，可以设置一参考车型，并为参考车型提供一参考充放电区域。由此，可以以参考车型和参考充放电区域为基准，通过参考车型及其充换电单元在其上的位置、当前车辆的车型及其充换电单元在其上的位置的位置差异，计算获得对应当前车辆的充放电区域(能够自动完成当前车辆的充放电的区域)。根据对应当前车辆的充放电区域与参考充放电区域的位置差异，来对基于参考充放电区域计算获得的横向距离约束和纵向距离约束进行修正，以提高车辆与充放电区域对位的准确性。

在一些变化例中，由于车辆与充换电设备需侧向对准，以便于通过车辆的侧向开口进行充换电操作，上述车型识别也可以在车辆到达充换电区域时执行，由此，可以通过摄像头采集车辆侧向视频，通过对车辆侧向视频的车型识别，通过视频检测一方面可以直接获取充换电单元在车辆侧向视角上的位置，另一方面可以根据车型识别的空间位置映射数据确定充换电单元在车辆中的深度和厚度，从而能够获得充换电单元在车辆中的准确位置，以便于车辆进行位置的微调，从而达到最佳充换电位姿。

进一步地，本申请可以适用于车辆充电，也可以适用于车辆换电。由于车辆充电是通过充电枪与车辆电池包的充电口对接来完成，而车辆换电是通过换电机器人从车辆中提取电池包并与电池架上已完成充电的电池包进行替换来完成的。因此，车辆的充电对位位置与车辆的充换电对位位置存在差异。由此，在图1示出的步骤S130根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束之前，还包括确定车辆当前进行充电或换电的步骤。

当确定所述车辆的目的位置为充电区域后，可以获取所述车辆的充电单元在所述车辆上的空间位置映射数据。由此，所述横向距离约束以及纵向距离约束还可以根据所述充电单元在所述车辆上的空间位置映射数据确定。具体而言，充电单元例如可以为车辆上的电池包的充电口。

当确定所述车辆的目的位置为换电区域后，获取所述车辆的换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据，其中，所述横向距离约束以及纵向距离约束还可以根据所述换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据确定。具体而言，换电单元例如可以为车辆上的电池包。

具体而言，车辆进行充电还是换电可以由充换电站能够提供的充换电服务来确定。执行充换电对位方法的系统可以储存有充电标志或换电标志，由此，根据所储存的标志即可确定当前的充换电站为充电站还是换电站。在一些变化例中，当充换电站同时提供充电服务和换电服务时，充电服务和换电服务必然存在不同的充电区域和换电区域以及联通充电区域的充电道路和联通换电区域的换电道路，由此，根据车辆当前处于充电道路还是换电道路的识别，即可确定车辆当前要进行充电还是换电。由此，本申请可以复用在充电站、换电站或者充换电站。进一步地，由于换电单元和充电单元位于车辆上的不同位置，从而可以基于换电单元和充电单元在车辆上的空间位置映射数据对横向距离约束以及纵向距离约束进行修正。在一些实施例中，可以以换电单元为参考基准，当车辆要进行换电时，可以无需对横向距离约束以及纵向距离约束进行修正；当车辆要进行充电时，可以基于充电单元和换电单元在车辆上的空间位置映射数据的位置差异，对横向距离约束和纵向距离约束进行调整。由此，本申请也可以实现以充电单元为参考基准的实施方式，本申请并非以此为限制。

在一些实施例中，车辆与充换电区域的对位可能存在误差，为了补充这些误差，可以通过充换电站的充换电设备与车辆的充换电单元进行对位。充换电站的充换电设备与车辆的充换电单元的对位可以在图1中的步骤S160之后执行。在一些实施例中，车辆上可以设置有充换电单元的盖体。当判断实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离满足所述纵向距离约束(即当车辆达到充换电区域)时，可以向所述车辆发送充换电单元开启指示，以供所述车辆的充换电单元的盖体开启，以暴露所述充换电单元。由此，可供充换电设备识别所暴露的充换电单元的位置信息，从而可以根据所述位置信息，控制所述充换电区域的充换电设备与所暴露的充换电单元进行对位。

在上述实施例的一些具体实现中，所述充换电单元可以具有位置标识，所述识别所暴露的充换电单元的位置信息可以包括：采集所述充换电单元的视频数据；根据所采集的视频数据，识别所述位置标识；根据所述位置标识在所述视频数据中的位置信息，确定所述充换电单元的位置信息。位置标识例如为约定的特殊图形，由此，通过视频数据可以识别出该特殊的图形，以及该图形在视频中的位置。具体而言，系统可以预先获知采集充换电单元的视频数据摄像头的位置(摄像头与充换电设备的位置关系)以及摄像头的视角，由此，可以该些信息，可以确定位置标识与摄像头的相对位置关系，以摄像头作为转换基准，可以根据摄像头与充换电设备的位置关系以及位置标识与摄像头的相对位置关系，获得位置标识与充换电设备之间的位置关系，由此，根据位置标识与充换电设备之间的位置关系可以控制充换电设备与位置标识处的充换电单元的对位。

在本申请的一个具体实施例中，所述充换电站为换电站，所述充换电区域为换电区域，所述换电站包括换电机器人以及电池架，所述换电区域、换电机器人以及电池架横向排列，所述车辆沿纵向驶入所述换电区域。图1中的步骤S160之后还可以包括：控制所述换电机器人与所述车辆的待替换电池对位；控制所述换电机器人自所述车辆的电池容纳区域取出所述待替换电池；将所述电池架上可充电位置发送至所述换电机器人；控制所述换电机器人将所述待替换电池插入所述可充电位置；将所述电池架上已充电电池的已充电电池位置发送至所述换电机器人；控制所述换电机器人自所述已充电电池位置取出已充电电池，并将所述已充电电池插入所述车辆的电池容纳区域。

上述充换电对位过程可以参见图6至图10，图6至图10示出了根据本发明实施例的车辆换电过程的示意图。图6至图10的车辆换电过程涉及的电池架22、换电机器人21如图11至16所示。

电池架22可以具有按阵列排布的电池槽，用于容纳电池进行充电。电池槽中可以设置有升降装置，以对电池槽中的电池进行升降支撑。换电机器人21可以对应电池架22的一列电池槽。换电机器人21具有换电平台25，换电平台可以沿列方向移动，以对应该列电池槽的不同行。换电机器人21底部可以设置滑槽，以供换电机器人21沿行方向移动，以对应电池架22的不同列。

换电平台25具有通过设置在换电平台25的轨道上可朝向换电平台25两侧伸缩的承托件25A(如图15)。承托件25A上设置有转动链25C。转动链25C上设置有限位块25B。限位块25B用于与电池底部的凹槽配合，以实现对电池的拖拉。转动链25C用于在承托件25A上转动限位块25B以便于限位块25B移动到合适的位置。限位块25B与转动链25C连接的位置设置有高于转动链25C的置物件，以向电池提供置物平面，避免电池直接与转动链25C接触。换电平台25还设置有滚轮/滚珠25F。限位块25B拖动电池至电池与滚轮/滚珠25F接触，电池与滚轮/滚珠25F接触后，可减少电池移动的摩擦力，更便于拖动电池。滚轮/滚珠25F可以仅对应电池底部设置，也可以对应电池侧壁设置(如图16)，对应侧壁设置的滚轮/滚珠25F还可以实现电池移动轨迹的限位。

在一些实施例中，换电平台25上还可以设置有用于进行对位的摄像头28。

在另一些实施例中，换电平台25上可以设置有位于承托件25A两侧的两个激光传感器25D和25E。摄像头28和激光传感器25D和25E也可以同时设置在换电平台25上(如图16)。

激光传感器25D和25E分别用于检测车舱与激光传感器之间的距离，当激光传感器25D和25E测得的距离相等，则表示承托件25A的延伸方向与车辆方向垂直，承托件25A可以准确地对位到电池底部。当激光传感器25D和25E测得的距离不相等，则表示承托件25A的延伸方向与车辆方向不垂直，可以转动承托件25A使得承托件25A的延伸方向与车辆方向垂直，或者也可以向车辆发送位姿调整信号，以由车辆进行位姿调整至车辆行驶方向与承托件25A的延伸方向垂直。由此，通过激光传感器25D和25E可以保证承托件25A与电池准确对位。

进一步地，由于电池重量较大，当承托件25A承托电池时，电池所在车舱内部压力减小，从而车舱可能发生高度变化，从而导致电池高度发生变化。在一些实施例中，可以通过摄像头28采集电池处的视频，以对电池高度进行追踪，根据所追踪的电池高度变化，调整承托件25A的高度，以进行高度补偿，保证电池在换电过程中与承托件25A之间保持高度恒定，避免由于承托件25A和电池的高度差导致电池换电过程中的翻转掉落等情况。

当车辆1达到换电区域时，如图4所示，本申请提供的充换电对位方法可以向车辆1发送充换电单元开启指示，车辆1的车舱11的电池包12的盖体14打开，暴露开口13，开口13暴露出电池包12及其电池15。电池包12中，电池15可以位于电池座上。电池15一般通过锁定装置锁定于电池座上，当盖体14打开时，可以同步打开锁定装置，以解锁电池和电池座的锁定关系。电池座上可以设置有升降装置，当电池和电池座解锁后，升降装置抬升电池15，使得电池15与电池座之间具有间隙。换电机器人21通过前述的位置标识与车辆1上的充电包12中的电池15进行对位，对位后，承托件25A穿入电池15与电池座之间的间隙，且限位块25B与电池底部的凹槽对位，电池座上的升降装置降低，使得承托件25A承托电池15。当承托件25A承托电池15后，承托件25A回缩至换电机器人21的机架内时，由限位块25B拖动电池15随承托件25A的移动而移动，如图7所示。此时，可以识别电池架22中的可充电位置(空闲的电池槽)，根据图7中，电池架22最前方存在可充电位置，由此，换电机器人21的换电平台25与该可充电位置进行对位，并使得承托件25A穿入该可充电位置(如图8)。当承托件25A穿入该可充电位置时，可充电位置的升降装置升起以承托需充电的电池15，且电池底部凹槽与限位块25B脱离。然后，承托件25A回缩至换电机器人21的机架内，电池15不会随承托件25A的移动而移动。然后，识别电池架22中充电完成的电池26的电池位置。电池26位于电池架22的第二列。由此，换电机器人21需对应移动至电池架22第二列的对应位置。电池26的电池槽中的升降装置使得电池26在电池槽中升起，电池26与电池槽的底壁之间存在间隙，换电机器人21的换电平台25的承托件25A朝向电池26在电池槽延伸，并穿入电池26和电池槽的底壁之间的间隙，且限位块25B与电池26的底部凹槽相配合(如图9)。电池26的电池槽中的升降装置降低，以使得承托件25A承托电池26，且使得限位块25B位于电池26的底部凹槽内，通过限位块25B拖动电池26回缩至换电机器人21的机架。换电机器人21再次回到自车辆1取出电池15的位置，换电机器人的换电平台25的承托件25A朝向车辆1的充电包12延伸(如图10)。充电包12的升降装置升起，以承托电池26，限位块25B脱离电池26底部的凹槽，然后换电机器人的换电平台25的承托件25A回缩至换电机器人21的机架。充电包12的升降装置降低，使得电池26由电池包12的电池座承托，且电池座的锁定装置可以电池26和电池座的连接关系。由此，以完成一次换电操作。

在上述实施例中，电池包12中可以包括多个电池15。本申请可以以电池包12为单位进行换电操作。在另一些实施例中，本申请也可以以电池15为单位进行换电操作。在以电池15为单位进行换电操作的实施例中，可以为每个电池15设置不同的位置标识，以便于换电机器人21能够识别不同的电池15。

以上仅仅是本发明的充换电对位方法的多个具体实现方式，各实现方式可以独立或组合来实现，本发明并非以此为限制。进一步地，本发明的流程图仅仅是示意性地，各步骤之间的执行顺序并非以此为限制，步骤的拆分、合并、顺序交换、其它同步或异步执行的方式皆在本发明的保护范围之内。

本发明还提供一种充换电对位装置，图17示出了根据本发明实施例的充换电对位装置的模块图。充换电对位装置200包括第一获取模块210、第二获取模块220、第一约束模块230、第一发送模块240、第二约束模块250以及对位模块260。

第一获取模块210配置成获取车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离；

第二获取模块220配置成响应于车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围，获取车辆与充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；

第一约束模块230配置成根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束；

第一发送模块240配置成将所述横向距离约束以及航向角约束发送至所述车辆，以供车辆与所述充换电区域进行横向以及航向对位；

第二约束模块250配置成响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束，所述第二距离范围小于所述第一距离范围；以及

对位模块260配置成将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位。

在本发明提供的充换电对位装置中，通过在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围时，执行横向和航向对位；在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到更小的第二距离范围时，执行纵向对位。一方面，通过不同方向的对位时机的拆分，给横向和航向方向的对位提供较长的对位时间，以保证横向和航向方向能够准确对位；另一方面，在车辆接近充换电区域时进行纵向对位，可以便于纵向方向进行对位和微调；再一方面，在不同的时间确定各方向的约束，相对同时计算约束降低系统计算负载。由此，通过上述方式提高对位精度和对位效率。

图17仅仅是示意性的分别示出本发明提供的充换电对位装置200，在不违背本发明构思的前提下，模块的拆分、合并、增加都在本发明的保护范围之内。本发明提供的充换电对位装置200可以由软件、硬件、固件、插件及他们之间的任意组合来实现，本发明并非以此为限。

本申请还提供一种充换电对位系统。充换电对位系统包括可以包括车辆、充换电站以及充换电对位设备。车辆具有车舱以及容纳于所述车舱的电池单元，所述电池单元包括充换电单元，所述车舱设置有垂直于所述行驶方向的开口以及遮盖所述开口的盖体，所述盖体由所述车辆控制进行开闭。充换电对位设备可以执行上所述的充换电对位方法。优选地，所述充换电站为换电站，所述充换电区域为换电区域，所述换电站包括换电机器人以及电池架，所述换电区域、换电机器人以及电池架横向排列。在本发明提供的充换电对位设备中，通过在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围时，执行横向和航向对位；在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到更小的第二距离范围时，执行纵向对位。一方面，通过不同方向的对位时机的拆分，给横向和航向方向的对位提供较长的对位时间，以保证横向和航向方向能够准确对位；另一方面，在车辆接近充换电区域时进行纵向对位，可以便于纵向方向进行对位和微调；再一方面，在不同的时间确定各方向的约束，相对同时计算约束降低系统计算负载。由此，通过上述方式提高对位精度和对位效率。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被例如处理器执行时可以实现上述任意一个实施例中所述充换电对位方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述充换电对位方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

参考图18所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在租户计算设备上执行、部分地在租户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在租户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到租户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

在本公开的示例性实施例中，还提供一种电子设备，该电子设备可以包括处理器，以及用于存储所述处理器的可执行指令的存储器。其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一个实施例中所述充换电对位方法的步骤。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

下面参照图19来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图19显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图19所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元610执行，使得所述处理单元610执行本说明书上述充换电对位方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。

所述存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。

所述存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得租户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的上述充换电对位方法。

相比现有技术，本发明的优势在于：

在车辆与充换电区域的对位中，主要包括纵向、横向以及航向对位，纵向方向为车辆与充换电区域对位时的行驶方向，横向方向垂直与所述行驶方向，航向方向为车辆的行驶方向与纵向方向的夹角。由于纵向方向为车辆与充换电区域对位时的行驶方向，从而纵向对位可在车辆即将充换电区域时执行；横向和航向对位为了避免车辆距离充换电区域过近从而导致横向和航向无法调整，从而横向和航向对位可以在车辆与充换电区域具有一定距离时执行。由此，本申请通过在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围时，执行横向和航向对位；在车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到更小的第二距离范围时，执行纵向对位。一方面，通过不同方向的对位时机的拆分，给横向和航向方向的对位提供较长的对位时间，以保证横向和航向方向能够准确对位；另一方面，在车辆接近充换电区域时进行纵向对位，可以便于纵向方向进行对位和微调；再一方面，在不同的时间确定各方向的约束，相对同时计算约束降低系统计算负载。由此，本申请可以通过上述方式提高对位精度和对位效率。本申请尤其适用于无人值守的充换电站的车辆对位引导以及充换电设备与车辆的充换电单元的对位引导。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (6)

1.一种车辆充换电对位方法，其特征在于，包括：

获取车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离；

响应于车辆与充换电站的充换电区域的纵向距离达到第一距离范围，获取车辆与充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；

确定所述车辆的目的位置为充电区域或者换电区域，通过摄像头采集车辆侧向视频，通过对车辆侧向视频的车型识别，获取充电单元或者换电单元在所述车辆侧向视角上的位置和根据车型识别的空间位置映射数据确定充电单元或者换电单元在车辆中的深度和厚度，至少基于所述充电单元或者换电单元在所述车辆上的空间位置映射数据确定横向距离约束以及纵向距离约束；

根据所述横向距离以及航向角生成横向距离约束以及航向角约束，将所述横向距离约束以及航向角约束发送至所述车辆，以供车辆与所述充换电区域进行横向以及航向对位；

响应于所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离达到第二距离范围，实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角；判断实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的横向距离以及航向角是否满足所述横向距离约束以及航向角约束；若是，则根据实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离生成纵向距离约束，所述第二距离范围小于所述第一距离范围；

将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位；以及

判断实时获取的所述车辆与所述充换电站的充换电区域的纵向距离是否满足所述纵向距离约束；若是，则向所述车辆发送充换电单元开启指示，以供所述车辆的充换电单元的盖体开启，以暴露所述充换电单元；采集所述充换电单元的视频数据，根据所采集的视频数据，识别位置标识；根据所述位置标识在所述视频数据中的位置信息，确定所述充换电单元的位置信息；根据所述位置信息，控制所述充换电区域的充换电设备与所暴露的充换电单元进行对位。

2.如权利要求1所述的充换电对位方法，其特征在于，所述充换电站为换电站，所述充换电区域为换电区域，所述换电站包括换电机器人以及电池架，所述换电区域、换电机器人以及电池架横向排列，所述车辆沿纵向驶入所述换电区域，将所述纵向距离约束发送至所述车辆，以供所述车辆与所述充换电区域进行纵向对位之后还包括：

控制所述换电机器人与所述车辆的待替换电池对位；

控制所述换电机器人自所述车辆的电池容纳区域取出所述待替换电池；

将所述电池架上可充电位置发送至所述换电机器人；

控制所述换电机器人将所述待替换电池插入所述可充电位置；

将所述电池架上已充电电池的已充电电池位置发送至所述换电机器人；

控制所述换电机器人自所述已充电电池位置取出已充电电池，并将所述已充电电池插入所述车辆的电池容纳区域。

3.一种充换电对位系统，其特征在于，包括：

车辆，具有车舱以及容纳于所述车舱的电池单元，所述电池单元包括充换电单元，所述车舱设置有垂直于行驶方向的开口以及遮盖所述开口的盖体，所述盖体由所述车辆控制进行开闭；

充换电站；以及

充换电对位设备，配置成执行如权利要求1或2所述的充换电对位方法。

4.如权利要求3所述的充换电对位系统，其特征在于，所述充换电站为换电站，所述充换电区域为换电区域，所述换电站包括换电机器人以及电池架，所述换电区域、换电机器人以及电池架横向排列。

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

处理器；

存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如权利要求1或2所述的方法。

6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1或2所述的方法。