CN215621508U - 一种新能源车辆的定位系统及应用其的换电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源车辆的定位系统及应用其的换电站。新能源车辆的定位系统包括控制单元、定位装置、激光器和相机；控制单元与激光器、相机和定位装置连接；激光器和相机设于换电站上，激光器用于向预设扫描区域发射激光，预设扫描区域内停有待换电车辆；相机用于采集激光器向预设扫描区域发射的激光，得到光斑图像，并将光斑图像发送给控制单元；定位装置设于换电站的底面上，用于限制待换电车辆停于预设扫描区域内；控制单元用于接收相机发送的光斑图像，根据相机的位置信息、激光器的位置信息和光斑图像确定出待换电车辆的目标点的坐标，即电池包的坐标。本实用新型提供的新能源车辆的定位系统具有定位精准度高和效率高的特点。

Description

一种新能源车辆的定位系统及应用其的换电站

技术领域

本实用新型涉及车辆换电定位技术领域，特别涉及一种新能源车辆的定位系统及应用其的换电站。

背景技术

电动汽车的充电速度受限于电池快充技术和充电桩的普及，目前普通的动力电池续航比较短，而快充电池的充电速度至少要1小时以上，且成本较高，充电桩的普及程度也未达到随时随地可以给电动汽车充电的程度。所以，动力电池与车身可以快速拆换的换电站应运而生。

换电站的目的在于解决以上种种问题，可以使得电动汽车像汽油车去加油站加油一样快速方便的换上满电电池，不用等待充电的时间，便捷省时。

但现有技术中的换电站，仅涉及换电装置对车辆进行更换电池包的操作，在实际应用中现有换电站在进行定位时，仅是通过机械硬限位或简单的标识进行粗定位，定位精度非常差(一般10-50mm左右)，需要换电设备增加很大的公差补偿，加大了换电设备的结构，且效率更低，从而影响换电站的推广应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的是现有技术中电动汽车换电时定位精度差和换电效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请在一方面公开了一种新能源车辆的定位系统，其包括控制单元、定位装置、激光器和相机；

该控制单元与该激光器、相机和定位装置连接；

该激光器和该相机设于换电站上，该激光器用于向预设扫描区域发射激光，该预设扫描区域内停有待换电车辆；

该相机用于采集该激光器向该预设扫描区域发射的激光，得到光斑图像，并将该光斑图像发送给该控制单元；

该定位装置设于该换电站的底面上，用于限制该待换电车辆停于该预设扫描区域内；

该控制单元用于接收该相机发送的光斑图像，并获取该相机的位置信息和该激光器的位置信息，根据该相机的位置信息、该激光器的位置信息和该光斑图像确定出目标点的坐标，该目标点位于该待换电车辆的电池包上。

可选的，新能源车辆的定位系统还包括第一反光板和第二反光板；

该第一反光板位于该预设扫描区域的参考点；

该第二反光板位于该目标点；

该控制单元还用于利用相机采集激光器向该第一反光板和该第二反光板发射的激光，得到光斑图像，该光斑图像上包含有与该参考点和该目标点分别对应的光斑。

可选的，该控制单元还用于根据该相机的位置信息、该激光器的位置信息和该光斑图像确定出该参考点与该目标点之间的相对位置信息，根据述参考点与该目标点之间的相对位置信息和该参考点的坐标确定出该目标点的坐标。

可选的，该控制单元还用于控制该激光器向该预设扫描区域的底面上投射激光点，且当该待换电车辆停止后，该待换电车辆的预设部件与该激光点的距离小于等于预设距离时，控制启动该相机。

可选的，该控制单元还用于当该待换电车辆停止后，且该待换电车辆的预设部件与该激光点的距离大于预设距离时，控制不启动该相机。

可选的，该定位装置包括减速带、挡板或者V型滚轮。

可选的，新能源车辆的定位系统还包括粗定位结构；

该粗定位结构设于该换电站的进站口，用于引导该待换电车辆驶入该预设扫描区域。

本申请在另一方面还公开了一种换电站，其包括换电平台和上述的新能源车辆的定位系统；

该换电平台用于停放该待换电车辆；

该定位装置设于该换电平台上；

该控制单元还用于基于该目标点的坐标对该待换电车辆进行换电操作。

可选的，换电站还包括换电装置；

该控制单元还用于获取换电装置的位置信息，基于该目标点的坐标和该换电装置的位置信息确定出该换电装置的运行轨迹，控制该换电装置按照该换电装置的运行轨迹移动到该电池包的位置进行换电操作。

可选的，换电站还包括壳体；

该换电平台位于该壳体内；

该相机设于该壳体的顶部。

采用上述技术方案，本申请提供的新能源车辆的定位系统具有如下有益效果：

新能源车辆的定位系统，其包括控制单元、定位装置、激光器和相机；该控制单元与该激光器、相机和定位装置连接；该激光器和该相机设于换电站上，该激光器用于向预设扫描区域发射激光，该预设扫描区域内停有待换电车辆；该相机用于采集该激光器向该预设扫描区域发射的激光，得到光斑图像，并将该光斑图像发送给该控制单元；该定位装置设于该换电站的底面上，用于限制该待换电车辆停于该预设扫描区域内；该控制单元用于接收该相机发送的光斑图像，并获取该相机的位置信息和该激光器的位置信息，根据该相机的位置信息、该激光器的位置信息和该光斑图像确定出目标点的坐标，该目标点位于该待换电车辆的电池包上。如此情况下，能够使得该定位系统通过激光定位的方式实现对进入换电站的待换电区域的车辆的电池包进行定位，得出该电池包的坐标，具有定位精准度高和效率高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种可选的实施方式中新能源车辆的定位系统的结构示意图；

图2为本申请一种可选的实施方式中新能源车辆的定位系统的俯视图；

图3为本申请另一种可选的实施方式中新能源车辆的定位系统的结构示意图。

以下对附图作补充说明：

1-换电站；2-控制单元；3-相机；4-定位装置；5-激光器；6-预设扫描区域；7-待换电车辆；8-电池包；9-第一反光板；10-第二反光板；11- 激光点；12-粗定位结构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1所示，图1为本申请一种可选的实施方式中新能源车辆的定位系统的结构示意图。本申请提供了一种新能源车辆的定位系统，其包括控制单元2、定位装置4、激光器5和相机3；该控制单元2与该激光器5、相机3和定位装置4连接；该激光器5和该相机3设于换电站1上，该激光器5用于向预设扫描区域6发射激光，该预设扫描区域6内停有待换电车辆7；该相机3用于采集该激光器5向该预设扫描区域发射的激光，得到光斑图像，并将该光斑图像发送给该控制单元2；该定位装置4设于该换电站1 的底面上，用于限制该待换电车辆7停于该预设扫描区域6内；该控制单元2用于接收该相机3发送的光斑图像，并获取该相机的位置信息和该激光器的位置信息，根据该相机的位置信息、该激光器的位置信息和该光斑图像确定出目标点的坐标，该目标点位于该待换电车辆7的电池包上。如此情况下，能够使得该定位系统通过激光定位的方式实现对进入换电站11 的待换电区域的电池包进行定位，继而可以得出该电池包的坐标，具有定位精准度高和效率高的优点。

可选的，上述预设扫描区域6为用于停放待换电车辆7，以及用于放置下文的反光板(包括第一反光板9和第二反光板10)的区域，优选的，该预设扫描区域6的长度大于待换电车辆7的长度，便于该待换电车辆7的停放。

可选的，该光斑图像为该相机3接收上述反光板反射的激光的光斑图，从而使得该光斑图像能够反映上述多个反光板之间的相对位置信息，后续可以通过得到反光板之间的实际距离、反光板之间的方位信息以及其中一个反光板的实际坐标，即可计算出另一个反光板的实际坐标。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，图2为本申请一种可选的实施方式中新能源车辆的定位系统的俯视图。新能源车辆的定位系统还包括第一反光板9和第二反光板10；该第一反光板9位于该预设扫描区域6的参考点；该第二反光板10位于该目标点；该控制单元2还用于利用相机3 采集激光器5向该第一反光板9和该第二反光板10发射的激光，得到光斑图像，该光斑图像上包含有与该参考点和该目标点分别对应的光斑。

可选的，激光器5和第一反光板9、第二反光板10位于一条直线上。

可选的，该预设扫描区域6的参考点可以是固定位置，或者也可以根据不同车型在预设扫描区域6设置多个参考点，在实际定位时，根据识别出的车辆的型号来选择确定使用的参考点，以便于与车辆上的目标点匹配，提高定位精度，当然，在实际定位时，还可以根据车辆停放位置来确定使用的参考点，可选的，通过在停放区域设置多个测距设备，从而可以确定出该待换电车辆7与测距设备之间的距离，进而确定该待换电车辆7的停放位置。

可选的，该待换电车辆7的目标点可以是预先确定好的，也可以是当该待换电车辆7进入换电站1后，根据该车型历史定位数据确定出的目标点确定，而对于没有历史定位数据的新款车辆，则可以按照预设规则对该车辆的目标点进行确定，可选的，该预设规则可以是将电池包8的中心或者侧边作为目标点的位置，当然，根据需要和便捷度也可以是电池包8或者电池包8支架上的其他位置，在此不做限制。

在一种可选的实施方式中，该控制单元2还用于根据该相机的位置信息、该激光器的位置信息和该光斑图像确定出该参考点与该目标点之间的相对位置信息，根据述参考点与该目标点之间的相对位置信息和该参考点的坐标确定出该目标点的坐标。

可选的，该相机的位置信息包括相机的位置坐标以及该相机的摄像头的转动角度，该激光器的位置信息包括激光器的位置坐标。

可选的，通过前面的描述可知，由于已知相机的位置坐标和激光器的位置坐标，从而可以得到相机3与激光器的相对距离，而参考点、激光器5 和相机3形成的以激光器5为顶点的角度也是已知，相机3旋转的角度也是已知的，即以相机3为顶点的角度也是已知的，从而由激光器5、参考点和相机3形成的三角形的两个角和一条边是已知的，进而可以求得激光器5 与参考点之间的距离，同理，求出激光器5与目标点之间的距离，继而可以根据激光器5与参考点之间的距离、激光器5与目标点之间的距离得到参考点与目标点之间的距离。

在另一种可选的实施方式中，为了进一步提高计算精度，还可以通过历史数据确定出补偿系数，将通过上述方法得到的参考点与目标点之间的距离乘以补偿系数，得到最终的参考点与目标点之间的距离。

可选的，该光斑图像能够反映第一反光板9与第二反光板10之间的相对位置信息，即该光斑图像能够反映参考点与目标点之间的相对位置信息，例如，参考点与目标点之间的方位，由于已知参考点和目标点之间的距离，从而可以确定参考点与目标点之间的相对位置信息。

在一种可选的实施方式中，如图3所示，图3为本申请另一种可选的实施方式中新能源车辆的定位系统的结构示意图。该控制单元2还用于控制该激光器5向该预设扫描区域6的底面上投射激光点11，且当该待换电车辆7停止后，该待换电车辆7的预设部件与该激光点的距离小于等于预设距离时，控制启动该相机3，当该待换电车辆7停止后，且该待换电车辆 7的预设部件与该激光点的距离大于预设距离时，控制不启动该相机3。

可选的，该换电站1上设有反光镜，有助于司机观察激光点11。该投射的激光点11有利于引导车辆停止，从而使得不同车型在不同的前轮停止点从而提高兼容性，而且控制单元2通过上述判定方式可以确定该车辆停放是否停放在预设范围内，只有当车辆停于预设范围内才启动相机3进行激光定位，提高了定位精准度。

在另一种可选的实施方式中，也可以仅需要激光器5向预设扫描区域6 内投射激光点11，当驾驶员驾驶车辆到预设位置时，通过人工确认即可开启相机3，进而激光定位。

在一种可选的实施方式中，该定位装置4包括减速带、挡板或者V型滚轮。

可选的，该减速带与挡板均是设于车辆前端的装置，从而限制车辆的前轮的位置。

在另一种可选的实施方式中，该定位装置4包括减速带和挡板，该减速带用于限制所述待换电车辆7达到所述预设扫描区域6的行车速度，该挡板用于限制所述待换电车辆7在所述预设扫描区域6的位置。

可选的，在本实施例中，该减速带可以是位于该换电站1的中部，该挡板设于该换电站1靠近出站口的位置，可选的，该挡板为杆状，且与地面存在预设高度，该挡板默认处于横杆位置，当车辆换电完成，控制单元2 可以控制该挡板处于竖杆位置，从而使该车辆行驶出换电站1；可选的，该挡板位于换电站1的底面，该挡板可以伸出底面或者下落到低于底面的位置，当挡板伸出底面时，可以实现对车辆前轮的阻挡作用，当挡板下落到低于底面的位置时，可以实现对车辆的放行。

在一种可选的实施方式中，如图3所示，新能源车辆的定位系统还包括粗定位结构12；该粗定位结构12设于该换电站1的进站口，用于引导该待换电车辆7驶入该预设扫描区域6。

需要说明的是，本申请提供的该车辆定位方法中的待换电车辆7可以是小型车辆，例如轿车和皮卡，也可以是大型车辆，例如公交车和重卡。当车辆为重卡时，由于重卡的吨位及尺寸均远超传统电动汽车，其换电的技术难度也相应增加，这主要是由于重卡自重过大，通过机械结构调整车轮姿态定位的方式需大功率驱动机构，成本代价极高，且易对机械机构产生变形失效，可靠性不足，一般通过一些机械硬限位或简单的标识进行粗定位，定位精度极低(一般50mm左右)，需要换电设备增加很大的公差补偿，加大了换电设备的结构，且效率更低，即重卡车轮定位精度低，易出现定位超差；而且这种采用定位销形式的机械定位，在车辆定位出现较大偏差时，此定位方式的容差量不足以完成精定位，往往需人工辅助完成定位，且此销型结构易出现机械卡滞情况，导致定位失败，影响客户体验。

而本申请提供的这种粗定位结构12、定位装置4和激光定位相结合的方式，可以先使用粗定位结构12和定位装置4，即使用机械式定位设备对对车辆进行粗定位，使得车辆可以在一定的公差范围内驶入换电通道中，再利用激光投射的方式，在通道前端投射出对应车型的前轮停止点，使得不同车型停在不同的前轮停止点从而提高兼容性，也是的车辆停在了预设扫描范围内，再利用上述激光定位方式对预设扫描范围进行扫描，得出电池包8在换电站1中的坐标位置，从而使得控制单元2可以在后续基于该电池包的坐标来控制换电装置进行换电，可见，本申请的定位换电方法具有以下优点：1)对车辆停靠位置要求低，且精确可靠，车辆兼容性更好；

2)有助于换电站11的机械结构简化及成本降低；3)定位速度快，更高效； 4)自动化程度高，无需人工辅助。

本申请在另一方面还公开了一种换电站，其包括换电平台和上述的新能源车辆的定位系统；该换电平台用于停放该待换电车辆7；该定位装置4 设于该换电平台上；该控制单元2还用于基于该目标点的坐标对该待换电车辆7进行换电操作。

在一种可选的实施方式中，换电站1还包括换电装置；该控制单元2 还用于获取换电装置的位置信息，基于该目标点的坐标和该换电装置的位置信息确定出该换电装置的运行轨迹，控制该换电装置按照该换电装置的运行轨迹移动到该电池包8的位置进行换电操作。

在一种可选的实施方式中，换电站1还包括壳体；该换电平台位于该壳体内；该相机3设于该壳体的顶部。

以上该仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源车辆的定位系统，其特征在于，包括控制单元(2)、定位装置(4)、激光器(5)和相机(3)；

所述控制单元(2)与所述激光器(5)、相机(3)和定位装置(4)连接；

所述激光器(5)和所述相机(3)设于换电站(1)上，所述激光器(5)用于向预设扫描区域(6)发射激光，所述预设扫描区域(6)内停有待换电车辆(7)；

所述相机(3)用于采集所述激光器(5)向所述预设扫描区域发射的激光，得到光斑图像，并将所述光斑图像发送给所述控制单元(2)；

所述定位装置(4)设于所述换电站(1)的底面上，用于限制所述待换电车辆(7)停于所述预设扫描区域(6)内；

所述控制单元(2)用于接收所述相机(3)发送的光斑图像，并获取所述相机的位置信息和所述激光器的位置信息，根据所述相机的位置信息、所述激光器的位置信息和所述光斑图像确定出目标点的坐标，所述目标点位于所述待换电车辆(7)的电池包(8)上。

2.根据权利要求1所述的新能源车辆的定位系统，其特征在于，还包括第一反光板(9)和第二反光板(10)；

所述第一反光板(9)位于所述预设扫描区域(6)的参考点；

所述第二反光板(10)位于所述目标点；

所述控制单元(2)还用于利用相机(3)采集激光器(5)向所述第一反光板(9)和所述第二反光板(10)发射的激光，得到光斑图像，所述光斑图像上包含有与所述参考点和所述目标点分别对应的光斑。

3.根据权利要求2所述的新能源车辆的定位系统，其特征在于，所述控制单元(2)还用于根据所述相机的位置信息、所述激光器的位置信息和所述光斑图像确定出所述参考点与所述目标点之间的相对位置信息，根据所述参考点与所述目标点之间的相对位置信息和所述参考点的坐标确定出所述目标点的坐标。

4.根据权利要求1所述的新能源车辆的定位系统，其特征在于，所述控制单元(2)还用于控制所述激光器(5)向所述预设扫描区域(6)的底面上投射激光点(11)，且当所述待换电车辆(7)停止后，所述待换电车辆(7)的预设部件与所述激光点的距离小于等于预设距离时，控制启动所述相机(3)。

5.根据权利要求4所述的新能源车辆的定位系统，其特征在于，所述控制单元(2)还用于当所述待换电车辆(7)停止后，且所述待换电车辆(7)的预设部件与所述激光点的距离大于预设距离时，控制不启动所述相机(3)。

6.根据权利要求1所述的新能源车辆的定位系统，其特征在于，所述定位装置(4)包括减速带、挡板或者V型滚轮。

7.根据权利要求1所述的新能源车辆的定位系统，其特征在于，还包括粗定位结构(12)；

所述粗定位结构(12)设于所述换电站(1)的进站口，用于引导所述待换电车辆(7)驶入所述预设扫描区域(6)。

8.一种换电站，其特征在于，包括换电平台和如权利要求1-7任一项所述的新能源车辆的定位系统；

所述换电平台用于停放所述待换电车辆(7)；

所述定位装置(4)设于所述换电平台上；

所述控制单元(2)还用于基于所述目标点的坐标对所述待换电车辆(7)进行换电操作。

9.根据权利要求8所述的换电站，其特征在于，还包括换电装置；

所述控制单元(2)还用于获取换电装置的位置信息，基于所述目标点的坐标和所述换电装置的位置信息确定出所述换电装置的运行轨迹，控制所述换电装置按照所述换电装置的运行轨迹移动到所述电池包(8)的位置进行换电操作。

10.根据权利要求8所述的换电站，其特征在于，还包括壳体；

所述换电平台位于所述壳体内；

所述相机(3)设于所述壳体的顶部。

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