专利名称：管理配置在工地的车辆的系统和方法
技术领域：
本发明涉及对配置(部署)在工地的车辆的管理，更特别地涉及车辆的电池管理。
背景技术：
用在电动车辆中的电池随时间放电并且需要恢复。WIPO专利申请公开W02009039454A1涉及一种电动车辆，其确定电池的状态及其地理位置。然后所述电动车辆基于所确定的电池电量状态和电动车辆的地理位置确定至少一个可到达的电池服务站。所述电动车辆然后可向其使用者显示该至少一个电池服务站。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种管理配置在工地的一个或多个车辆的系统。所述系统包括电池管理模块、电池更换装置和中心站。所述电池管理模块包括接收模块和分 析模块。所述接收模块构造成通过数据网络从至少一个车辆接收电池健康信息。所述分析模块构造成至少基于所述电池健康信息通过数据网络发出电池更换指令。所述电池更换装置可构造成基于所发出的指令更换所述至少一个车辆上的至少一个电池。所述中心站构造成从所述电池更换装置接收每个更换下来的电池，并对所述更换下来的电池执行至少一个操作。在另一个实施例中，本发明涉及一种方法。所述方法包括通过数据网络从配置在工地的至少一个车辆接收电池健康信息。所述方法还包括至少部分地基于所述电池健康信息通过数据网络向至少一个电池更换装置发出电池更换指令。所述方法可包括至少部分地基于所发出的指令通过所述电池更换装置更换所述至少一个车辆上的电池。所述电池更换装置能将每个更换下来的电池返回到中心站以对更换下来的电池执行至少一个操作。在又一个实施例中，本发明可提供一种具有一个或多个处理器以执行上述各个步骤的计算机系统。从下面的描述和附图将清楚看到本发明的其它特征和方面。
图I示出包括配置在工地的一个或多个车辆的系统的示意图。图2示出配置在工地的车辆的框图。图3示出电池管理模块的框图。图4示出用于管理配置在工地的车辆的电池的流程框图。
具体实施例方式图I是示出可采用本发明的系统100的示意图。系统100可包括多个车辆200、至少一个中心站500、至少一个电池更换装置400、和电池管理模块300。车辆200、中心站500、电池更换装置400和电池管理模块300可通过数据网络600彼此通信。数据网络600可包括能够将计算节点联接在一起的任何类型的有线或无线的通信网络。这包括但不限于局域网、广域网或各种网络的组合。在一个示例性实施例中，数据网络600是无线数据网络，包括蜂窝网络，Wi-Fi网络，WiMAX网络，EDGE网络，GPRS网络，EV-DO网络，RTT网络，HSPA网络，UTMS网络，Flash-OFDM网络，iBurst网络及上述网络的任意组合。在另一个实施例中，数据网络600可以包括因特网、内联网、以太网和卫星网络。如图I所示，数据网络600与车辆200、中心站500、电池更换装置400和电池管理模块300联接。本领域技术人员显然明白，为了清楚起见仅示出了一个中心站500和一个电池更换装置400，但系统100可包括任意数量的中心站500和电池更换装置400等。车辆200可以是由电池提供动力的运土设备，例如但不限于采矿卡车、越野卡车、挖掘机、建筑机械或能利用电池作为主动力源或作为备选动力源的任何其它机器。车辆200可基于车辆200的操作被手动或自动地操纵。根据所述操作的性质和要求，车辆200可包括一个或多个电池。本领域技术人员应认识到，此处所用的术语“电池”应当在广义上理解为包括任何种类的可更换的电能提供模块，而不限于作为示例的锂离子电池、铅-酸电池、镍_金属氢化物电池、电容器、反应电池(例如锌-空气电池)。所述电池在本质上可以是可·再充电的，并且一旦所述电池已放电或用尽则可以要求更换。车辆200可配置在工地，例如但不限于建筑工地、服务站点、预定工作区等。具体地，所述工地可限定可供车辆200配置和/或操作的预定区域。此外，所述工地可位于单个地理区域内。或者，所述工地也可布及由一个或多个路线彼此连接的多于一个的地理区域。所述工地的大小和地理位置可根据车辆200的操作和配置而改变。如图2所示，车辆200可包括电池健康状态分析器210。电池健康状态分析器210可适于分析和收集安装在车辆200中的电池的健康信息。所述电池健康信息可包括但不限于电池的充电状态，电池的寿命，电池的充电/放电循环数，电池的电压，电阻,温度，电流，电量数据及其前述信息的组合。所述电池健康信息可以是数值，百分比，小数值，状态指示
坐寸o车辆200还可包括用于确定车辆200在工地内的位置坐标的定位系统220。定位系统220可包括但不限于卫星定位系统、全球定位系统(GPS)，无线电塔定位系统、Wi-Fi定位系统，及上述定位系统的任意组合。此外，定位系统220可包括导航系统，其产生路线和/或引导并且能够确定和追踪车辆200在工地中的位置。车辆200还可包括用于与电池管理模块300通信的通信模块230，包括硬件和软件。通信模块230可适于向电池管理模块300传送车辆200的电池健康信息和位置坐标。在一个实施例中，车辆200通过数据网络600周期地向电池管理模块300传送车辆200的电池健康信息和位置坐标。在一个示例性实施例中，车辆200可按照电池管理模块300的要求向电池管理模块300发送电池健康信息和/或位置坐标。在另一个示例性实施例中，当任意车辆200中的电池的电量水平达到低于确定的阈值或电池消耗水平或者如果电池工作异常时，该车辆200可传送电池健康信息和/或位置坐标。如图3所示，电池管理模块300包括通过数据网络600从至少一个车辆200接收电池健康信息和位置坐标的接收模块310。电池健康信息和/或位置坐标能以与车辆200和电池管理模块300两者都兼容的任意格式被发送和接收。在一个实施例中，电池健康信息和/或位置坐标可存储在电池管理模块300中的适当的数据库或数据结构中以供在后续阶段取用。所述数据库还可包括电池的其它信息，例如但不限于电池的寿命，电池的充电/放电循环数，电量使用历史，以及过去和将来的维修保养日程等。电池管理模块300还可包括适于分析从车辆200接收到的电池健康信息的分析模块320。分析模块320可使用本领域已知的任何方式来分析电池健康信息。分析模块320可确定电池的电量水平是否达到预定的阈值或电池消耗水平或者电池是否工作异常。在一个示例性实施例中，当车辆200之中一特定车辆的电池健康信息显示电池的电量水平已达到低于预定的阈值或者如果电池工作异常时，分析模块320随后便可向电池更换装置400发出电池更换指令。在另一个实施例中，若多个车辆200的电池健康信息显示电池的电量水平已达到低于预定的阈值或者如果电池工作异常，则分析模块320可在发出针对各车辆200的电池更换指令之前考虑各种参数。所述各种参数可包括但不限于确定更换各车辆200中的各电 池的迫切性，和确定至少一个车辆200中各个车辆的相对位置等。分析模块320可从设置在车辆200中的通信模块230接收各车辆200的电池健康信息和位置坐标。在一个实施例中，分析模块320可为各种参数(例如，车辆200所需更换电池的迫切性、车辆200的相对位置等)设置权重，以确定用于电池更换装置400的最优路径。所述最优路径可使得电池更换装置400能够到达各个车辆200并用充满电的电池来充电/更换已耗尽/放电或异常的电池。可使用任何适当的权重算法而不会背离本发明的范围。在一个实施例中，分析模块320可基于电池健康信息确定在所安装的电池不能再向各个车辆200供电之前各个车辆200能行驶的最大距离。分析模块320还可由各个车辆200的位置坐标确定在最大距离之内的电池更换装置400的位置。在一个示例性实施例中，最大距离可包括特定的安全系数(例如，向最大距离增加20%的裕度)。基于所述确定，分析模块320可确定用于至少一个电池更换装置400的最优路线规划，以确保电池更换装置400可行驶最短的距离并在电池不能再向各个车辆200供电之前更换各个车辆200的已耗尽/放电的电池。在另一个实施例中，分析模块320可基于普遍的旅行销售员问题(universaltravelling salesperson problem)的实施来确定用于至少一个电池更换装置400的最优路线。分析模块320可使用本领域已知的各种算法,例如但不限于Dijkstra算法,Prim算法,Kruskal算法,Floyd-Warshall算法,Johnson算法等,其可包括或不包括探试性方法的使用，来确定最优路线。分析模块320可至少基于配置了系统100的环境的需求而使用上述算法。在一个实施例中，所述至少一个电池更换装置400可以是自主的(独立的)车辆。电池更换装置400也可以是机器人或任何其它自我引导的自动装置。由于电池健康信息可表明多个车辆200的电池可能需要用已充电的电池来更换，所以电池更换装置400可构造成装载多个已充电的电池。此外，电池更换装置400还可包含多个容器以容纳各个车辆200所需的一个或多个电池。电池更换装置400中的所述容器的形状、尺寸和数量可以不同。电池更换装置400可执行由电池管理模块300的分析模块320发出的指令。所述指令可包括由分析模块320确定的需要电池更换装置400遵循的最优路线和需要用已充电的电池更换已耗尽/放电或异常的电池的各个车辆200的位置坐标。电池更换装置400可构造成装载充足的已充电的电池以沿着最优路线更换各个车辆200的电池。
此外，电池更换装置400还可包括全球定位系统(GPS)单元或任何其它定位系统以便如最优路线所提供的那样确定和跟踪各个车辆200的位置坐标。另外，电池更换装置400可包括诸如LORAN的导航系统以便引导电池更换装置400到达各个车辆200。电池更换装置400是可移动的并且可利用轮子、活动臂、滚子或任何其它适当的手段而不用任何人工干预地移动到工地的任何位置。在一个实施例中，操作者可远程控制电池更换装置400。电池更换装置400能够沿向前或向后的方向移动以便基于所接收到的指令到达各个车辆200。可使用基于红外技术的遥控机构或本领域已知的任何其它技术来控制和改变电池更换装置400的速度。此外，电池更换装置400还可装有传感器，例如光学传感器，加速度计，照相/摄像机，电磁传感器，位置传感器，导航传感器等等。电池更换装置400可装备至少一个机器人臂和/或抓持器以便于从各个车辆200 中容易地移除已放电和/或异常的电池；以及还将已充电的电池重新装入各个车辆200中。在一个实施例中，电池更换装置400还能够在朝各个车辆200移动的同时对它所容纳的至少一个电池进行充电。一种可能的方法可包括但不限于利用电池更换装置400的动力源(例如内燃机)对电池充电。电池更换装置400的结构可包括其它特征和子系统而无任何限制。本领域技术人员应认识到，这里所述的电池更换装置400的结构仅是一种示例而不限制本发明的范围。电池更换装置400的设计可被优化以便提供成本效益高、重量轻、容易操纵的自动车辆，以在工地更换电池组件。在一个实施例中，在系统100中可存在多于一个的电池更换装置400，这样整个工地可被划分为供给定的电池更换装置400操作的不同区域。如图I所示，系统100还包括中心站500。电池更换装置400可将从各个车辆200更换的已耗尽/放电或异常的电池返回到中心站500。中心站500可构造成对更换下来的电池执行一个或多个操作。在一个实施例中，中心站500可测试更换下来的电池的重复使用性，并且如果适于重复使用，则将更换下来的电池安置在对重新用在车辆200中的电池进行重新充电的充电系统中。不适合重新使用的电池被另外储存以用于维修或置换。在一个实施例中，中心站500可构造成维修异常的电池。中心站500还可将从电池更换装置400接收的所有更换下来的电池的性能记录保存在数据库中。所述性能记录可用于测试电池是否适于重复使用、维修或置换。在一个实施例中，由天然气管道供应燃料的内燃气体发动机可向充电系统供能。这可使充电系统能快速地给更换下来的已耗尽/放电的电池充电。另外，使用天然气作为燃料确保了清洁燃烧且由此可将由给已耗尽/放电的电池充电引起的任何污染物影响减到最小。或者，所述充电系统可包括将天然气、柴油、汽油等中的任一种作为燃料的多个内燃机。这可使得充电系统在高负荷因素的情况下也能够有效地向电池充电。另外，在任何时刻运行的内燃机的数量可取决于在给定时刻需要充电的电池数量和各个内燃机的能力。在另一个实施例中，所述充电系统还可与公用电网联接，并且可从可再生能源接收所需的能量以向电池充电，所述可再生能源例如为但不限于太阳能电池板、光伏阵列等。这可确保清洁能源而不具有任何污染物影响。本领域技术人员显然清楚，向充电系统供能的上述方法仅用于示例性目的，所述充电系统可使用本领域已知的其它技术为向已耗尽/放电的电池充电供能而不背离本发明的范围。
在一个实施例中，中心站500包含充足的用于向车辆200供电的蓄电池或等同的可更换或可再充电的模块化电能单元。中心站500也可提供可作为车辆200中的单元被移除和更换的整装的可互换模块。中心站500可储存与工地中不同类型的车辆200对应的不同类型的电池。在一个实施例中，中心站500可与车辆200配置在同一工地。或者，中心站500可配置在适当的不同位置。如图2和图3所示，车辆200和电池管理模块300可包括计算机系统700，计算机系统700具有用于执行一组指令的一个或多个处理器710 (例如CPU)。例如，处理器710可使车辆200能够传送由电池管理模块300接收的车辆200的电池健康信息和/或位置坐标。处理器710还能使电池管理模块300分析车辆200的电池健康信息和/或位置坐标，并随后发出电池更换指令，其中所述指令还可包括最优路线规划。在一个实施例中，电池更换装置400也可包括与如图2中的车辆200和图3中的电池管理模块300所示的处理器710相似的一个或多个处理器。所述处理器可使电池更换装置400能够执行电池管理模块300发出的指令并相应地遵循所述最优路线并且更换各个车辆200的已耗尽/放电或异常的电池。此外，所述处理器还可使电池更换装置400能够将更换下来的电池返回到中心站500。 如图2和图3所示，车辆200和电池管理模块300中的计算机系统700可典型地包括一个或多个处理单元710 (CPU)，一个或多个网络或其它通信接口 720 (例如，天线、I/0接口等)，存储器730以及车辆200的各个部件(电池健康状态分析器210，通信模块230，定位系统220)和电池管理模块300的各个部件(接收模块310，分析模块320)，用于使这些部件互连的一个或多个通信总线740。通信总线740可包括使系统部件互连并控制它们之间的通信的电路(有时称为芯片组)。存储器730包括高速随机存取存储器，例如DRAM，SRAM, DDR RAM或其它随机存取固态存储装置；并且可包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储装置，光盘存储装置，闪存装置或其它非易失性固态存储装置。存储器730能可选地包括远离CPU设置的一个或多个存储装置。存储器730或者位于存储器730中的非易失性存储装置包括计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器730存储以下程序、模块和数据结构或其子集操作系统750，其包括用于处理各种基本系统服务和用于执行硬件依存任务的程序；连接模块760，其用于将车辆200和电池管理模块300经一个或多个通信网络接口(有线或无线的)和一个或多个通信网络如因特网、其它广域网、局域网、城市区域网等等连接到其它计算机(例如控制电池更换装置400和中心站500的计算机)。上述的模块或程序(S卩，指令集)不需要作为单独的软件程序、进程或模块来实现，且由此在各个实施例中这些模块的各种子集可进行组合或以其它方式重新布置。在一些实施例中，存储器可存储上述的模块和数据结构的子集。此外，存储器730可存储上面未提及的其它模块和数据结构。虽然图2和图3都示出各自的计算机系统，但是图2和图3更意在作为可存在于一组计算机系统中的各种特征的功能性描述，而非作为这里所述的实施例的结构示意。实际上，且如本领域技术人员可认识到的，分别示出的各要素可进行组合且一些要素可被分开。例如，在图2和图3中分别示出的一些要素可在单个计算机系统上实现，且单个要素可由一个或多个计算机系统实现。用于实现相应计算机系统700的计算机系统的实际数量和各特征如何在它们之间分配将在各种实施方式间彼此不同，且可部分地取决于系统100在高峰使用期和平峰使用期必须处理的数据流通量。此外，系统100的其它部件如电池更换装置400和中心站500可具有各自的计算机系统，或者这些部件的功能作用可通过用于系统所有部件的单个计算机系统来控制。本领域技术人员应认识到,上述系统100是示例性的。系统100还可包括在图I中未示出的管理、监控和执行与车辆200有关的其它维修和服务功能的一定数量的其它子站，而不背离本发明的范围和精神。工业实用性车辆200例如但不限于采矿卡车、越野卡车、挖掘机、建筑机械或任意其它机器可配置在工地中用于执行各种操作。车辆200可以是可使用电池作为主要动力源或作为备选动力源的电池供电车辆200。在一种情况下，车辆200的电池的尺寸可设定为适于一个班次的工作(for a shift-worth of work)。但是,至少由于电力需求和所导致的电池尺寸,将电池的尺寸设定为适于一个班次的工作可能是不切实际的。这样，在一个实施例中，可采用·在操作班次中间可交换的更小的电池。图4示出用于配置在工地的车辆200的电池管理流程800。在步骤810，电池管理模块300可从车辆200接收电池健康信息和/或位置坐标。电池管理模块300可设置在系统100中以评估安装在各个车辆200中的电池的状况。车辆200能够周期性地向电池管理模块300提供电池健康信息和/或位置坐标。电池管理模块300和车辆200可通过数据网络600通信，并因此不需要任何人工干预。车辆200和电池管理模块300可配备具有处理器710以执行诸如发送和接收信息的指令的一个或多个计算机系统700。由于各个车辆200 (例如挖掘机)具有较慢的移动速度且由此不能快速行驶到电池充电/更换站，因此需要为车辆200提供机动的电池更换方案。在步骤820，电池管理模块300可基于车辆200的电池健康信息向电池更换装置400发出电池更换指令。电池更换装置400可以是自主的车辆(例如机器人车辆)。电池更换装置400可构造成每次行程装载多于一个的电池，因为多于一个的车辆200可能具有已耗尽/放电或异常的电池。在一个实施例中，电池管理模块300还可向电池更换装置400提供最优路线。所述最优路线可基于各种参数，例如但不限于更换车辆200上的电池的迫切性和车辆200的相对位置。最优路线可使电池更换装置400能够覆盖配置在工地的需要更换电池的全部车辆200。在步骤830，电池更换装置400用已充电的电池更换至少一个车辆200的至少一个已耗尽/放电或异常的电池。电池更换装置400可以是机动车，且由此能通过行驶到车辆200的位置而更换车辆200上的电池。车辆200可继续它们的操作而不需要行驶到任何更换或充电站。这可有助于节省完成操作所需的时间和所涉及的成本。另外，由于电池更换装置400可顺循由电池管理模块300提供的最优路线，所以电池更换装置400可如上所述按照各个车辆200的重要性顺序来更换已耗尽/放电或异常的电池。在步骤840，电池更换装置400可将更换下来的已耗尽/放电和异常的电池返回到中心站500。中心站500可进行测试以确定更换下来的电池是否适合进一步使用。如果电池适合使用，则中心站500可配备成对已放电的电池进行重新充电和/或修正电池的异常。由于充电系统可由从天然气管道供应燃料的内燃气体发动机供能或者可与公共电网(例如太阳能阵列)联接以给已耗尽/放电的电池重新充电，所以对环境的污染物影响最小。或者，中心站500可用新的电池更换不适用的电池。中心站500可具有可用在车辆200中的电池的库房。在一个实施例中，中心站500可将车辆200上安装或更换的各个电池的性能记录在数据库中。所述性能记录可在随后用于确定电池的效能和其它所需参数。虽然已参照上面的实施例具体地示出和描述了本发明的各方面，但是本领域技术 人员应当理解，通过修改所公开的机器、系统和方法可得到各种其它实施例而不背离所公开内容的精神和范围。这些实施例应当理解为落在基于权利要求及其等同物确定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种方法，包括 通过数据网络从配置在工地的至少一个车辆接收电池健康信息； 至少部分地基于所述电池健康信息通过所述数据网络向至少一个电池更换装置发出电池更换指令； 至少部分地基于所发出的指令通过所述电池更换装置更换所述至少一个车辆上的电池；和 将更换下来的电池返回到中心站以对更换下来的电池执行至少一个操作。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述电池健康信息包括与所述至少一个车辆相关的电池的充电状态、电池的电压、电阻、温度、电流和电池的电量数据中的至少一者。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述至少一个车辆是挖掘机、采矿卡车、越野卡车和建筑机械中的至少一者。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述至少一个电池更换装置是自主的车辆。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，通过所述电池更换装置更换电池包括用已充电的电池更换已耗尽/放电的电池。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括基于一个或多个参数确定到所述电池更换装置的最优路线规划。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参数包括带权重的更换所述至少一个车辆上的电池的迫切性确定和所述至少一个车辆中各个车辆的相对位置坐标。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括从一个或多个车辆接收位置坐标。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，对更换下来的电池执行至少一个操作包括给更换下来的电池充电、检测更换下来的电池的异常和修正更换下来的电池的异常中的至少一者。
10.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述数据网络包括广域网、局域网、以太网、因特网、内联网、蜂窝式网络和卫星网络中的至少一者。
11.一种管理配置在工地的一个或多个车辆的系统，包括 电池管理模块，所述电池管理模块包括 接收模块，所述接收模块构造成通过数据网络从至少一个车辆接收电池健康信息；和 分析模块，所述分析模块构造成至少部分地基于所述电池健康信息通过所述数据网络发出电池更换指令； 电池更换装置，所述电池更换装置构造成基于所发出的指令更换所述至少一个车辆上的至少一个电池，和 中心站,所述中心站构造成 从所述电池更换装置接收每个更换下来的电池；并且 对每个更换下来的电池执行至少一个操作。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述分析模块构造成基于一个或多个参数确定用于所述电池更换装置的路线。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述参数包括带权重的更换所述至少一个车辆上的电池的迫切性确定和所述至少一个车辆中各个车辆的相对位置坐标。
14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个车辆向所述电池管理模块传送位置坐标。
15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述电池健康信息包括电池的充电状态、电池的电压、电阻、温度、电流和电池的电量数据中的至少一者。
16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个车辆包括挖掘机、采矿卡车、越野卡车和建筑机械中的至少一者。
17.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个电池更换装置是自主的车辆。
18.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述中心站构造成给更换下来的电池充电、检测更换下来的电池的异常和/或修正更换下来的电池的异常。
19.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述电池更换装置构造成装载多个已充电的电池。
20.一种用于管理配置在工地的一个或多个车辆的基于计算机的系统，包括 通信接口，所述通信接口与存储器通信； 所述存储器，所述存储器构造成与用于管理所述一个或多个车辆的电池的处理器通Ih ;和 所述处理器，所述处理器响应于计算机程序的执行而执行操作，包括 通过数据网络从配置在工地的至少一个车辆接收电池健康信息； 至少部分地基于所述电池健康信息通过所述数据网络向电池更换装置发出电池更换指令； 至少部分地基于所发出的指令通过所述电池更换装置更换所述至少一个车辆上的至少一个电池；和 将每个更换下来的电池返回到中心站以对更换下来的电池执行至少一个操作。
全文摘要
本发明提供了管理配置在工地的一个或多个车辆的系统和方法。所述系统包括电池管理模块，所述电池管理模块可通过数据网络从至少一个车辆接收电池健康信息和/或位置坐标。所述电池管理模块构造成至少基于车辆的电池健康信息和位置坐标通过数据网络向电池更换装置发出电池更换指令。所述电池更换装置可构造成基于所发出的指令用已充电的电池更换所述至少一个车辆上的至少一个电池。所述电池更换装置构造成将每个更换下来的电池返回到中心站以给更换下来的电池重新充电。
文档编号B60L11/18GK102970322SQ20121031910
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者E·E·雅各布森 申请人:卡特彼勒公司