一种换电站的无线数据通讯系统及控制方法与流程

1.本发明涉及新能源换电技术领域，尤其涉及一种换电站的无线数据通讯系统及控制方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车如火如荼的发展，各种类型的换电站也如雨后春笋般遍地发芽。目前市场上的主流换电站多沿用工业非标自动化的常规设计思路，通过有线的方式来完成站内的控制和通讯，通常还需要配备值守人员来完成换电站的操作，导致站内线缆过多，人员费用过高等问题。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种换电站的无线数据通讯系统及控制方法克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
5.本发明的提供了一种换电站的无线数据通讯系统，包括：
6.控制模块，所述控制模块用于换电站的主控制器的数据处理；
7.拆装模块，所述拆转模块用于和执行车载电池包的拆除和安装任务的装置之间的数据通讯；
8.堆垛机模块，所述堆垛机模块用于和搬运电池的堆垛机及其附属传感器的数据通讯；
9.信息模块，所述信息模块用于接收和反馈实时监控换电站工作状态的信息；
10.操作模块，所述操作模块用于换电站操作指令的发送和状态信息显示。
11.一种换电站的无线数据通讯系统的控制方法，包括以下步骤：
12.步骤一，换电站控制器接收到操作端的自动换电指令；
13.步骤二，换电站控制器进行系统初始化，启动通讯协议，通过无线网络向拆装模块、堆垛机模块和信息模块广播自动换电启动信号；
14.步骤三，换电站控制器检测广播指令的应答信号是否丢帧，如有的话说明无线通讯存在干扰，继续广播自动换电启动信号；
15.步骤四，各控制模块优先检测是否接收到控制器的自动指令，在自动流程中，不接受手动和复位指令。其次是否接受到手动指令，若有跳转到第八步。最后检测复位指令，若有跳转到第九步；
16.步骤五，当同一时间段内，换电站控制器接收到所有模块的应答指令无丢帧信号，同时所有模块均收到自动换电指令，开始启动自动换电流程；
17.步骤六，在自动换电过程中，实时检测是否受到自动换电停止指令，如果收到，所有机构停止动作，自动换电流程结束，返回上一步，等待恢复指令；
18.步骤七，自动换电流程结束后，所有模块均需要向控制器反馈自动流程完成结束
信号，返回第三步等待新指令；
19.步骤八，在手动指令模式下，控制模块只接收控制器的单步运动指令，不执行联动。当接收到手动指令结束指令厚，返回第四步；
20.步骤九，在复位指令模式下，控制模块执行复位程序返回设定位置，完成后反馈复位完成信号，返回第四步。
21.作为本发明进一步的方案，所述控制模块包括总网关、换电站控制器以及4g路由器，所述总网关、4g路由器和换电站控制器彼此之间通过网线连接，并组成内部局域网，互相之间进行数据通信，所述总网关具备有线网口与无线通信，是换电站的路由网关，处理交互所有数据，所述换电站控制器为换电站的控制设备，运行逻辑算法，控制和指挥换电站的执行动作。
22.作为本发明进一步的方案，所述拆装模块包括第一无线网关和电池拆装装置控制器，所述第一无线网关用于无线接收控制模块的指令，所述电池拆装装置控制器用于控制执行机构完成旧电池包的拆卸和新电池包装载，所述拆装模块还包括第一电池，用于给拆装模块内的设备供电，保证拆装模块可以脱离换电站独立运动。
23.作为本发明进一步的方案，所述堆垛机模块包括第二无线网关和堆垛机控制器，所述第二无线网关用于无线接收控制模块的指令，所述堆垛机控制器用于实现新旧电池包在电池仓和拆装装置之间的转运。
24.作为本发明进一步的方案，所述堆垛机模块还包括远程io模块和传感器群，所述传感器群用于采集堆垛机在搬运过程中电池的位置信息，通过专用电缆连接到远程io模块，所述的远程io模块连接到第二无线网关，将传感器信号无线反馈给控制器。
25.作为本发明更进一步的方案，所述堆垛机模块还包括无线信号增强器和第二电池，所述无线信号增强器用于增强无线信号，避免无线信号在换电站中厚钢板、铁网或其他干扰下丢失，所述第二电池为堆垛机模块内设备供电，保证堆垛机模块可以脱离换电站独立运动。
26.作为本发明更进一步的方案，所述信息模块包括第三无线网关，所述第三无线网关用于将信息模块的数据通过无线与控制器进行通讯，所述信息模块还包括mqtt网关和温湿度信号，所述温湿度信号为分布在换电站内的多台工业空调，温湿度传感器采集到的环境信息，这些设备通过rs485通信口与mqtt网关连接，所述mqtt网关将rs485通信转换为网络协议，与第三无线网关通过网线有线连接。
27.作为本发明更进一步的方案，所述信息模块还包括can转tcp网关、充电机信息以及存储仓电池包信息，所述充电机信息和存储仓电池包信息通过can总线与can转tcp网关连接，所述can转tcp网关将can通信转换为网络协议，与第三无线网关通过网线有线连接。
28.作为本发明更进一步的方案，所述操作模块包括无线网卡和操作端，所述操作端为远程控制器，可以操作和监视换电站，所述无线网卡将操作端与4g路由器以及总网关无线连接。
29.本发明提供了一种换电站的无线数据通讯系统及控制方法，有益效果在于：。
30.通过构建的无线数据通讯系统可以实现换电站内的控制、反馈和监视等数据实现远程无线通讯，消除有线电缆的布线繁琐、易损和不安全等问题，降低制造成本，推动换电站无人化运营的进程。
31.采用无线的方式来构建换电站的数据通讯系统可以节省大量的线缆，避免线缆随设备运动过程中可能发生的缠绕、铰断、短接等电气问题，更进一步地将新能源车、换电站、云端等所有设备实现无线组网，推动未来无人值守的全自动化型换电站进程。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
33.图1为本发明的工作原理框图。
34.图2为本发明中控制模块的工作原理框图。
35.图3为本发明中拆装模块的工作原理框图。
36.图4为本发明中堆垛机模块的工作原理框图。
37.图5为本发明中信息模块的工作原理框图。
38.图6为本发明中操作模块的工作原理框图。
39.图7为本发明的工作流程图。
40.图中：1、控制模块；2、拆装模块；3、堆垛机模块；4、信息模块；5、操作模块；11、4g路由器；12、总网关；13、换电站控制器；21、第一无线网关；22、电池拆装装置控制器；23、第一电池；31、无线信号增强器；32、第二无线网关；33、堆垛机控制器；34、第二电池；35、远程io模块；36、传感器群；41、第三无线网关；42、mqtt网关；43、温湿度信号；44、can转tcp网关；45、充电机信息；46、存储仓电池包信息；51、无线网卡；52、操作端。
具体实施方式
41.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
42.参见图1-7，本发明实施例提供的一种换电站的无线数据通讯系统，包括：
43.控制模块1，控制模块1用于换电站的主控制器的数据处理；
44.拆装模块2，拆转模块用于和执行车载电池包的拆除和安装任务的装置之间的数据通讯；
45.堆垛机模块3，堆垛机模块3用于和搬运电池的堆垛机及其附属传感器的数据通讯；
46.信息模块4，信息模块4用于接收和反馈实时监控换电站工作状态的信息；操作模块5，操作模块5用于换电站操作指令的发送和状态信息显示.
47.本发明在使用过程中，控制模块1接收操作模块5的命令指令，反馈动作数据和状态信息供监视使用，两者之间通过无线网络连接，控制模块1使用总网关12提供一个范围内的无线局域网，同时使用4g路由器11搭建4g网络。
48.控制模块1的换电站控制器13为换电站的站内控制核心，可以为plc、工控机、单片
机、dsp等工业控制器。
49.操作模块5的操作端52为上位机终端设备，可以为工业触摸屏、台式机、笔记本电脑、手机或其他同类型控制器，无线网卡51根据操作端52的设备类型不同也分为内置和外置，当操作端52处于换电站的无线范围内时，直接通过总网关12无线连接；当操作端52处于换电站无线范围之外时，通过4g网络无线连接。
50.拆装模块2为车载电池包的拆除和安装机构，工业上常用的rgv、机械臂等均属于此类机构，拆装模块2为完全独立的执行机构，使用第一电池23为机构中的设备供电，配置第一无线网卡51与控制模块1的总网关12无线组网，当接收到控制模块1的动作指令，电池拆装控制器控制拆装模块2按照控制模块1规划的路径运行，完成对旧电池的拆除和新电池的安装，并将过程中的动作的步续和执行情况实时无线反馈给控制模块1。
51.堆垛机模块3为电池搬运设备，将拆装模块2上的旧电池包搬运到空闲的电池仓位，再按照控制器的指令将新的满电电池包从指定仓位搬运到拆装模块2上，堆垛机模块3工作在电池存储仓中，与其他设备之间存在大量的厚钢板、铁网等无线信号干扰设施，因此配置无线信号增强器31将仓内的无线信号增强，第二无线网关32通过无线信号增强器31的无线网络与总网关12无线组网，堆垛机控制器33与第二无线网关32使用网线有线连接，接收换电站控制器13的指令执行堆垛机行走、举升和电池取放功能并反馈相关动作执行过程数据，第二电池34为堆垛机模块3内所有设备供电。
52.在堆垛机工作过程，出于安全和信息反馈的需求，配置传感器群36检测执行器末端状态、电池包在堆垛机上的倾斜角度、电池包在位状态等信号，传感器群36全部通过专用电缆连接到远程io模块35上，远程io模块35与第二无线网关32通过网线连接，将传感器群36采集到的信息无线反馈给换电站控制器13。
53.信息模块4用于采集换电站内的环境信息和充电机信息45，以及对相关设备的调节控制和数据通讯，其配置的mqtt网关42和can转tcp网关44与第三无线网关41通过网线连接，与换电站控制器13无线通讯数据。
54.mqtt网关42通过rs485接口与温湿度采集设备连接，通过modbus协议控制通讯风机、空调等设备，can转tcp网关44通过can总线与充电机、仓内电池包的充电接口等连接，通过can总线协议读取充电机信息45以及存储仓电池包信息46，充电机信息45包含充电功率、电流、电压等信息，存储仓电池包信息46包含电池包电量、电池包厂商、特征码等信息。
55.换电站无线数据通讯系统包括却不局限于以上模块构建的无线数据通讯系统，其他可能在换电站中使用到消防、安全门、车辆定位等模块和rfid、蓝牙等信号均可参照该模式构建无线数据通讯系统实现无线通讯。
56.如图2所示，控制模块1包括总网关12、换电站控制器13以及4g路由器11，总网关12、4g路由器11和换电站控制器13彼此之间通过网线连接，并组成内部局域网，互相之间进行数据通信，总网关12具备有线网口与无线通信，是换电站的路由网关，处理交互所有数据，换电站控制器13为换电站的控制设备，运行逻辑算法，控制和指挥换电站的执行动作。
57.如图3所示，拆装模块2包括第一无线网关21和电池拆装装置控制器22，第一无线网关21用于无线接收控制模块1的指令，电池拆装装置控制器22用于控制执行机构完成旧电池包的拆卸和新电池包装载，拆装模块2还包括第一电池23，用于给拆装模块2内的设备供电，保证拆装模块2可以脱离换电站独立运动。
58.如图4所示，堆垛机模块3包括第二无线网关32和堆垛机控制器33，第二无线网关32用于无线接收控制模块1的指令，堆垛机控制器33用于实现新旧电池包在电池仓和拆装装置之间的转运。
59.堆垛机模块3还包括远程io模块35和传感器群36，传感器群36用于采集堆垛机在搬运过程中电池的位置信息，通过专用电缆连接到远程io模块35，的远程io模块35连接到第二无线网关32，将传感器信号无线反馈给控制器。
60.堆垛机模块3还包括无线信号增强器31和第二电池34，无线信号增强器31用于增强无线信号，避免无线信号在换电站中厚钢板、铁网或其他干扰下丢失，第二电池34为堆垛机模块3内设备供电，保证堆垛机模块3可以脱离换电站独立运动。
61.如图5所示，信息模块4包括第三无线网关41，第三无线网关41用于将信息模块4的数据通过无线与控制器进行通讯，信息模块4还包括mqtt网关42和温湿度信号43，温湿度信号43为分布在换电站内的多台工业空调，温湿度传感器采集到的环境信息，这些设备通过rs485通信口与mqtt网关42连接，mqtt网关42将rs485通信转换为网络协议，与第三无线网关41通过网线有线连接。
62.信息模块4还包括can转tcp网关44、充电机信息45以及存储仓电池包信息46，充电机信息45和存储仓电池包信息46通过can总线与can转tcp网关44连接，can转tcp网关44将can通信转换为网络协议，与第三无线网关41通过网线有线连接。
63.如图6所示，操作模块5包括无线网卡51和操作端52，操作端52为远程控制器，可以操作和监视换电站，无线网卡51将操作端52与4g路由器11以及总网关12无线连接。
64.如图7所示，一种换电站的无线数据通讯系统的控制方法，包括以下步骤：
65.步骤一，换电站控制器13接收到操作端52的自动换电指令；
66.步骤二，换电站控制器13进行系统初始化，启动通讯协议，通过无线网络向拆装模块2、堆垛机模块3和信息模块4广播自动换电启动信号；
67.步骤三，换电站控制器13检测广播指令的应答信号是否丢帧，如有的话说明无线通讯存在干扰，继续广播自动换电启动信号；
68.步骤四，各控制模块1优先检测是否接收到控制器的自动指令，在自动流程中，不接受手动和复位指令。其次是否接受到手动指令，若有跳转到第八步。最后检测复位指令，若有跳转到第九步；
69.步骤五，当同一时间段内，换电站控制器13接收到所有模块的应答指令无丢帧信号，同时所有模块均收到自动换电指令，开始启动自动换电流程；
70.步骤六，在自动换电过程中，实时检测是否受到自动换电停止指令，如果收到，所有机构停止动作，自动换电流程结束，返回上一步，等待恢复指令；
71.步骤七，自动换电流程结束后，所有模块均需要向控制器反馈自动流程完成结束信号，返回第三步等待新指令；
72.步骤八，在手动指令模式下，控制模块1只接收控制器的单步运动指令，不执行联动。当接收到手动指令结束指令厚，返回第四步；
73.步骤九，在复位指令模式下，控制模块1执行复位程序返回设定位置，完成后反馈复位完成信号，返回第四步。
74.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，
本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，包括：控制模块(1)，所述控制模块(1)用于换电站的主控制器的数据处理；拆装模块(2)，所述拆转模块用于和执行车载电池包的拆除和安装任务的装置之间的数据通讯；堆垛机模块(3)，所述堆垛机模块(3)用于和搬运电池的堆垛机及其附属传感器的数据通讯；信息模块(4)，所述信息模块(4)用于接收和反馈实时监控换电站工作状态的信息；操作模块(5)，所述操作模块(5)用于换电站操作指令的发送和状态信息显示。2.根据权利要求1所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述控制模块(1)包括总网关(12)、换电站控制器(13)以及4g路由器(11)，所述总网关(12)、4g路由器(11)和换电站控制器(13)彼此之间通过网线连接，并组成内部局域网，互相之间进行数据通信，所述总网关(12)具备有线网口与无线通信，是换电站的路由网关，处理交互所有数据，所述换电站控制器(13)为换电站的控制设备，运行逻辑算法，控制和指挥换电站的执行动作。3.根据权利要求1所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述拆装模块(2)包括第一无线网关(21)和电池拆装装置控制器(22)，所述第一无线网关(21)用于无线接收控制模块(1)的指令，所述电池拆装装置控制器(22)用于控制执行机构完成旧电池包的拆卸和新电池包装载，所述拆装模块(2)还包括第一电池(23)，用于给拆装模块(2)内的设备供电，保证拆装模块(2)可以脱离换电站独立运动。4.根据权利要求1所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述堆垛机模块(3)包括第二无线网关(32)和堆垛机控制器(33)，所述第二无线网关(32)用于无线接收控制模块(1)的指令，所述堆垛机控制器(33)用于实现新旧电池包在电池仓和拆装装置之间的转运。5.根据权利要求4所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述堆垛机模块(3)还包括远程io模块(35)和传感器群(36)，所述传感器群(36)用于采集堆垛机在搬运过程中电池的位置信息，通过专用电缆连接到远程io模块(35)，所述的远程io模块(35)连接到第二无线网关(32)，将传感器信号无线反馈给控制器。6.根据权利要求4所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述堆垛机模块(3)还包括无线信号增强器(31)和第二电池(34)，所述无线信号增强器(31)用于增强无线信号，避免无线信号在换电站中厚钢板、铁网或其他干扰下丢失，所述第二电池(34)为堆垛机模块(3)内设备供电，保证堆垛机模块(3)可以脱离换电站独立运动。7.根据权利要求1所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述信息模块(4)包括第三无线网关(41)，所述第三无线网关(41)用于将信息模块(4)的数据通过无线与控制器进行通讯，所述信息模块(4)还包括mqtt网关(42)和温湿度信号(43)，所述温湿度信号(43)为分布在换电站内的多台工业空调，温湿度传感器采集到的环境信息，这些设备通过rs485通信口与mqtt网关(42)连接，所述mqtt网关(42)将rs485通信转换为网络协议，与第三无线网关(41)通过网线有线连接。8.根据权利要求7所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述信息模块(4)还包括can转tcp网关(44)、充电机信息(45)以及存储仓电池包信息(46)，所述充电机信
息(45)和存储仓电池包信息(46)通过can总线与can转tcp网关(44)连接，所述can转tcp网关(44)将can通信转换为网络协议，与第三无线网关(41)通过网线有线连接。9.根据权利要求1所述的一种换电站的无线数据通讯系统，其特征在于，所述操作模块(5)包括无线网卡(51)和操作端(52)，所述操作端(52)为远程控制器，可以操作和监视换电站，所述无线网卡(51)将操作端(52)与4g路由器(11)以及总网关(12)无线连接。10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的换电站的无线数据通讯系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，换电站控制器(13)接收到操作端(52)的自动换电指令；步骤二，换电站控制器(13)进行系统初始化，启动通讯协议，通过无线网络向拆装模块(2)、堆垛机模块(3)和信息模块(4)广播自动换电启动信号；步骤三，换电站控制器(13)检测广播指令的应答信号是否丢帧，如有的话说明无线通讯存在干扰，继续广播自动换电启动信号；步骤四，各控制模块(1)优先检测是否接收到控制器的自动指令，在自动流程中，不接受手动和复位指令。其次是否接受到手动指令，若有跳转到第八步。最后检测复位指令，若有跳转到第九步；步骤五，当同一时间段内，换电站控制器(13)接收到所有模块的应答指令无丢帧信号，同时所有模块均收到自动换电指令，开始启动自动换电流程；步骤六，在自动换电过程中，实时检测是否受到自动换电停止指令，如果收到，所有机构停止动作，自动换电流程结束，返回上一步，等待恢复指令；步骤七，自动换电流程结束后，所有模块均需要向控制器反馈自动流程完成结束信号，返回第三步等待新指令；步骤八，在手动指令模式下，控制模块(1)只接收控制器的单步运动指令，不执行联动。当接收到手动指令结束指令厚，返回第四步；步骤九，在复位指令模式下，控制模块(1)执行复位程序返回设定位置，完成后反馈复位完成信号，返回第四步。

技术总结
本发明提供了一种换电站的无线数据通讯系统及控制方法，控制模块，控制模块用于换电站的主控制器的数据处理；拆装模块，拆转模块用于和执行车载电池包的拆除和安装任务的装置之间的数据通讯；堆垛机模块，堆垛机模块用于和搬运电池的堆垛机及其附属传感器的数据通讯；信息模块，信息模块用于接收和反馈实时监控换电站工作状态的信息；操作模块，操作模块用于换电站操作指令的发送和状态信息显示。本发明通过构建的无线数据通讯系统可以实现换电站内的控制、反馈和监视等数据实现远程无线通讯，消除有线电缆的布线繁琐、易损和不安全等问题，降低制造成本，推动换电站无人化运营的进程。营的进程。营的进程。


技术研发人员：吴如伟 周辉 万琳 刘细波 黄超 查俊
受保护的技术使用者：安徽绿舟科技有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/6/28