白鷗 陳曉楠 楊俠 李政偉

摘 要：針對(duì)外賣行業(yè)、快遞行業(yè)共享電池的智能電柜是剛需，全國各地百萬級(jí)數(shù)量的電動(dòng)車用于快遞、外賣等。共享電池首先面臨的就是如何提供快捷和可靠的換電服務(wù)，方便用戶的快速更換電池，全國各地主要城市鋪展著掃碼換電的電柜在各個(gè)街道站點(diǎn)，但是大多電柜面臨設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運(yùn)維難度大等問題。對(duì)于以上問題，提出一種多倉換電柜控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一塊控制板實(shí)時(shí)有效的完成對(duì)多倉換電柜的充電、換電、取電、放電、開倉、監(jiān)控等功能。大大的降低了電柜終端的設(shè)備成本、維護(hù)成本，結(jié)構(gòu)簡單并且可以保證設(shè)備功能的實(shí)時(shí)有效性。

關(guān)鍵詞：多倉換電柜控制系統(tǒng);低成本;實(shí)時(shí)有效

中圖分類號(hào)：TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，清潔能源越來越受到人們的關(guān)注，在政策的推動(dòng)下，中國鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模在不斷的迅猛增長。針對(duì)當(dāng)前外賣、快遞、家庭等新能源兩輪或三輪電動(dòng)車業(yè)務(wù)的大量增加，與之配套的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)也在迅速崛起，用量也越來越大，更加突出了對(duì)動(dòng)力電池資產(chǎn)分配以及集中管理的重要性。共享電池的出現(xiàn)，這些車輛再也不用擔(dān)心電池的續(xù)航，也省卻了車輛每天找地方充電的煩惱。

共享電池首先面臨的就是如何提供快捷和可靠的換電服務(wù)，方便用戶的快速更換電池。多家公司在全國各地主要城市街道站點(diǎn)投放了若干掃碼換電的電柜，但是大多電柜設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運(yùn)維不方便。多倉的電柜控制系統(tǒng)普遍做法是，每一個(gè)倉門一塊控制板，匯總到一塊中央控制板，最后再連接負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和定位的小板將數(shù)據(jù)上報(bào)到云端大數(shù)據(jù)中心。這種模式存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、運(yùn)維難度大等問題。

為解決這一痛點(diǎn)，本系統(tǒng)只用一塊中央控制底板，一塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男“迮浜显贫舜髷?shù)據(jù)中心的操作指令來完成所有掃碼換電、充電、取電、放電、開倉等業(yè)務(wù)，大大的降低了電柜終端的設(shè)備成本、維護(hù)成本，結(jié)構(gòu)簡單并且可以保證設(shè)備功能的實(shí)時(shí)有效性。

多倉換電柜控制系統(tǒng)，通過空閑輪詢方式實(shí)現(xiàn)與多倉內(nèi)的充電設(shè)備通訊;通過輪詢的方式定時(shí)切換選擇與多倉電柜內(nèi)的電池通訊實(shí)現(xiàn)與倉內(nèi)電池的數(shù)據(jù)交互;通過云端大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)指令以中斷的方式改變輪詢模式為業(yè)務(wù)模式，切換連接倉門為業(yè)務(wù)所指的倉門ID，并進(jìn)行倉門控制、倉門狀態(tài)、倉門內(nèi)電池設(shè)備信息的實(shí)時(shí)獲取，并傳輸給所述數(shù)據(jù)傳輸單元，再由所述數(shù)據(jù)傳輸單元將業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)信息上報(bào)給所屬的云端大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)一塊控制板實(shí)時(shí)有效的完成對(duì)多倉電柜的充電、換電、取電、放電、開倉、監(jiān)控等功能。

1 多倉換電柜控制系統(tǒng)的功能構(gòu)成

多倉換電柜控制系統(tǒng)，主要用于多倉充電柜、多倉換電柜等設(shè)備，對(duì)倉內(nèi)電池充電進(jìn)行控制，對(duì)電池信息進(jìn)行監(jiān)控，執(zhí)行電池?fù)Q電等業(yè)務(wù)操作;本系統(tǒng)主要包括中央控制單元和數(shù)據(jù)傳輸單元兩個(gè)部分。中央控制單元用于控制電柜多個(gè)倉門的開關(guān)，控制電柜多個(gè)倉的紅、綠、黃三種指示燈按照倉內(nèi)電池設(shè)備狀態(tài)區(qū)分顯示，以輪詢方式與電柜每一個(gè)倉內(nèi)的電池設(shè)備進(jìn)行通訊監(jiān)控，并能根據(jù)倉內(nèi)電池設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行倉內(nèi)充電設(shè)備的控制;數(shù)據(jù)傳輸單元用于將中央控制單元監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息以及設(shè)備的位置信息、基站信息等上傳到云端大數(shù)據(jù)中心，并將云端大數(shù)據(jù)中心下發(fā)的操作指令接收后傳輸給中央控制單元。中央控制單元在無云端大數(shù)據(jù)中心操作指令的空閑模式下以輪詢的方式保持與電柜的每個(gè)倉內(nèi)設(shè)備（包括電池設(shè)備和充電設(shè)備）進(jìn)行通訊，在接收到云端大數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)指令后切換為業(yè)務(wù)模式，根據(jù)業(yè)務(wù)所對(duì)應(yīng)的倉門ID以中斷的方式切換到業(yè)務(wù)所指示的倉門進(jìn)行業(yè)務(wù)操作，從而實(shí)現(xiàn)用一個(gè)控制板完成對(duì)電柜的多個(gè)倉門的控制，并且保證電柜的實(shí)時(shí)有效性。

2 控制策略以及可行性分析

2.1 多倉換電柜系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖1所示，多倉換電柜控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)傳輸單元、中央控制單元、通道選擇接口、倉門鎖控制接口和多個(gè)電池倉通訊接口。

數(shù)據(jù)傳輸單元：包括定位模塊和遠(yuǎn)程通訊模塊，用于將定位信息、基站信息和中央控制單元的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息上傳給云端大數(shù)據(jù)中心;將云端大數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)操作指令接收后下發(fā)給中央控制單元;

多倉通訊接口：分別包括多路充電器通訊接口和多路電池通訊接口;電池通訊接口通過通道選擇接口與中央控制單元連接，分時(shí)與中央控制單元交換數(shù)據(jù);充電器通訊接口通過總線方式與中央控制單元連接，接收中央控制單元的輪詢控制指令;

通道選擇接口：用于選擇不同的電池通訊接口與中央控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;

倉門鎖控制接口：與中央控制單元連接，執(zhí)行中央控制單元的開鎖指令;

數(shù)據(jù)傳輸單元：實(shí)時(shí)與中央控制單元保持?jǐn)?shù)據(jù)通訊并實(shí)時(shí)將中央控制單元接收到的電池倉通訊接口的數(shù)據(jù)，上傳給云端大數(shù)據(jù)中心;接收云端大數(shù)據(jù)中心發(fā)送的指令，傳輸給中央控制單元進(jìn)行執(zhí)行。

中央控制單元還與指示燈控制接口相連，根據(jù)從每個(gè)所述電池倉通訊接口獲取到的充電設(shè)備和電池的狀態(tài)信息通過指示燈控制接口輸出指示燈控制信息。

多倉換電柜控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

2.2 多倉換電柜控制系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)

2.2.1 多倉換電柜控制系統(tǒng)控制單元

（1）電源兩線：POWER/GND;（2）風(fēng)扇兩線：風(fēng)扇+，風(fēng)扇-;（3）485 兩線：485_A，485_B;（4）門控六線：LED_R，LED+，POWER，LOCK_OUT，DET_IN，LED_G。

2.2.2 多倉換電柜控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元

（1）4G天線;（2）485_EX3 擴(kuò)展485電表AB線;（3）485_EX2擴(kuò)展柜控級(jí)聯(lián)AB線。

2.3 多倉換電柜控制系統(tǒng)功能邏輯

在整個(gè)換電系統(tǒng)中，涉及APP、業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、接入子系統(tǒng)、電池、換電柜五大部分。系統(tǒng)功能邏輯圖如下：

2.3.1 業(yè)務(wù)定義

SN1指：要換電放入的電池設(shè)備SN，或要放入電池的SN;

SN2指：換電要取出的電池設(shè)備SN;

TCP1：表示電池連接的TCP SERVER;

TCP2：表示柜控要連接的TCP SERVER。

服務(wù)器端柜控邏輯：

柜ID，柜狀態(tài)、倉ID，對(duì)應(yīng)倉體電池SN，倉門開關(guān)信息;

換電服務(wù)狀態(tài)查詢：服務(wù)正常則可以換電，如果服務(wù)不正常，則停止換電服務(wù)。

2.3.2 業(yè)務(wù)流程

APP發(fā)起換電請(qǐng)求時(shí)，發(fā)送消息為： 換電指令，柜ID，電池SN1，要求開啟的倉門1ID;

EXCHANGER將任務(wù)發(fā)送給TCP2;

TCP2 發(fā)送S31指令給DCU，包括的內(nèi)容有：換電指令、柜ID，放入電池SN1，開啟倉門1ID;

DCU接收到S31指令后，回復(fù)接收響應(yīng)報(bào)文T31，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的指令發(fā)送給CCU;

CCU開啟倉門1，并將倉門1開啟狀態(tài)反饋發(fā)送給DCU;

DCU上報(bào)倉門1開啟報(bào)文T27給TCP2;

SN1電池一旦有充電器接入指示，則立刻上報(bào)信息TCP1;倉門1關(guān)門后柜門藍(lán)牙檢測(cè)到SN1電池充電器接入指示則立即上報(bào)TCP2;

TCP2從自身及TCP1一直監(jiān)控SN1的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到倉門1關(guān)閉30S內(nèi)有充電器插入的消息，則立刻下發(fā)開啟倉門2命令，并一直檢測(cè)SN2的充電器狀態(tài);（TCP2需不斷將柜子狀態(tài)同步給APP）

信息有：柜狀態(tài)（換電中，倉ID，倉門開關(guān)狀態(tài)，電池SN，電池狀態(tài)）;

DCU接到TCP2的開倉門2命令后，則向CCU發(fā)起命令;

CCU開啟倉門2，在后續(xù)一旦有倉門2關(guān)閉命令，則立刻上報(bào)狀態(tài);

SN2電池一旦有充電器移除指示，則立刻上報(bào)信息TCP1;關(guān)倉門2后柜門藍(lán)牙檢測(cè)到SN2電池充電器移除指示則立即上報(bào)TCP2;

柜門CCU只有同時(shí)檢測(cè)到倉門2關(guān)閉和檢測(cè)SN2充電器移除的指令時(shí)，完成過程。

交互流程示例如圖3。

3 結(jié)論

多倉換電柜控制系統(tǒng)，通過空閑輪詢方式實(shí)現(xiàn)與多倉內(nèi)的充電設(shè)備通訊;通過輪詢的方式定時(shí)切換選擇與多倉電柜內(nèi)的電池通訊實(shí)現(xiàn)與倉內(nèi)電池的數(shù)據(jù)交互;通過云端大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)指令以中斷的方式改變輪詢模式為業(yè)務(wù)模式，切換連接倉門為業(yè)務(wù)所指的倉門ID，并進(jìn)行倉門控制和倉門狀態(tài)、倉門內(nèi)電池設(shè)備信息的實(shí)時(shí)獲取，并傳輸給所述數(shù)據(jù)傳輸單元，再由所述數(shù)據(jù)傳輸單元將業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)信息上報(bào)給所述的云端大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)一塊控制板實(shí)時(shí)有效的完成對(duì)多倉電柜的充電、換電、取電、放電、開倉、監(jiān)控等功能。本系統(tǒng)大大的降低了電柜終端的設(shè)備成本、維護(hù)成本，結(jié)構(gòu)簡單并且可以保證設(shè)備功能的實(shí)時(shí)有效性，具有很大的推廣意義。

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