CN106671818A - 一种充电桩的充电枪智能锁止装置及其控制方法 - Google Patents

一种充电桩的充电枪智能锁止装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

基于充电桩无人值守所产生的问题，本发明设计出一种充电桩的充电枪智能锁止装置及其控制方法，涉及电动汽车充电技术领域。本发明提供一种锁止装置及控制方法，充电桩控制系统发出脉冲信号，驱动特殊型线凸轮完成旋转45°，之后中断脉冲信号的传输，进而控制球面挺柱的上升和回落，从而控制机械锁的自由和锁止状态。当充电枪放置在桩内或给电动车充电时，机械锁处于锁止状态，手动无法将充电枪拔出；当准备充电和停止充电时，需使用者刷卡登陆并在获取控制系统的确认后，机械锁由锁止状态变为自由状态，充电枪才能拔出。此发明保证充电的连续性和使用者的权益，智能锁止装置由脉冲信号触发，工作过程中不需要能量维持，可有效节能。

Description

一种充电桩的充电枪智能锁止装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电桩技术领域，具体涉及一种充电桩的充电枪智能锁止装置及其控制方法。
背景技术
在目前提倡低碳生活绿色环保的环境下,电动汽车的发展日趋成熟,为保证电动汽车的正常运行,需要对电动汽车进行快速有效的充电。充电桩是电动车充电站,充电桩可分为直流充电桩,交流充电桩和交直流一体充电桩。一个交流充电桩可同时为一辆或者多辆汽车充电,交流充电桩从没电到充满的充电时间为6至8小时。充电桩能实现计时、计电度、计金额充电、可以作为市民购电终端。
由于充电桩一般无人值守,产生了一系列的问题：例如，充电桩的充电枪在不工作时可能被剪断拿走，充电枪的防盗问题；充电桩在给电动车充电过程中，由于无人值守并且充电时间较长，车主很少在充电桩附近等待，这时就可能出现充电枪被别人拔出、盗用等问题；当车主有急事要停止充电时，常常会出现拔出充电枪而忘记刷卡，导致卡内余额浪费或被他人使用等问题。
为保证充电桩的使用安全及使用者的权益，充电桩充电口一般应安装充电保护锁,充电口必须要在控制系统授权情况下才能解锁使用。但是目前市面上的充电桩大都没有带锁,有的充电桩用电磁力锁,充电枪放回桩内或给电动车充电后,电磁力锁自动锁住，但又产生了一个问题,电磁力锁需要长期通电,不节能,用电元件多一种损耗,还有如果断电,电磁力锁就会失去作用。因此,有必要对现有的充电桩充电枪锁止机构进行改进,实现充电桩充电枪自动锁定功能,解决充电枪被盗、充电过程中被他人使用、使用者急于停止充电可能导致的卡内余额浪费或被他人使用的问题和断电不能锁定的问题,提高充电桩的安全性能，保护使用者的权益。
发明内容
基于充电桩无人值守所产生的问题，本发明设计出一种充电桩的充电枪智能锁止装置及其控制方法，涉及电动汽车充电技术领域。本发明提供一种锁止装置及控制方法，充电桩控制系统发出脉冲信号，驱动特殊型线凸轮完成旋转45°，之后中断脉冲信号的传输，实现凸轮旋转轴的驱动，进而控制球面挺柱的上升和回落，从而控制机械锁的自由和锁止状态。当充电枪放置在桩内或给电动车充电时，机械锁处于锁止状态，手动无法将充电枪拔出；当准备充电和停止充电时，需使用者刷卡登陆并在获取控制系统的确认后，机械锁由锁止状态变为自由状态，充电枪才能拔出。此发明保证充电的连续性和使用者的权益，智能锁止装置由脉冲信号触发，工作过程中不需要能量维持，可有效节能。
本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现，结合附图说明如下：
一种充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，该充电枪智能锁止装置由机械锁(1)，机械锁旋转轴(2)，回位弹簧座圈(3)，回位弹簧(4)，弹簧导向部分(5)，凸轮旋转轴(6)，特殊型线凸轮(7)，充电枪(8)，球面挺柱(9)，挺柱导管(10)，凹槽1(11)，凹槽2(12)和步进式电动机组成，智能锁止装置由充电桩控制系统控制，凸轮旋转轴由步进式电动机驱动。
所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，机械锁(1)通过机械锁旋转轴(2)固定在充电枪上，机械锁(1)以旋转轴为中心旋转，在机械锁(1)靠近手柄一侧设置有回位弹簧座圈(3)，起到固定弹簧(4)的作用；机械锁要求具有一定的刚度和强度，保证在工作过程中不易发生形变，且具有耐磨特性；在直流式充电枪中，受充电枪空间限制，将机械锁(1)置于充电枪外；在交流式充电枪中，将机械锁(1)置于充电枪内，同时在机械锁(1)的回位弹簧座圈(3)中心线位置处，与回位弹簧座圈(3)相对应的机械锁(1)另一侧设置有开关阀，使得机械锁(1)在自由状态时能够手动的打开和关闭。
所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，弹簧(4)由回位弹簧座圈(3)和弹簧导向部分(5)两部分进行位移约束与导向作用，其中回位弹簧座圈(3)固定在机械锁(1)上，起到约束弹簧(4)纵向位移的作用；弹簧导向部分(5)呈圆筒状，其内径大于弹簧(4)的外径，起到约束弹簧(4)横向位移的作用，弹簧导向部分(5)一端固定在充电枪内壁上，另一端设置有圆环体，圆环体内径小于弹簧(4)内径，与挺柱导管(10)的外径相同，约束弹簧(4)的纵向位移，同时还能满足球面挺柱(9)的上下移动；弹簧(4)的最大压缩量要大于球面挺柱(9)的最大升程。
所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，球面挺柱(9)由两部分组成，一部分为圆柱体，另一部分为半球体，两部分连接在一起；圆柱体和半球体的内径相同，同时小于弹簧(4)的内径，在圆环体和球面挺柱(9)间装配有挺柱导管(10)，约束球面挺柱(9)相对横向位移；球面挺柱(9)和回位弹簧座圈(3)之间留有一定的距离，通过挺柱导管(10)和特殊型线凸轮(7)约束引导球面挺柱(9)的移动。
所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，特殊型线凸轮(7)以凸轮旋转轴(6)为中心旋转，特殊型线凸轮(7)是中心对称图形，其有两种凹槽，凹槽1(11)和凹槽2(12)，凹槽1(11)和凹槽2(12)之间采用圆滑过渡；凹槽部分的曲率半径大于球面挺柱(9)半径；凹槽到旋转中心的距离不同，两种凹槽到旋转中心的距离差值和球面挺柱(9)与回位弹簧座圈(3)之间的距离相同，球面挺柱(9)处于凹槽1(11)位置时，球面挺柱(9)与机械手柄间有最大间距，并且机械锁(1)处于自由状态，可手动打开机械锁(1)；当球面挺柱(9)处于凹槽2(12)的位置时，机械锁(1)处于紧固锁止状态，手动无法直接打开机械锁(1)。
该发明中的充电桩的充电枪智能锁止装置由充电桩控制系统控制，智能锁止装置处于自由或者锁止状态时，其特殊的结构形式决定了特殊型线凸轮(7)无法自由旋转，保证了机械锁(1)的状态维持，机械锁(1)处于每种状态下均不需要能量维持；当机械锁(1)的状态需要发生变化时，由充电桩控制系统发出脉冲信号，触发特殊型线凸轮(7)旋转，完成状态的转变，具体工作方式如下：
1)当机械锁(1)处于锁止状态时，球面挺柱(9)处于凹槽2(12)的位置，充电桩控制系统发出脉冲信号给步进式电动机，步进式电动机驱动特殊型线凸轮(7)旋转45°，使得球面挺柱(9)从凹槽2(12)的位置运动到凹槽1(11)的位置，球面挺柱(9)回落，机械锁(1)恢复自由状态，可手动打开。
2)机械锁(1)处于自由状态时，球面挺柱(9)处于凹槽1(11)的位置，当充电桩控制系统发出脉冲信号给步进式电动机时，步进式电动机驱动特殊型线凸轮(7)旋转45°，使得球面挺柱(9)从凹槽1(11)的位置运动到凹槽2(12)的位置，球面挺柱(9)升起顶住机械锁(1)，机械锁(1)变为锁止状态，不可手动打开。
该发明中的智能锁止装置安装在充电枪内，在充电桩给电动车充电的过程中，具体的工作流程如下：
a)使用者登陆充电桩使用系统，充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪插入到车辆供电插座中，对电动车进行充电；
b)使用者确认充电后，充电桩检测系统检测充电是否准备就绪，当确认准备就绪时，充电桩开始充电，并且充电桩控制系统发出脉冲信号，使得机械锁(1)由自由状态变为锁止状态，从而保证充电过程中充电枪无法拔出。
c)当达到使用者设定的充电结束条件时，充电桩控制系统开始周期发送“充电桩中止充电报文”，并控制充电桩停止充电，同时充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪完成充电。
d)当充电过程未达到使用者充电前设定的充电结束条件时，但使用者需要中止充电时，系统提示使用者进行登陆，当登陆确认后并且实施了停止充电指令后，充电桩控制系统开始周期发送“充电桩中止充电报文”，并控制充电桩停止充电，充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪完成充电；在使用者需要中途停止充电情况下，如果使用者不进行登录确认，机械锁(1)处于锁止状态，充电枪无法拔出。
e)使用者停止充电后，系统语音提示将充电枪放回桩内，充电桩检测系统检测到充电枪放回桩内后，充电桩控制系统发出脉冲信号，使得机械锁(1)由自由状态变为锁止状态，从而保证在无人使用时充电枪无法拔出，系统进入待机模式，等待下次的使用。
通过以上工作流程可知，充电桩在充电或者待机模式下，充电枪均无法拔出，并且在使用者需要中止充电时，需要先进行登陆确认，之后充电枪才可拔出。此发明实现了充电桩充电枪自动锁定功能,解决了充电枪被盗、充电过程中被他人使用、使用者急于停止充电可能导致的卡内余额浪费或被他人使用的问题以及断电不能锁定的问题,并且智能锁止装置在每种状态下均不需要能量来维持，可有效节能，提高了充电桩的安全性能，保护了使用者的权益。
附图说明
图1为一种充电桩的充电枪智能锁止装置结构示意图。
图2为车辆/供电插座结构示意图。
图3为充电枪智能锁止装置处于自由状态时的局部放大图。
图4为充电枪智能锁止装置处于锁止状态时的局部放大图。
图5为充电桩的充电枪智能锁止装置控制流程图。
图中：机械锁(1)，机械锁旋转轴(2)，回位弹簧座圈(3)，弹簧(4)，弹簧导向部分(5)，凸轮旋转轴(6)，特殊型线凸轮(7)，充电枪(8)，球面挺柱(9)，挺柱导管(10)，凹槽1(11)，凹槽2(12)。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步说明本发明专利的具体实施方式。
图1为一种充电桩的充电枪智能锁止装置结构示意图。该充电枪智能锁止装置由机械锁(1)，机械锁旋转轴(2)，回位弹簧座圈(3)，弹簧(4)，弹簧导向部分(5)，凸轮旋转轴(6)，特殊型线凸轮(7)，充电枪，球面挺柱(9)，挺柱导管(10)，凹槽1(11)，凹槽2(12)和步进式电动机组成，智能锁止装置由充电桩控制系统控制，凸轮旋转轴由步进式电动机驱动。
图2为车辆/供电插座结构示意图。参照国标《电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口》和《电动汽车传导充电用连接装置第2部分：交流充电接口》，该示意图简要的说明了车辆/供电插座的结构以及机械锁口的位置，机械锁通过机械锁口卡死，约束充电枪的移动。该示意图中未画出充电插头触头具体布置，因为对于交流充电接口和直流充电接口，内部的充电插头触头的位置和尺寸均不同，需要根据充电桩的种类进行选择和布置。
图3为充电枪智能锁止装置处于自由状态时的局部放大图，图4为充电枪智能锁止装置处于锁止状态时的局部放大图。充电桩的充电枪智能锁止装置由充电桩控制系统控制，锁止装置处于自由或锁止状态时，其特殊的结构形式决定了特殊型线凸轮(7)无法自由旋转，保证了机械锁(1)的状态维持，机械锁(1)处于每种状态下均不需要能量维持。当机械锁(1)的状态需要发生变化时，由充电桩控制系统发出脉冲信号，触发特殊型线凸轮(7)旋转，完成状态的转变，具体工作方式如下：
1)由图4可知，当机械锁(1)处于锁止状态时，球面挺柱(9)处于凹槽2(12)的位置，充电桩控制系统发出脉冲信号给步进式电动机，步进式电动机驱动特殊型线凸轮(7)旋转45°，使得球面挺柱(9)从凹槽2(12)的位置运动到凹槽1(11)的位置，球面挺柱(9)回落，机械锁(1)恢复自由状态，如图3所示，可手动打开。
2)由图3可知，当机械锁(1)处于自由状态时，球面挺柱(9)处于凹槽1(11)的位置，当充电桩控制系统发出脉冲信号给步进式电动机时，步进式电动机驱动特殊型线凸轮(7)旋转45°，使得球面挺柱(9)从凹槽1(11)的位置运动到凹槽2(12)的位置，球面挺柱(9)升起顶住机械锁(1)，机械锁(1)变为锁止状态，如图4所示，不可手动打开。
图5为充电桩的充电枪智能锁止装置控制流程图。该发明中的锁止装置安装在充电枪内，在充电桩给电动车充电的过程中，具体的工作流程如下：
a)使用者登陆充电桩使用系统，充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪插入到车辆供电插座中，对电动车进行充电；
b)使用者确认充电后，充电桩检测系统检测充电是否准备就绪，当确认准备就绪时，电桩开始充电，并且充电桩控制系统发出脉冲信号，使得机械锁(1)由自由状态变为锁止状态，从而保证充电过程中充电枪无法拔出。
c)当达到使用者设定的充电结束条件时，充电桩控制系统开始周期发送“充电桩中止充电报文”，并控制充电桩停止充电，同时充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪完成充电。
d)当充电过程未达到使用者充电前设定的充电结束条件时，但使用者需要中止充电时，系统提示使用者进行登陆，当登陆确认后并且实施了停止充电指令后，充电桩控制系统开始周期发送“充电桩中止充电报文”，并控制充电桩停止充电，充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪完成充电；在使用者需要中途停止充电情况下，如果使用者不进行登录确认，机械锁(1)处于锁止状态，充电枪无法拔出。
e)使用者停止充电后，系统语音提示将充电枪放回桩内，充电桩检测系统检测到充电枪放回桩内后，充电桩控制系统发出脉冲信号，使得机械锁(1)由自由状态变为锁止状态，从而保证在无人使用时充电枪无法拔出，系统进入待机模式，等待下次的使用。

Claims (10)

1.一种充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，该充电枪智能锁止装置由机械锁(1)，机械锁旋转轴(2)，回位弹簧座圈(3)，回位弹簧(4)，弹簧导向部分(5)，凸轮旋转轴(6)，特殊型线凸轮(7)，充电枪(8)，球面挺柱(9)，挺柱导管(10)，凹槽1(11)，凹槽2(12)和步进式电动机组成，智能锁止装置由充电桩控制系统控制，凸轮旋转轴由步进式电动机驱动。
2.根据权利要求1所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，机械锁(1)通过机械锁旋转轴(2)固定在充电枪上，机械锁(1)以旋转轴为中心旋转，在机械锁(1)靠近手柄一侧设置有回位弹簧座圈(3)，起到固定弹簧(4)的作用；机械锁要求具有一定的刚度和强度，保证在工作过程中不易发生形变，且具有耐磨特性；在直流式充电枪中，受充电枪空间限制，将机械锁(1)置于充电枪外；在交流式充电枪中，将机械锁(1)置于充电枪内，同时在机械锁(1)的回位弹簧座圈(3)中心线位置处，与回位弹簧座圈(3)相对应的机械锁(1)另一侧设置有开关阀，使得机械锁(1)在自由状态时能够手动的打开和关闭。
3.根据权利要求1所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，弹簧(4)由回位弹簧座圈(3)和弹簧导向部分(5)两部分进行位移约束与导向作用，其中回位弹簧座圈(3)固定在机械锁(1)上，起到约束弹簧(4)纵向位移的作用；弹簧导向部分(5)呈圆筒状，其内径大于弹簧(4)的外径，起到约束弹簧(4)横向位移的作用，弹簧导向部分(5)一端固定在充电枪内壁上，另一端设置有圆环体，圆环体内径小于弹簧(4)内径，与挺柱导管(10)的外径相同，约束弹簧(4)的纵向位移，同时还能满足球面挺柱(9)的上下移动；弹簧(4)的最大压缩量要大于球面挺柱(9)的最大升程。
4.根据权利要求1所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，球面挺柱(9)由两部分组成，一部分为圆柱体，另一部分为半球体，两部分连接在一起；圆柱体和半球体的内径相同，同时小于弹簧(4)的内径，在圆环体和球面挺柱(9)间装配有挺柱导管(10)，约束球面挺柱(9)相对横向位移；球面挺柱(9)和回位弹簧座圈(3)之间留有一定的距离，通过挺柱导管(10)和特殊型线凸轮(7)约束引导球面挺柱(9)的移动。
5.根据权利要求1所述的充电桩的充电枪智能锁止装置，其特征在于，特殊型线凸轮(7)以凸轮旋转轴(6)为中心旋转，特殊型线凸轮(7)是中心对称图形，其有两种凹槽，凹槽1(11)和凹槽2(12)，凹槽1(11)和凹槽2(12)之间采用圆滑过渡；凹槽部分的曲率半径大于球面挺柱(9)半径；凹槽到旋转中心的距离不同，两种凹槽到旋转中心的距离差值和球面挺柱(9)与回位弹簧座圈(3)之间的距离相同，球面挺柱(9)处于凹槽1(11)位置时，球面挺柱(9)与机械手柄间有最大间距，且机械锁(1)处于自由状态，可手动打开机械锁(1)；当球面挺柱(9)处于凹槽2(12)的位置时，机械锁(1)处于紧固锁止状态，手动无法直接打开机械锁(1)。
6.一种充电桩的充电枪智能锁止装置的控制方法，其特征在于，特殊型线凸轮(7)在无脉冲信号触发时，不可旋转；智能锁止装置工作过程中不需要能量维持，由脉冲信号触发；机械锁(1)处于锁止状态时，球面挺柱(9)处于凹槽2(12)的位置，当充电桩控制系统发出脉冲信号给步进式电动机时，步进式电动机驱动特殊型线凸轮(7)旋转45°，使得球面挺柱(9)从凹槽2(12)的位置运动到凹槽1(11)的位置，球面挺柱(9)回落，机械锁(1)恢复自由状态，可手动打开；机械锁(1)处于自由状态时，球面挺柱(9)处于凹槽1(11)的位置，当充电桩控制系统发出脉冲信号给步进式电动机时，步进式电动机驱动特殊型线凸轮(7)旋转45°，使得球面挺柱(9)从凹槽1(11)的位置运动到凹槽2(12)的位置，球面挺柱(9)升起顶住机械锁(1)，机械锁(1)处于锁止状态，不可手动打开。
7.根据权利要求6所述的一种充电桩的充电枪智能锁止装置的控制方法，其特征在于，当使用者需要用充电桩给电动车充电时，使用者登陆充电桩使用系统，充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，需手动拔出充电枪插入到车辆供电插座中对电动车进行充电；当使用者确认充电后，充电桩检测系统检测充电是否准备就绪，当确认准备就绪时，充电桩开始充电，并且充电桩控制系统发出脉冲信号，使得机械锁(1)由自由状态变为锁止状态，从而保证充电过程中充电枪无法拔出。
8.根据权利要求6所述的一种充电桩的充电枪智能锁止装置的控制方法，其特征在于，当达到使用者设定的充电结束条件时，充电桩控制系统开始周期发送“充电桩中止充电报文”，并控制充电桩停止充电，同时充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪完成充电。
9.根据权利要求6所述的一种充电桩的充电枪智能锁止装置的控制方法，其特征在于，当充电过程未达到使用者充电前设定的充电结束条件时，但使用者需要中止充电时，系统提示使用者进行登陆，当确认登陆及实施了停止充电指令后，充电桩控制系统开始周期发送“充电桩中止充电报文”，并控制充电桩停止充电，充电桩控制系统发出脉冲信号，控制机械锁(1)由锁止状态变为自由状态，手动拔出充电枪完成充电；当使用者不进行登录确认时，机械锁(1)处于锁止状态，充电枪无法拔出。
10.根据权利要求6所述的一种充电桩的充电枪智能锁止装置的控制方法，其特征在于，当使用者停止充电后，系统语音提示将充电枪放回桩内，充电桩检测系统检测到充电枪放回桩内后，充电桩控制系统发出脉冲信号，使得机械锁(1)由自由状态变为锁止状态，从而保证在无人使用时充电枪无法拔出，系统进入待机模式，等待下次的使用。
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