换电设备的换电控制方法以及换电设备与流程

1.本发明涉及电池换电技术领域，具体涉及一种换电设备的换电控制方法以及换电设备。


背景技术：

2.电动汽车以电代油，能够实现零排放与低噪声，是解决能源和环境问题的重要手段。随着石油资源的紧张和电池技术的发展，电动汽车在性能和经济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车，并开始在世界范围内逐渐推广应用。以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车是汽车工业发展的必然趋势。作为电动汽车大规模推广应用的重要前提和基础，电动汽车充换电技术的发展和电动汽车充换电设施建设引起了各方广泛关注。
3.电动汽车的电池包，可位于汽车的底部，也可位于汽车的侧面。在换电设备(例如：码垛机)为电动汽车更换电池包时，需要按照预设的控制程序移动至电动汽车的电池包所在区域，然后利用解锁机构解锁电池包，再将待充电电池包取走，并且从电池仓为电动汽车拿取满电电池包。在取电池包和安装电池包的过程中，换电设备都需要与电动汽车之间进行精确定位，以保证电池包顺利取出和安装，并且避免在取出和安装过程中对电池包造成磕碰。
4.现有技术中，在换电设备从电动汽车中取出亏电电池包之前需要控制换电设备与电动汽车的电池托架进行准确定位，从而准确地对电池包进行解锁；而在换电设备安装满电电池包到电动汽车的电池托架上之前还需要控制换电设备与电池托架的准确定位，从而让电池托架准确锁止电池包。这样导致换电效率较低，尤其是在换电高峰期，容易造成换电车辆排队积压，影响了用户体验。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中换电设备与电动汽车之间在进行电池包交互时需要进行长时间的位置对准和调整，换电效率低的缺陷，提供一种换电设备的换电控制方法以及换电设备。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种换电设备的换电控制方法，所述换电设备用于对电动汽车进行电池包更换，所述换电控制方法包括：
8.对所述换电设备进行定位，以使所述换电设备移动至匹配的换电位置；
9.获取并记录与所述换电位置相对应的定位数据。
10.本方案通过对换电设备对应的定位数据进行记录和存储，可以为后续的再次定位过程提供参考依据，节约了再次定位的时间。
11.较佳地，所述换电控制方法还包括：
12.控制所述换电设备对锁止在电池托架上的电池包进行解锁；
13.控制所述换电设备取出被解锁的电池包。
14.本方案可以利用定位完成的换电设备高效、准确的取出被解锁的电池包。
15.较佳地，所述控制所述换电设备取出被解锁的电池包的步骤之后还包括：
16.当所述换电设备拿取新的电池包后，控制所述换电设备根据已记录的所述定位数据移动至所述换电位置；
17.控制所述换电设备将所述新的电池包安装到所述电动汽车上。
18.本方案通过参考已经记录的定位数据完成对换电设备的再次定位，有效提高了定位效率和定位准确性，节约了整个换电环节的时间，可以有效防止换电高峰期车辆排队的情况。
19.较佳地，所述对所述换电设备进行定位，以使所述换电设备移动至匹配的换电位置的步骤包括：
20.采集对电池托架的第一位置和第二位置进行图像采集以获取到的第一图像和第二图像；
21.对所述第一图像和所述第二图像进行图像处理以获取位置调整量；
22.根据所述位置调整量控制所述换电设备移动至匹配的所述换电位置，以使解锁机构与所述电池托架上的解锁件相对准。
23.本方案通过获取电池托架上相应位置的图像，并通过对图像进行处理得到位置调整量，然后调整换电设备的位置，从而使得解锁机构与解锁件具有较高的定位精准度。
24.较佳地，所述对所述第一图像和所述第二图像进行图像处理以获取位置调整量的步骤包括：
25.根据所述第一图像和所述第一位置对应的第一参考图像，以及第二图像和所述第二位置对应的第二参考图像获取水平位移量；
26.和/或，
27.根据所述第一图像和所述第一参考图像获取第一垂直位移量，以及根据所述第二图像和所述第二参考图像获取第二垂直位移量；
28.和/或
29.根据所述第一位置在所述第一图像中的景深值，以及所述第二位置在所述第二图像中的景深值获取旋转角度量。
30.本方案通过采集的图像信息来得到水平位移量、垂直位移量和角度旋转量中的至少一个，为换电设备提供了多维度的位置调整参数，有效保证了较高的定位精度。
31.较佳地，所述根据所述位置调整量控制所述换电设备移动至匹配的所述换电位置，以使解锁机构与所述电池托架上的解锁件相对准的步骤包括：
32.根据所述水平位移量、所述第一垂直位移量、所述第二垂直位移量、所述旋转角度量中的至少一种调整所述解锁机构的位置直至所述解锁机构与所述电池托架上的解锁件完成定位。
33.本方案通过水平位移量、垂直位移量和角度旋转量中的至少一个来实现多个方向上的定位控制，以保证多维度定位控制需求，使得解锁机构与解锁件顺利完成定位。
34.较佳地，所述采集对电池托架的第一位置和第二位置进行图像采集以获取到的第一图像和第二图像的步骤之前还包括：根据预设位置参数控制所述换电设备移动至粗定位位置；本方案可以根据预设位置参数控制换电设备移动至粗定位位置，可以有效提高定位
和换电的效率。
35.和/或，
36.所述根据所述位置调整量控制所述换电设备移动至匹配的所述换电位置，以使解锁机构与所述电池托架上的解锁件相对准的步骤之后还包括：伸出所述解锁机构直至与所述解锁件配合到位并进行解锁。
37.本方案通过换电设备的位置调整进而实现了解锁机构与解锁件的准确定位并解锁。
38.较佳地，当所述换电设备拿取新的电池包后，控制所述换电设备根据已记录的所述定位数据移动至所述换电位置的步骤之后还包括：
39.采集对电池托架的第一位置和第二位置进行图像采集以获取到的第三图像和第四图像；
40.根据所述第三图像和所述第一参考图像获取第三垂直位移量，以及根据所述第四图像和所述第二参考图像获取第四垂直位移量；
41.根据所述第三垂直位移量和所述第四垂直位移量调整所述换电设备，以使解锁机构与所述电池托架上的解锁件相对准。
42.本方案考虑到电池包被取出后，车辆整体的倾斜度会发生较小改变，因而带动电池托架的垂直位置发生变化的情况。当换电设备拿取新的电池包，并且控制换电设备根据已记录的定位数据移动至换电位置后，再通过采集第三图像和第四图像的方式对换电设备的垂直位置进行微小调整，以便于换电设备能够将电池包准确的放入电动汽车的电池托架。
43.一种换电设备，所述换电设备包括定位机构及记录模块，所述定位机构用于对所述换电设备进行定位，以使所述换电设备移动至匹配的换电位置；所述记录模块用于获取并记录与所述换电位置相对应的定位数据。
44.本方案中的换电设备在取电池之前完成一次定位后，可以通过记录模块将对应的定位数据进行记录和存储，为后续的再次定位过程提供参考依据，节约了再次定位的时间。
45.较佳地，所述换电设备还包含解锁机构和位置调整机构；
46.所述位置调整机构用于根据所述定位机构获取的水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个调整所述解锁机构的位置直至所述解锁机构与电池托架上的解锁件完成定位；
47.所述解锁机构用于对锁止在所述电池托架上的电池包进行解锁。
48.本方案基于换电设备的准确定位，可以实现解锁机构与解锁件的顺利定位与解锁。
49.较佳地，所述定位机构包括视觉传感器以及位置获取模块；
50.所述视觉传感器用于对电池托架的第一位置和第二位置进行图像采集，以获取第一图像和第二图像；
51.所述位置获取模块用于对所述第一图像以及第二图像进行图像处理以获取所述水平位移量、所述垂直位移量和所述旋转角度量中的至少一个。
52.本方案中的换电设备通过视觉传感器获取电池托架上相应位置的图像，并通过对图像进行处理得到水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个，不仅可以保证图
像获取的便捷性，还为换电设备提供了多维度的位置调整参数，有效保证了较高的定位精度。
53.较佳地，所述换电设备还包含控制模块；
54.当所述换电设备拿取新的电池包后，所述控制模块用于控制所述换电设备根据已记录的所述定位数据移动至所述换电位置；
55.所述控制模块还用于控制所述换电设备将所述新的电池包安装到电动汽车上。
56.本方案中的换电设备通过参考已经记录的定位数据完成再次定位，有效提高了定位效率和定位准确性，节约了整个换电环节的时间，可以有效防止换电高峰期车辆排队的情况。
57.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
58.本发明的积极进步效果在于：本发明提供的换电设备的换电控制方法通过对换电设备进行定位，以使所述换电设备移动至匹配的换电位置；获取并记录与所述换电位置相对应的定位数据。由此，通过对换电设备在从电动汽车中取出亏电电池包之前得到的与换电位置对应的定位信息进行记录，当换电设备从电池仓取回满电电池重新又回到换电位置进行电池包安装时，能够按照预先记录的换电位置的定位信息直接对换电设备进行位置矫正，无需重复进行定位来寻找换电位置，有效节约了换电时间，提高了换电效率，可以有效防止换电高峰期车辆排队的情况。
附图说明
59.图1为本发明实施例1的换电控制方法的流程图。
60.图2为本发明实施例2的换电控制方法的流程图。
61.图3为本发明实施例3的换电设备的结构示意图。
62.图4为本发明实施例3中的视觉传感器与目标装置相对位置示意图。
63.图5为本发明实施例3中的第一参考图像g1的示意图。
64.图6为本发明实施例3中的第一图像g11的示意图。
65.图7为本发明实施例3中的景深值与旋转角度量对应计算原理示意图。
66.图8为本发明实施例3中的视觉传感器的实际安装位置图。
具体实施方式
67.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
68.实施例1
69.本实施例提供一种换电设备的换电控制方法，换电设备可以是码垛机。
70.换电设备可以用于对电动汽车进行电池包更换，如图1所示，换电控制方法可以包括如下步骤：
71.步骤s10：对换电设备进行定位，以使换电设备移动至匹配的换电位置；
72.步骤s11：获取并记录与换电位置相对应的定位数据。
73.具体地，可以将获取到的定位数据存储在本地的非易失性存储器或者云端数据库
中，本实施例对此不作具体限制。
74.通过对换电设备对应的定位数据进行记录和存储，可以为后续的再次定位过程提供参考依据，节约了再次定位的时间。
75.本实施例中，换电控制方法还可以包括如下步骤：
76.步骤s12：控制换电设备对锁止在电池托架上的电池包进行解锁；
77.步骤s13：控制换电设备取出被解锁的电池包。
78.由此，利用定位完成的换电设备可以高效、准确的取出被解锁的电池包。
79.通常情况下，被取出的电池包为电量耗尽或接近耗尽的电池包，换电设备携带取出的电池包至电池仓，以便对电池包进行重新充电。
80.进一步地，步骤s13之后还可以包括如下步骤：
81.步骤s14：当换电设备拿取新的电池包后，控制换电设备根据已记录的定位数据移动至换电位置；
82.具体地，新的电池包可以是从换电仓取回的充满电或电量已达到使用需求的电池包。
83.步骤s15：控制换电设备将新的电池包安装到电动汽车上。
84.本实施例提供的换电控制方法通过对换电设备在从电动汽车中取出亏电电池包之前得到的与换电位置对应的定位信息进行记录，当换电设备从电池仓取回满电电池重新又回到换电位置进行电池包安装时，能够按照预先记录的换电位置的定位信息直接对换电设备进行位置矫正，无需重复进行定位来寻找换电位置，有效节约了换电时间，提高了换电效率，可以有效防止换电高峰期车辆排队的情况。
85.实施例2
86.本实施例提供一种换电设备的换电控制方法，如图2所示，该换电控制方法是在实施例1基础上的进一步改进。
87.步骤s10具体可以包括如下步骤：
88.步骤s101：采集对电池托架的第一位置和第二位置进行图像采集以获取到的第一图像和第二图像；
89.步骤s102：对第一图像和第二图像进行图像处理以获取位置调整量；
90.步骤s103：根据位置调整量控制换电设备移动至匹配的换电位置，以使解锁机构与电池托架上的解锁件相对准。
91.优选地，可以利用第一视觉传感器和第二视觉传感器分别获取第一图像和第二图像。
92.进一步地，可以根据水平位移量、第一垂直位移量、第二垂直位移量、旋转角度量中的至少一种调整解锁机构的位置直至解锁机构与电池托架上的解锁件完成定位。
93.本领域技术人员可以理解的是，在理论上的理想情况下，换电设备的位置应当与电动汽车的电池托架的位置匹配，使得解锁机构与解锁件能够对准以便于后续解锁机构插入解锁件，但在实际情况下，由于电动汽车停靠之后，其自身并不是完全处于理论上的预估位置，即与预估位置存在水平、垂直或旋转角度偏差，从而导致电池托架与换电设备之间会存在位置偏差(例如：水平位置偏差、垂直位置偏差和旋转角度位置偏差)，由于位置偏差的存在，解锁机构不能与解锁件完全对准，因此，需要将换电设备移动一定的水平位移量、垂
直位移量以及旋转角度量，以匹配车辆的实际停靠位置，从而使得解锁机构与解锁件完全对准。
94.由此，通过采集的图像信息来得到水平位移量、垂直位移量和角度旋转量中的至少一个，为换电设备提供了多维度的位置调整参数，有效保证了较高的定位精度。
95.本实施例中，在获取第一图像和第二图像之前还可以根据预设位置参数控制换电设备移动至粗定位位置。由此，可以有效提高定位和换电的效率。
96.具体地，技术人员在对电动汽车和换电设备的相对位置进行设计时，可以为换电设备设置预设位置参数，当电动汽车停在规定的换电位置后，换电设备可以按照预设位置参数移动到电动汽车所在的区域，此时可以认为解锁机构与电动汽车的电池托架的位置关系已经达到了预估的范围。接下来，可以通过定位机构对换电设备的位置进行细致的调整，以使解锁机构能够精确的解锁电动汽车的电池包并将电池包取出。
97.由于解锁结构设置在换电设备上，当对换电设备完成定位后，可以伸出解锁机构直至与电池托架上的解锁件配合到位并进行解锁。由此，通过换电设备的位置调整进而实现了解锁机构与解锁件的准确定位并解锁。
98.另外，本领域技术人员可以理解的是，若电池包的重量较大，当换电设备从电动汽车上取下电池包后，由于电动汽车本体的承载量减轻，车辆整体的倾斜度会发生较小改变，因而带动电池托架的垂直位置会发生变化，因此，当换电设备拿取新的电池包，并且控制换电设备根据已记录的定位数据移动至换电位置后，还需要对换电设备的垂直位置进行微小调整，以便于换电设备能够将电池包准确的放入电动汽车的电池托架。
99.具体地，可以采集对电池托架的第一位置和第二位置进行图像采集以获取到的第三图像和第四图像；根据第三图像和第一参考图像获取第三垂直位移量，以及根据第四图像和第二参考图像获取第四垂直位移量；接下来，可以根据第三垂直位移量和第四垂直位移量调整换电设备，以使解锁机构与电池托架上的解锁件相对准，由此，换电设备的垂直位置微调完毕，可以向电动汽车的电池托架放入重新取回的电池。
100.本实施例提供的换电设备的换电控制方法通过视觉传感器获取电池托架上相应位置的图像，并通过对图像进行处理得到水平位移量、垂直位移量和角度旋转量中的至少一个，为换电设备提供了多维度的位置调整参数，有效保证了较高的定位精度，从而使得解锁机构与解锁件能够顺利对准和解锁。另外，本实施例还可以通过采集的第三图像和第四图像对换电设备的垂直位置进行微调，以便于准确及时的向电动汽车的电池托架放入重新取回的电池。
101.实施例3
102.本实施例提供一种换电设备，如图3所示，换电设备1可以包括定位机构11及记录模块12，定位机构11用于对换电设备1进行定位，以使换电设备1移动至匹配的换电位置；记录模块12用于获取并记录与换电位置相对应的定位数据。
103.换电设备在取电池之前完成一次定位后，可以通过记录模块将对应的定位数据进行记录和存储，为后续的再次定位过程提供参考依据，节约了再次定位的时间。
104.优选地，本实施例中的换电设备1可以执行前述实施例1或实施例2的换电控制方法。
105.优选的，换电设备1还可以包含解锁机构13和位置调整机构14；
106.位置调整机构14用于根据定位机构11获取的水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个调整解锁机构13的位置直至解锁机构13与电池托架上的解锁件完成定位；
107.解锁机构13用于对锁止在电池托架上的电池包进行解锁。
108.由此，基于换电设备的准确定位，可以实现解锁机构与解锁件的顺利定位与解锁。
109.进一步地，定位机构11包括可以视觉传感器以及位置获取模块113。视觉传感器可以包括第一视觉传感器111和第二视觉传感器112。
110.视觉传感器用于对电池托架的第一位置和第二位置进行图像采集，以获取第一图像和第二图像；
111.位置获取模块113用于对第一图像以及第二图像进行图像处理以获取水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个。
112.通过视觉传感器获取电池托架上相应位置的图像，并通过对图像进行处理得到水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个，不仅可以保证图像获取的便捷性，还为换电设备提供了多维度的位置调整参数，有效保证了较高的定位精度。
113.在一个非限制性的实施方式中，请参照图4，电动汽车上的电池托架可以作为定位机构11定位的目标装置2，电池托架上预设有第一位置a和第二位置b。第一视觉传感器111可以沿箭头所示方向获取目标装置2的第一图像，第一图像中包括目标装置2上的第一位置a；第二视觉传感器112可以沿箭头所示方向获取目标装置2第二图像，第二图像中包括目标装置2上的第二位置b。
114.接下来，位置获取模块113可以根据第一图像和第一位置a对应的第一参考图像，以及第二图像和第二位置b对应的第二参考图像获取水平位移量；
115.和/或，位置获取模块113可以根据第一图像和第一参考图像获取第一垂直位移量，以及根据第二图像和第二参考图像获取第二垂直位移量；
116.和/或，位置获取模块113可以根据第一位置在第一图像中的景深值，以及第二位置在第二图像中的景深值获取旋转角度量。
117.具体地，图5给出了第一参考图像g1的一种示意，第一参考图像g1包括目标装置2上的第一位置a。图6给出了第一图像g11的一种示意。第一图像g11中包括目标装置2上的第一位置a。
118.通过分析第一参考图像g1得到的第一位置a在第一参考图像g1中对应的像素在第一参考图像g1中的位置，作为定位的参考，为了便于说明，称为“目标位置”。
119.通过分析第一图像g11得到目标装置2上的第一位置a在第一图像g11中对应的像素在第一图像g11中的位置，为了便于说明，称为“实时位置”。
120.通过现有技术中较为成熟的图像处理算法，位置获取模块113可以根据目标位置和实时位置得到第一视觉传感器111第一水平位移量和第一垂直位移量。可以理解的是，通过将第一视觉传感器111移动第一水平位移量和第一垂直位移量，可以使得第一视觉传感器111拍摄到与第一参考图像g1一致的图像。
121.类似地，位置获取模块113还可以根据第二图像和预存的第二参考图像获取第二水平位移量和第二垂直位移量。通过将第二视觉传感器112移动第二水平位移量和第二垂直位移量，可以使得第二视觉传感器112拍摄到与第二参考图像一致的图像。
122.请参考图7，本实施例中，第一视觉传感器111设置在与第一位置a对应的位置，第
二视觉传感器112设置在第二位置b对应的位置，第一位置a和第二位置b之间具有第一预设间距d3，第一视觉传感器111和第二视觉传感器112之间具有第二预设距离l。位置获取模块113对第一图像进行图像处理，得到第一景深，第一景深值为第一图像中第一位置a的景深值d1；位置获取模块113对第二图像进行图像处理，得到第二景深，第二景深值为第二图像中第二位置b的景深值d2。位置获取模块113获得景深值的具体方式可以采用本领域公开的算法实现，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。
123.位置获取模块113得到两个景深值的差值d＝|d2-d1|。位置获取模块113根据景深值的差值d、第一视觉传感器111和第二视觉传感器112之间的距离l以及第一位置a与第二位置b之间的距离d3，依据三角函数原理，可以得到旋转角度量θ。
124.位置调整机构14可以按照旋转角度量θ向相应方向旋转，可以使得目标装置2与位置调整机构14平行。
125.本实施例中，换电设备1还可以包含控制模块15；
126.当换电设备1拿取新的电池包后，控制模块15用于控制换电设备1根据已记录的定位数据移动至换电位置；
127.控制模块15还用于控制换电设备1将新的电池包安装到电动汽车上。
128.由此，通过参考已经记录的定位数据完成再次定位，有效提高了定位效率和定位准确性。
129.本领域技术人员可以理解的是，若电池包的重量较大，当换电设备从电动汽车上取下电池包后，由于电动汽车本体的承载量减轻，车辆整体的倾斜度会发生较小改变，因而带动电池托架的垂直位置会发生变化，因此，当换电设备1拿取新的电池包后，并且控制换电设备1根据已记录的定位数据移动至换电位置后，还需要对换电设备1的垂直位置进行微小调整，以便于换电设备1能够将电池包准确的放入电动汽车的电池托架。
130.具体地，当换电设备1根据已记录的定位数据移动至换电位置后，视觉传感器还可以对电池托架的第一位置a和第二位置b进行图像采集，以获取到的第三图像和第四图像；位置获取模块113可以根据第三图像和第一参考图像获取第三垂直位移量，以及根据第四图像和第二参考图像获取第四垂直位移量；接下来，位置调整机构14可以根据第三垂直位移量和第四垂直位移量调整换电设备1，以使解锁机构13与电池托架上的解锁件相对准，由此，换电设备1的垂直位置微调完毕，可以向电动汽车的电池托架放入重新取回的电池。
131.请参考图8，该图示出了视觉传感器的实际安装位置，其中，第一视觉传感器111和第二视觉传感器112可以安装在位置调整机构14的相对于电动汽车的一侧，以便于检测电池托架上的目标位置，解锁机构13与位置调整机构14安装在一起，通过调整位置调整机构14的水平位移、垂直位移以及旋转角度等参数，可以使得解锁结构13与电池托架上的解锁件相对准。
132.本实施例提供的换电设备利用定位机构11和记录模块12等实现准确定位，进而提高了换电效率。
133.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。