一种电动汽车电池更换监控方法及其监控系统

摘要

本发明涉及一种电动汽车电池更换监控方法及其监控系统，电动汽车电池更换监控方法及其监控系统基于状态机和事件驱动流程链技术，当电动汽车驶入电池更换站时，入口处的RFID扫描仪读取车辆的RFID标签信息，然后根据该标签对车辆进行认证，包括车辆身份的认证和车辆需求电池箱信息的认证。认证成功后判断车辆所需的电池箱是否已经充好电，若已经充好电则开始引导车辆停放至指定的位置，否则提示车辆等待。待车辆停放就绪准备好后，则开始更换电池，待全部电池更换完毕后，则进行缴费结算，最后引导车辆驶出电池更换站。本发明实现了电动汽车电池更换全流程的自动控制，解决了电池更换操作自动化程度较低的问题，极大的提高了电池更换的效率和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车电池更换技术，具体涉及一种电动汽车电池更换监控方法及其监控 系统。

背景技术

电动汽车电池更换是一个复杂的过程，包括车辆引导、车辆定位、获取电池箱需求信息、 传送电池箱、装卸电池箱、缴费结算、引导车辆出站、电池箱管理等一系列环节，且涉及车 辆、电池箱更换设备、电池箱、充电架、充电机等众多设备，各个环节及设备之间的交互错 综复杂，且电池的传送和装卸必须按照一定的逻辑进行，如何协调各个环节和控制逻辑，实 现电池更换全流程的自动化控制，且保障电池更换过程的安全可靠是一个难题。

目前虽然大多数建成投运的电动汽车电池更换站内都配备了专用的机器人设备来完成电 池的搬运与装卸工作，然而并没有实现整个电池更换过程的自动化。机器人设备只是根据运 行人员的指令完成电池的传送、拆卸、安装等动作，整个电池更换过程需要较多的人工干预， 如检查判断各种中间状态和操作逻辑，登记更换的电池箱信息等。因而效率低下，更换操作 的安全性和可靠性得不到保障，显然无法适应规模化电动汽车运营的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车电池更换监控方法及其监控系统，本 发明基于状态机和事件驱动流程链技术，实现了电动汽车电池更换全流程的自动控制，解决 了电池更换操作自动化程度较低的问题，极大的提高了电池更换的效率和可靠性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电动汽车电池更换监控方法，其改进之处在于，所述电池更换监控方法基于事件驱 动流程链进行建模；所述监控方法包括下述步骤：

A、电动汽车驶入电池更换站；

B、扫描电动汽车的RFID标签；

C、根据所述RFID标签认证电动汽车信息；

D、判断电动汽车认证是否成功；

E、检查电动汽车所需的电池箱是否充满电；

F、引导电动汽车就位；

G、提示电动汽车等待；

H、电动汽车准备就绪；

I、为电动汽车更换电池；

J、电池更换完毕，进行缴费结算；

K、引导电动汽车驶出电池更换站。

其中，所述步骤B中，电池更换站入口处的RFID扫描仪扫描并读取电动汽车的RFID 标签。

其中，所述步骤D中，若电动汽车认证成功，则进行步骤E，否则，输出电动汽车认证 失败信息，并登记电动汽车的车辆信息再进入步骤E。

其中，所述步骤E中，若电动汽车所需的电池箱已经充满电，则进行步骤F，否则，进 行步骤G。

其中，所述监控方法包含三个层次：整体流程监控、电池更换操作过程监控和换电机器 人设备监控；所述三个层次均采用状态机进行描述。

其中，所述整体流程监控指的是电动汽车驶入电池更换站到驶出电池更换站的整个过程； 所述整体流程监控用流程监控模块的状态机进行描述。

其中，所述电池更换操作过程监控指的是电池传送机器人和更换机器人设备完成电动汽 车电池的更换，并将换下的电池传送到电池架进行充电；所述电池更换操作过程监控用操作 监控模块的状态机进行描述。

其中，所述换电机器人设备监控指的是在机器人设备进行操作时保证可靠性；所述换电 机器人设备监控用换电设备监控模块的状态机进行描述。

其中，所述换电设备监控模块的状态机分别与流程监控模块的状态机和操作监控模块的 状态机进行通信。

本发明基于另一目的提供的一种电动汽车电池更换监控系统，其改进之处在于，所述监 控系统包括工作站、外部系统、数据库、人机交互接口、外部通信接口、数据库接口、消息 处理与分发模块、流程监控模块、操作过程监控模块和换电设备监控模块；

所述工作站通过人机交互接口与消息处理与分发模块进行通信；所述外部系统通过外部 通信接口与消息处理与分发模块进行通信；所述数据库通过数据库接口与消息处理与分发模 块进行通信；所述消息处理与分发模块把信息分别分发给流程监控模块、操作过程监控模块 和换电设备监控模块；

所述监控系统是基于QP量子框架实现的。

其中，通过所述人机交互接口与工作站的操作员进行交互；所述消息处理与分发模块通 过所述外部通信接口接收电动汽车换电请求、RFID扫描信息和安防系统联动警告信号。

其中，所述外部通信接口为网络串口；所述外部系统包括电动汽车、RFID扫描仪和安防 系统。

其中，所述消息处理与分发模块将外部输入的指令和信号分发给流程监控模块、操作过 程监控模块或换电设备监控模块；所述消息处理与分发模块包括控制器；所述控制器为PLC 控制器。

其中，所述消息处理与分发模块将流程监控模块、操作过程监控模块和换电设备监控模 块的提示信息以及安防系统联动警告信号通过人机交互接口发送给工作站。

其中，所述流程监控模块包括状态机；所述操作过程监控模块包括状态机；所述换电设 备监控模块包括状态机和设备监控接口；所述流程监控模块、操作过程监控模块和换电设备 监控模块依次进行通信。

其中，当电动汽车进入步骤I，即为电动汽车更换电池时，则启动操作过程监控模块的状 态机负责更换过程的控制，当电池更换操作完成后或者异常时，则回到流程监控模块的状态 机进行处理；操作过程监控模块的状态机根据换电设备、车辆、充电架的实时状态信息以及 更换操作规则产生控制指令发送给换电设备监控模块的状态机，由换电设备监控模块的状态 机最终完成控制指令的下发，并向操作过程监控模块的状态机报告控制指令的执行情况。

其中，所述流程监控模块、操作过程监控模块包含于监控电动汽车换电的上位机中；所 述换电设备监控模块包含于电动汽车更换设备控制器中。

关于更换操作规则具体说明如下：

1）传送设备从电池架上取电池时，必须保证电池已经停止充电；

2）将电池放置到电池架上时，必须保证电池箱类型和充电架目标位置适用的电池箱类型 一致（一辆电动汽车上的电池箱类型可能不同，不同类型的电池箱尺寸不一样，充电架上不 同的存放位置适用的电池箱也不同，必须保证按照电池箱类型将电池箱放置到正确的位置）

3）电动汽车上的电池一般沿车身左右两侧对称布置，更换设备从电动汽车上卸载电池时， 一般要求左右两个对称位置的电池同步卸下；安装电池时也一般要求两侧的更换设备同步安 装；

4）要避免传送设备和更换设备同时操作同一块电池，例如当传送设备正从电池架上取电 池时，更换设备如果试图取同一块电池，将引发事故；

5）当准备把一块电池放置到电池架上时，必须保证目标电池架位置上无电池。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、自动化程度高，实现从电动汽车进站到电池更换完毕驶出电池更换站全流程的自动控 制。

2、电池更换操作的效率高，通过合理协调电池更换设备和电池传送设备缩短了电池更换 的操作时间。

3、充分考虑电池更换操作的安全可靠，具有完善的异常处理机制。

4、电池更换的同时完成电池出入站信息的管理。

5、以批组为单位进行电池箱的更换，避免了因电池箱随意组合使用而导致的一致性问题， 有利于延长电池的使用寿命。

6、本发明提供的方案实现了电动汽车电池更换全流程的自动控制，解决了电池更换操作 自动化程度较低的问题，

附图说明

图1是本发明提供的基于事件驱动过程链的电池更换监控方法的流程图；

图2是本发明提供的基于状态机的电池更换监控总体结构图；

图3是本发明提供的电动汽车电池更换监控系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

电动汽车电池更换系统是一个事件驱动系统，采用事件驱动流程链（Event-driven Process  Chain,EPC）进行流程建模。此外，电池更换系统是一个典型的具有离散输入输出的事件驱 动系统，采用状态机进行行为建模是十分有效和直观的方法。

基于事件驱动流程链进行建模的电动汽车电池更换监控方法流程如图1所示，包括下述 步骤：

A、电动汽车驶入电池更换站；

B、电池更换站入口处的RFID扫描仪扫描并读取电动汽车的RFID标签；

C、根据所述RFID标签认证电动汽车信息；

D、判断电动汽车认证是否成功：若电动汽车认证成功，则进行步骤E，否则，输出电动 汽车认证失败信息，并登记电动汽车的车辆信息再进入步骤E。

E、检查电动汽车所需的电池箱是否充满电：若电池箱充满电，则进行步骤F，否则，进 行步骤G。

F、引导电动汽车就位；

G、电动汽车等待；

H、电动汽车准备就绪；

I、为电动汽车更换电池；

J、电池更换完毕，进行缴费结算；

K、引导电动汽车驶出电池更换站。

图1中的V操作为逻辑判断操作。

为了实现电动汽车电池更换的全自动控制，本发明从三个层次来分析处理电池更换的控 制问题。

1）整体流程控制，实现从车辆进站到电池更换完毕出站的整个流程的控制，即完成图1 中各个环节的衔接与协调；整体流程监控用流程监控模块的状态机进行描述。

2）电池更换操作过程的控制，即图1中“更换电池”环节的控制。根据车辆、电池箱、 电池架等的状态信息以及特定的操作逻辑协调控制多个机器人设备完成整车全部电池的更 换，并将换下的电池传送到电池架进行充电；电池更换操作过程监控用操作监控模块的状态 机进行描述。

3）换电机器人设备的操作控制，对换电机器人设备进行操作时考虑设备自身的状态以及 环境条件，充分保障安全可靠性；换电机器人设备用换电设备监控模块的状态机进行描述。

上述三个控制问题是一个有机的整体，每一个控制问题都采用状态机进行描述，通过状 态机之间的协调交互完成电池更换的全自动控制，基于状态机的电池更换控制总体结构如图 2所示。操作员的指令以及RFID扫描仪、安防系统、运营管理系统等输入的信号和事项驱动 流程监控模块的状态机的运行，当进入电池更换操作环节时，则启动更换操作过程监控模块 的状态机负责更换过程的控制，当电池更换操作完成后或者异常时回到流程监控模块的状态 机进行相应的处理。操作过程监控模块的状态机根据换电设备、车辆、充电架等的实时状态 信息以及更换操作规则产生控制指令发送给换电设备监控模块的状态机，由换电设备监控模 块的状态机最终完成控制指令的下发，并向操作过程监控模块的状态机报告控制指令的执行 情况。

电动汽车电池更换监控系统结构如图3所示，监控系统包括工作站、外部系统、数据库、 人机交互接口、外部通信接口、数据库接口、消息处理与分发模块、流程监控模块、操作过 程监控模块和换电设备监控模块；工作站通过人机交互接口与消息处理与分发模块进行通信； 所述外部系统通过外部通信接口与消息处理与分发模块进行通信；所述数据库通过数据库接 口与消息处理与分发模块进行通信；所述消息处理与分发模块把信息分别分发给流程监控模 块、操作过程监控模块和换电设备监控模块。

通过所述人机交互接口与工作站的操作员进行交互；所述消息处理与分发模块通过所述 外部通信接口接收电动汽车请求、RFID扫描信息和安防系统联动警告信号。

外部通信接口为网络串口；所述外部系统包括电动汽车、RFID扫描仪和安防系统。

消息处理与分发模块将外部输入的指令和信号分发给流程监控模块、操作过程监控模块 或换电设备监控模块；所述消息处理与分发模块包括控制器；所述控制器为PLC控制器。

消息处理与分发模块将流程监控模块、操作过程监控模块和换电设备监控模块的提示信 息以及安防系统联动警告信号通过人机交互接口发送给工作站。

流程监控模块包括状态机；所述操作过程监控模块包括状态机；所述换电设备监控模块 包括状态机和设备监控接口；所述流程监控模块、操作过程监控模块和换电设备监控模块依 次进行通信。

当电动汽车进入步骤I，即为电动汽车更换电池时，则启动操作过程监控模块的状态机负 责更换过程的控制，当电池更换操作完成后或者异常时，则回到流程监控模块的状态机进行 处理；操作过程监控模块的状态机根据换电设备、车辆、充电架的实时状态信息以及更换操 作规则产生控制指令发送给换电设备监控模块的状态机，由换电设备监控模块的状态机最终 完成控制指令的下发，并向操作过程监控模块的状态机报告控制指令的执行情况。

流程监控模块、操作过程监控模块包含于监控电动汽车换电的上位机中；所述换电设备 监控模块包含于电动汽车更换设备控制器中。本发明提供的电动汽车电池更换监控系统是基 于QP量子框架实现的。

基于状态机和事件驱动流程链技术发明了一种电动汽车电池更换监控方法及其电池更换 监控系统，实现了电动汽车电池更换全流程的自动控制，解决了电池更换操作自动化程度较 低的问题，极大的提高了电池更换的效率和可靠性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。