CN104325888A - 一种智能受流系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能受流系统，包括受流器、导电槽、自动化控制系统、其他附属装置。受流器包括支撑架、导轨、滑台、预升弓传动装置、储气罐、电控箱、拖链、驱动机构。预升弓传动装置包括气缸、齿条、齿轮、旋转臂、联轴器、受电头部件，整体安装在滑台上。受电头通过联轴器安装在旋转臂的顶端。导电槽固装在车站停车位上方天花板上，纵向呈长条形、横向呈门字形。自动化控制系统通过获取受流器系统自身的状态信号、电车的状态信号和控制信号，控制部件的工作状态，同时也给电车控制箱反馈充电状态信息。其他附属装置包括定位装置、连接紧固和脱离装置以及充电检测保护装置。本发明具备智能化程度高、充电过程快捷、整体安全性好的有益效果。

Description

一种智能受流系统

技术领域

本发明涉及快速充电的受流技术领域，尤其涉及一种城市电动公交车超级电容快速充电的受流系统。

背景技术

城市电动公交车（以下简称电车）具有无排放、低噪声、环保型等诸多优点，因而备受欢迎。现有供电方式可分为普通蓄电池供电和高架接触导线受电两种。对于普通蓄电池供电方式，由于充电时的电流不能足够大，往往整个充电过程显得过于缓慢，每次充电时间约需7～8h，且只能在某些固定的充电站或公交总站进行，因而无法实现连续运营。对于高架接触导线受电方式，又可细分为线路全程持续受电和公交车站（以下简称车站）站内受电两种，前者是通过其运行线路上方的架空接触导线来完成的，从而带来了视觉污染、机动性差、维修费用高等诸多问题；后者的接触导线不在运行线路上方架设，而仅在沿线的车站站内架设，车辆配置超级电容，虽然其充放电速度很快，但连续行驶里程很短，需采用每站充电方式，即在每个停靠站都要给车辆充电。

    经专利文献检索发现，目前应用在电车上给超级电容充电的装置是由一个简单的支架和两根裸露的导线组成，需充电时，将支架升到车站站台顶端的充电装置上，充电完成后，由人工把支架降下。这种装置虽然结构简单，但需人工操作，加之导线裸露在外，因此安全性很低，并且这种方式的充电电压不能太高。比如，在中国发明专利说明书CN1751910A中公开了一种超级电容快速充电公交电车的总体结构，对其受流系统进行了如此描述：在电动公交车停靠站、乘客上下车时间，可伸缩受电弓伸出与公交电车充电候车站充电电源触线对接，以大电流向超级电容组充电、补充电能，充电结束后可伸缩受电弓收回，从而保持公交电车在整个运行线路中持续运行。这种结构虽然具有充电排和受电弓结构简单、易加工；充电过程没有太多的控制流程，操作或控制较为简易的优点，但同时存在以下不足：接头外露，不论是充电排还是受电弓，易损坏；充电排一直处于带电状态，且暴露在外，即使架设在5米高处，也存在安全隐患；受电弓与充电排的连接没有紧固，这在目前充电电流条件下合适，但对于更大的充电电流将不再适合，不适应电池容量更大、充电速度更快的方案。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种实现高压（720V）大电流（800A）全自动快速充电、并可适应室外复杂环境自动定位调节的智能受流系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种智能受流系统，包括受流器1、导电槽2、自动化控制系统和其他附属装置，受流器1包括支撑架11、导轨12、滑台13、预升弓传动装置14、储气罐15、电控箱16、拖链17、驱动机构18,其中，支撑架11安装在电车顶部，导轨12固定在支承架11上，滑台13座落在导轨12上，受驱动机构18控制可沿导轨12平行移动，预升弓传动装置14包括平推气缸141、齿条142、齿轮143、旋转臂144、联轴器145、受电头146、垂直气缸147，整体安装在滑台13上，平推气缸141与齿条142相连，齿轮143与齿条142啮合，带动旋转臂144摆动，受电头146通过联轴器145安装在旋转臂144的端部，通过垂直气缸147将受电头推送到导电槽2内。导电槽2固装在车站停车位上方天花板上，纵向呈长条形、横向呈门字形，顶部安装有红外线收发装置23、充电允许传感器24和接地极25，下方凹槽两侧内壁镶有正电极21、负电极22。自动化控制系统通过获取受流器系统自身的状态信号、电车的状态信号和控制信号，控制部件的工作状态，同时给电车控制箱反馈充电状态信息。其他附属装置包括定位装置、连接紧固和脱离装置。

作为进一步改进方案之一，受电头146呈长方体，顶部安装有红外线接收装置1463、充电允许传感器1464和接地极1465，左右两侧镶有正电极1461、负电极1462。

作为进一步改进方案之一，定位装置包括电车进站定位和受电头146与导电槽2的水平横向定位。针对横向定位的第一种实施方式采用红外线检测进行对接定位，当受流器1感应到电车进站时，先预升弓完成，然后通过红外线来检测导电槽2的位置，引导受电头146正确对准导电槽2，再由垂直气缸147推动受电头146完成升弓动作，使受电头146正确插入到导电槽2内，并使受电头146的正电极1461和负电极1462与导电槽接触良好。针对横向定位的第二种实施方式采用视频图像检测进行对接定位，当受流器1感应到电车进站时，由装在受流器1上的摄像头获取车顶视频图像，通过自动化控制系统对视频图像进行识别，引导受电头146正确对准导电槽2，完成升弓动作。

    作为进一步改进方案之一，连接紧固和脱离装置分别安装在受电头146和导电槽2上。

    本发明具备如下的有益效果：

   （1）智能化程度高。本系统使用定位和传动装置实现充电接头的对接，无需人工干预即可实现自动对位充电，除此之外，也可进行手动操作。

   （2）充电过程快捷。为适应更大的充电电流，本系统中还包含接头的紧固装置，确保充电时电极的接触和紧固，可以在高压720V条件下进行快速充电，大大缩短了充电作业时间。

   （3）整体安全性好。由于没有裸露在外的高压导线，对充电接头也作了封装处理，并且充电动作使用控制信号来进行控制，使导电槽只有在收到充电信号时才开始充电，因此，系统的整体安全性得到了大幅度提高。

附图说明

图1为现有技术超级电容快速充电公交电车受流系统纵向示意图。

图2为现有技术超级电容快速充电公交电车受流系统横向示意图。

图3为本发明智能受流系统落弓状态的纵向示意图。

图4为本发明智能受流系统预升弓状态的纵向示意图。

图5为本发明智能受流系统接触受流状态横向示意图。

图6为本发明智能受流系统的电气连接框图。

图7为本发明智能受流系统受电头的状态控制过程框图。

图8为本发明智能受流系统电流器总体布置示意图。

图9为本发明智能受流系统导电槽横向结构示意图。

图10为本发明智能受流系统预升弓传动装置组成示意图。

图11为本发明智能受流系统受电头结构示意图。

图12为本发明智能受流系统定位装置示意图。

图13为本发明智能受流系统受流器电路原理图。

图14为本发明智能受流系统制作工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对现有技术和本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1～2所示，中国发明专利说明书CN1751910A中公开了一种超级电容快速充电公交电车受流系统的结构组成，包括可伸缩受电弓5、充电候车站充电电源触线10、充电候车站支架11和充电候车站支架绝缘子12，在电动公交车停靠站、乘客上下车时间，可伸缩受电弓5伸出与公交电车充电候车站充电电源触线10对接，以大电流向超级电容组充电、补充电能，充电结束后可伸缩受电弓5收回，从而保持公交电车在整个运行线路中持续运行。

如图3～5所示，本发明智能受流系统包括受流器1、导电槽2、自动化控制系统及其他附属装置。本系统有三个动作：受电头与导电槽连接；导电槽通过受流器为电车充电，受电头与导电槽脱离。为使电车进站后整个充电过程自动、安全、高效，受流系统中还包含：为受电头提供升降的传动装置，为受电头与导电槽提供对接定位的定位装置，为充电安全提供保护的连接紧固和脱离装置，以及为所有自动化过程提供控制、检测、系统状态存储以及状态信息显示上传等功能的自动化控制系统。受流器有三种状态，其中，图3为受流器处于落弓状态，相应地电车处于两站之间的正常运行状态；图4为受流器处于预升弓状态，相应地电车处于接近车站直至停车准备充电状态；图5为受流器处于接触受流状态，相应地电车超级电容处于快速充电状态。

如图6～7所示，为本发明智能受流系统的电气连接框图和受电头的状态控制过程框图。受流器与电车的通信采用CAN总线方式，受电头和导电槽的对位及通信采用红外线、微波或图像识别方式。在导电槽上装有红外线发射装置，电车进站时受流器检测到该信号，电控箱中的自控系统发出气缸操作指令，预升弓传动装置动作，将受电头进行预升弓。当控制系统检测到电车停止信号后，通过检测导电槽的红外信号，控制滑台移动到导电槽下方，进行受电头的横向定位。当收到来自电车控制箱发出的充电允许信号后，受电头在升弓动作下伸入导电槽内，与导电槽紧密结合，导电槽送电进行充电。当收到来自电车控制箱发出的充电完成信号后，受流器停止充电，受电头下降脱离导电槽，然后在预升弓传动装置作用下，处于降弓状态，电车准备启动驶离车站。

如图8所示，受流器1包括支承架11、导轨12、滑台13、预升弓传动装置14、储气罐15、电控箱16、拖链17、驱动机构18，其中，支承架11安装在电车顶部，导轨12固定在支承架11上，滑台13座落在导轨12上，受驱动机构18控制可沿导轨12平行移动，预升弓传动装置14整体安装在滑台13上。

    如图9所示，导电槽2固装在车站停车位上方天花板上，相当于一个电源插座，纵向呈长条形、横向呈门字形。顶部安装有位置传感器23、充电允许传感器24和接地极25，下方带凹槽，凹槽两侧内壁镶有正电极21、负电极22，充电电流超过900A。

    如图10所示，预升弓传动装置14包括平推气缸141、齿条142、齿轮143、旋转臂144、联轴器145、受电头146、垂直气缸147，整体安装在滑台13上，平推气缸141与齿条142相连，齿轮143与齿条142啮合，带动旋转臂144摆动，受电头146通过联轴器145安装在旋转臂144的端部，通过垂直气缸147将受电头推送到导电槽2内，联轴器145起到使受电头自动复位的作用。预升弓传动装置通过平推气缸将受电头由水平方向过渡到垂向立起、滑台横向平移将受电头与导电槽对齐、通过垂直气缸的升弓动作将受电头伸入导电槽内，以及上述三个动作的反向收回动作。立起和升降动作使用气动伸缩连杆，接储气罐中的压缩空气，由自控系统控制实现；横向平移由伺服电机通过齿轮传动，由自控系统和横向定位装置协作实现。其中，横向位移15000mm，完全升起高度7000mm。

    如图11所示，受电头呈长方体，相当于一个插头，顶部安装有位置传感器、充电允许传感器和接地极，左右两侧镶有正电极、负电极，充电电流超过800A。伸入导电槽后，使电车电源储能部分与导电槽供电部分相连。

    自动化控制系统通过获取受流器系统自身的状态信号、电车的状态信号和控制信号，控制系统所有部件的工作状态，同时也给电车控制箱反馈充电状态信息，提醒或限制电车的操作，避免事故发生。控制信号主要有：进站信号、横向定位信号、气路电磁阀控制信号、电机控制信号、电信号、脱离信号；电车状态信号主要有：牵引电机工作信号、电车速度信号、门禁信号、人工控制信号。

    其他附属装置包括定位装置、连接紧固和脱离装置。

如图12所示，定位装置包括电车进站定位和受电头与导电槽的水平横向定位。电车进站定位使用红外扇形辐射信号，在导电槽中安装红外信号发生装置，朝电车进站方向持续发射信号，由车顶受电头的红外信号接收装置接收，并传递给自控系统，开始受电头的预升弓动作。从接收到进站信号到电车停止的时段，应能保证传动装置能完成预升弓动作。以电车车长9m，进站速度20km/h，离车站5m开始减速，停车距离14m的停车为例，停车时长为5秒，即电车离车站红外发生装置10m时获得进站信号，传动装置预升动作在5秒内完成预升动作，进站信号预留第三方信号源接口。受电头与导电槽的水平横向定位使用红外直线多点光栅，在站台停车位上方天花板处装光栅信号发生装置，垂直向下发射（见图6），由车顶红外接收装置接收，将信号传递给自动化控制系统，由自动化控制系统控制伺服电机带动受电头横向移动。红外信号源：扇形辐射，传播距离超过10m。

受电头与导电槽的水平横向定位也可采用视频图像检测进行对接定位，在受流器感应到电车进站、受电头已经完成预升弓状态时，启动该工作方式。由装在受流器上的摄像头获取车顶的视频图像，通过受流器的自动化控制系统对视频图像进行识别，正确找到导电槽的位置，从而引导受电头正确接入到导电槽内，并进行充电等工作。

    连接紧固和脱离装置分别安装在受电头排和导电槽上。主要作用是：当受电头伸入导电槽充电时，导电槽要夹紧受电头，使正负电极良好接触；当导电槽收到信号，或者受电头有收缩动作时，导电槽与受电头分离，受电头回收时，不会对导电槽造成机械损伤。

    如图13所示，本发明智能受流系统受流器电路原理图。当进站信号接收器收到红外进站信号时，由进站传感器发来进站信号；电控箱收到进站信号后，给气缸发位置信号，气缸动作，进行受电头的预升弓；由气缸位置信号检测到预升弓到达指定位置后，再检测导电槽位置信号，然后启动滑台上的伺服来控制滑台移动的距离，配合导电槽位置信号，将受电头对准导电槽的位置；电控箱接收到充电允许信号后，通过气缸位置信号来控制受电头升弓到位，使受电头与导电槽接触良好，给电车充电，同时，通过电流传感器信号、电压传感器信号和充电允许信号反馈来监控充电过程；电控箱接收到充电不允许时，停止充电；最后，由气缸位置信号控制受电头落弓，回到初始状态，完成整个受电过程。

如图14所示，制作本发明智能受流系统的主要工艺流程包括备料、电控箱主板焊接与调试、导电槽装配、滑台装配、受电头焊接装配、预升弓传动装置装配、整机装配、试运行、检验、入库以及包装出厂等工序。

本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种智能受流系统，包括受流器（1）、导电槽（2）、自动化控制系统、其他附属装置，其特征在于：

A、所述受流器（1）包括支撑架（11）、导轨（12）、滑台（13）、预升弓传动装置（14）、储气罐（15）、电控箱（16）、拖链（17）、驱动机构（18）,其中，支撑架（11）安装在电车顶部，导轨（12）固定在支承架（11）上，滑台（13）座落在导轨（12）上，受驱动机构（18）控制可沿导轨（12）平行移动，预升弓传动装置（14）包括平推气缸（141）、齿条（142）、齿轮（143）、旋转臂（144）、联轴器（145）、受电头（146）、垂直气缸（147），整体安装在滑台（13）上，平推气缸(141)与齿条（142）相连，齿轮（143）与齿条（142）啮合，带动旋转臂（144）摆动，受电头（146）通过联轴器（145）安装在旋转臂（144）的端部，通过垂直气缸（147）将受电头推送到导电槽（2）内；

    B、所述导电槽（2）固装在车站停车位上方天花板上，纵向呈长条形、横向呈门字形，顶部安装有红外线收发装置（23）、充电允许传感器（24）和接地极（25），下方凹槽两侧内壁镶有正电极（21）、负电极（22）；

    C、所述自动化控制系统通过获取受流器系统自身的状态信号、电车的状态信号和控制信号，控制部件的工作状态，同时给电车控制箱反馈充电状态信息；

    D、所述其他附属装置包括定位装置、连接紧固和脱离装置。

2.根据权利要求1所述的智能受流系统，其特征在于：所述受电头（146）呈长方体，顶部安装有红外线接收装置（1463）、充电允许传感器（1464）和接地极（1465），左右两侧镶有正电极(1461)、负电极(1462)。

3.根据权利要求1所述的智能受流系统，其特征在于：所述定位装置包括电车进站定位和受电头（146）与导电槽（2）的水平横向定位。

4.根据权利要求3所述的智能受流系统，其特征在于：所述受电头（146）与导电槽（2）的水平横向定位采用红外线检测进行对接定位，当受流器（1）感应到电车进站时,先预升弓完成，然后通过红外线来检测导电槽（2）的位置，引导受电头（146）正确对准导电槽（2），再由垂直气缸（147）推动受电头（146）完成升弓动作，使受电头（146）正确插入到导电槽（2）内，并使受电头（146）的正电极(1461)和负电极(1462)与导电槽接触良好。

5.根据权利要求3所述的智能受流系统，其特征在于：所述受电头（146）与导电槽（2）的水平横向定位采用视频图像检测进行对接定位，当受流器（1）感应到电车进站时，由装在受流器（1）上的摄像头获取车顶视频图像，通过自动化控制系统对视频图像进行识别，引导受电头（146）正确对准导电槽（2），完成升弓动作。

6.根据权利要求1所述的智能受流系统，其特征在于：所述连接紧固和脱离装置分别安装在受电头（146）和导电槽（2）上。