CN107994370A - 智能接触盘装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力电池充电装置和方法。一种智能接触盘装置，包括集电盘（1）和受电盘（3），受电盘位于车载侧，集电盘位于充电设备侧，集电盘安装于机器人装置的机械臂（2）顶部；受电盘和集电盘上均包括四个触点，即：高压正端（11、31）、高压负端（12、32）、接地端（13、33）和控制端（14、34），集电盘上装有吸合线圈（15）、接近传感器（16）和温度传感器（17），集电盘中心部为吸合线圈，四周分布四个触点，温度传感器设置于高压正端和高压负端上，接近传感器安装于四个触点的空隙处；对应的受电盘中心部为吸合衔铁（35），四周分布为四个触点，接近传感器感应板（36）位于四个触点的空隙处；受电盘上还装有定位标志（37）。

Description

智能接触盘装置和控制方法

技术领域

本发明涉及一种动力电池充电装置和方法，尤其涉及一种智能接触盘装置和控制方法，用于新能源车快速充电过程中的车辆与地面充电设备之间的电量传输的接口装置和控制方法。

背景技术

中国新能源车发展已有一定的规模，且国家已确定为重大战略发展规划。经过多年的发展，充电设施技术基本停留在传统的充电方式上，只是不断地扩大规模，充电方式一般是以充电枪慢充为主，充电电流在100A（小车在60A左右），充电时间在8～12小时，利用夜间低谷电充电，并且需有专人值班操作和管理。

随着车载动力电池技术的提升，大电流充电已开始应用，快充技术迅猛发展。目前普遍采用充电枪充电，充电枪额定电流最大为250A，要实现快充必须要两枪并充，充电电流提高到500A，充电时间缩短至5～15分钟，充电站24小时运作，还需要人工频繁操作和管理。由于充电电流的提高，相应的问题有逐渐体现出来，如充电插枪、座发热，触点沾灰接触不良等，造成维修保养要求提高。接插的充电方式逐渐被大电流受电弓装置所取代，以达到快速安全充电的目的。

受电弓的充电方式改变了充电枪大电流操作的弊端，直接两板（或四板）相对接，对接触精度要求不高，驾驶员只要注意停车位置即可，只适用于大客车。受电弓的充电方式主要为上升式充电和下降式充电，但无论是上升式充电还是下降式充电方式，一个共同的的特点是，必须在指定的车位充电，受电弓只是机械地上下运动。为了增加对接的成功率，普遍采用加大受电弓面积的方法。这类充电方式，只适用于大客车充电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能接触盘装置和控制方法，该接触盘装置吸合可靠，能确保大电流通过，适应新能源车快速充电。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能接触盘装置，包括集电盘和受电盘，所述受电盘位于车载侧，集电盘位于充电设备侧，充电设备安装于地面上，集电盘安装于机器人装置的机械臂顶部；

所述受电盘和集电盘上均包括四个触点，即：高压正端、高压负端、接地端和控制端，所述集电盘上装有吸合线圈、接近传感器和温度传感器，受电盘上配有吸合衔铁、接近传感器感应板；

所述集电盘中心部为吸合线圈，四周分布为四个触点，温度传感器设置于高压正端和高压负端上，接近传感器安装于四个触点的空隙处；对应的受电盘中心部为吸合衔铁，四周分布为四个触点，接近传感器感应板位于四个触点的空隙处，并与集电盘上的接近传感器位置相对应；

集电盘上的高压正端、高压负端、接地端、控制端接快速充电设备，吸合线圈、接近传感器和温度传感器输出端接控制器，控制器连接快速充电设备。

所述受电盘和集电盘为盘状，吸合线圈位于集电盘中心部，相应受电盘的中心部为吸合衔铁；高压正端、接地端、高压负端、控制端分别位于同一圆周上且依次均布，即相互之间相差90度。

所述受电盘还包括定位标定，定位标志设置于受电盘上，定位标志位于触点空隙处。所述定位标志为三个，分散设置于四个触点空隙处。

一种智能接触盘控制方法，其步骤是：

第一，当装有受电盘的汽车停在充电设备旁，由机器人的机械臂控制的集电盘根据受电盘上的定位标志，带动集电盘迅速接近、对准受电盘；

第二，机械臂带动集电盘逐渐进行移动接触，当集电盘上的接近传感器与受电盘上接近传感器感应板达到一定距离时，集电盘上的接近传感器发出信号，控制器控制集电盘上吸合线圈通电，吸合线圈与受电盘的吸合衔铁吸合，将集电盘与受电盘牢牢吸合；

第三，集电盘与受电盘上的高压正端、高压负端、接地端和控制端的四个触点分别对应并相互接触和连接；

第四，控制器将集电盘与受电盘吸合信息发送至快速充电设备，快速充电设备接受允许充电命令后，将高压电通过高压正端、高压负端输入至受电盘进行充电；

第五，集电盘上的高压正端和高压负端设有温度传感器，在充电过程中，控制器监控触点温度上升，如温度上升达到设定值范围时，控制器控制快速充电设备做相应的充电控制策略；

第六，充电结束后，控制器接收到快速充电设备发出的充电电流为零信号后，控制器控制集电盘吸合线圈断电，集电盘与受电盘吸合解除，机器人的机械臂将集电盘迅速移开，回到原始位置。

本发明智能接触盘装置和控制方法通过地面上的机器人装置带动集电盘，与车载侧受电盘对接吸合，并检测触点温度，提供控制信号，经输入高压电后完成对车载侧动力电池快速充电。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

（1）集电盘与受电盘采用接触盘结构，两者之间吸合压力通过电磁耦合产生，吸合力大，能确保大电流通过。而现有的受电弓充电方式的受电极板是靠气缸的输出力作为触点压力。

（2）本发明智能接触盘装置中的集电盘能被机械臂送至受电盘处实现自动对接，接触盘装置体积小，受电盘可安装在各种新能源车的不同部位，如车辆顶部、车辆侧面，以及车辆底部，解决了受电盘在车辆布置中的难题。

（3）本发明智能接触盘装置可以达到全方位集电盘接触需求，集电盘和受电盘两者相接近时，自动吸合，达到触点接触压力要求。触点可根据充电电流的大小确定，如：轿车小触点，物流车中触点，大客车大触点，集卡特大触点等。

本发明智能接触盘装置结构灵巧，适应各类新能源车快速充电，也兼容常规的普通充电，在解决了大电流充电困难的瓶颈的同时，扩大新能源车的车种类型使用范围。并且本发明解决了目前的充电设备相对统一、用户对象狭窄，技术落后弊端，可取消人工频繁操作现象。

附图说明

图1为本发明智能接触盘装置结构示意图；

图2为本发明的集电盘结构示意图；

图3为本发明的受电盘结构示意图。

图中：1集电盘，2机械臂，3受电盘，4接线柱；11高压正端，12高压负端，13接地端，14控制端，15吸合线圈，16接近传感器，17温度传感器；31高压正端，32高压负端，33接地端，34控制端，35吸合衔铁，36接近传感器感应板，37定位标志。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图3，一种智能接触盘装置，是用于新能源车快速充电过程中的车辆与地面充电设备之间的电量传输接口装置，包括集电盘1和受电盘3，所述受电盘3位于车载侧，集电盘1位于充电设备侧，充电设备安装于地面上，集电盘1安装于机器人装置的机械臂2顶部。

所述集电盘1和受电盘3上均包括四个触点，即：高压正端11、31、高压负端12、32、接地端13、33和控制端14、34，所述集电盘1上装有吸合线圈15、接近传感器16和温度传感器17，受电盘3上配有吸合衔铁35、接近传感器感应板36和定位标志37。

所述受电盘3和集电盘1为盘状，该盘状可为圆形盘、方形盘、六角形盘、八角形盘等，常用的为圆盘状。所述集电盘1中心部为吸合线圈15，四周分布为四个触点，即高压正端11、接地端12、高压负端13、控制端14，并且四个触点分别位于同一圆周上且依次均布，即相互之间相差90度。温度传感器17设置于高压正端11和高压负端12上，接近传感器16安装于四个触点的空隙处。

对应的受电盘3中心部为吸合衔铁35，四周分布为四个触点，即高压正端31、接地端32、高压负端33、控制端34，并且四个触点分别位于同一圆周上且依次均布，即相互之间相差90度。接近传感器感应板36位于四个触点的空隙处，并与集电盘1上的接近传感器16位置相对应。所述定位标志37设置于受电盘3上，定位标志37位于触点空隙处。在本实施例中，定位标志37为三个，分散设置于四个触点空隙处。定位标志37为反光板，便于械器人装置的视觉捕捉装置能捕捉和定位。定位标志37也可以是其它材料制成，便于对受电盘3定位，以便于将集电盘1与受电盘3的四个端点准确定位后吸合。

集电盘1上的高压正端11、高压负端12、接地端13、控制端14经接线柱4输出接快速充电设备，吸合线圈15、接近传感器16和温度传感器17输出端接控制器，控制器连接快速充电设备。

受电盘3上的高压正端31、高压负端32、控制端34经接线柱4输出接车辆电池管理系统（BMS），接地端33经导线与车身连接。

一种智能接触盘控制方法，其步骤是：参见图1，

第一，当装有受电盘3的汽车停在充电设备旁，由机器人装置的机械臂2控制的集电盘1根据受电盘3上的定位标志37，带动集电盘1迅速接近、对准受电盘3。

第二，机械臂2带动集电盘1逐渐进行移动接触，当集电盘1上的接近传感器16与受电盘3上接近传感器感应板36达到一定距离时，集电盘1上的接近传感器36发出信号，控制器控制集电盘1上吸合线圈15通电，吸合线圈15与受电盘3的吸合衔铁35吸合，将集电盘1与受电盘3牢牢吸合。

第三，集电盘1的高压正端11、高压负端12、接地端13和控制端14的四个触点与受电盘3上的高压正端31、高压负端32、接地端33和控制端34的四个触点分别对应并相互接触和连接。

第四，控制器将集电盘1与受电盘3吸合信息发送至快速充电设备，快速充电设备接受允许充电命令后，将高压电通过高压正端11、高压负端12输入至受电盘3的高压正端31、高压负端32进行充电。集电盘1上的控制端14接电阻后接至集电盘1上接地端13，受电盘3上的控制端34接电阻后至车内电池管理系统（BMS）中的电源正端上，当集电盘1上的控制端14与受电盘3上的控制端34相接触时，形成了串联分压电路，电池管理系统（BMS）与控制器同时接受，作为电气连接信号。

第五，集电盘1上的高压正端11和高压负端12设有温度传感器17，在充电过程中，控制器监控触点温度上升，如温度上升达到设定值范围时，控制器控制快速充电设备做相应的充电控制策略。例如：最高温度值为150℃，充电时温度传感器检测到接触部分温度上升至140℃时，充电电流控制下降10%；温度上升至145℃时，充电电流控制下降20%；当温度上升至150℃时，充电电流控制下降50%；温度上升＞150℃时，持续设定的时间＞10S，且温度继续处于上升趋势，充电电流控制下降至0。

第六，充电结束后，控制器接收到快速充电设备发出的充电电流为零信号后，控制器控制集电盘1吸合线圈15断电，集电盘1与受电盘3吸合解除，机器人的机械臂2将集电盘1迅速移开，回到原始位置。

上述实施例中，本发明智能接触盘控制装置的集电盘采用的是直流充电方式，也可以采用交流充电方式。四个端点（或者称触点），即：高压正端、高压负端、接地端和控制端，其排列形式可以有所变化，但只要是集电盘与受电盘相对应即可。

本发明智能接触盘控制装置中，集电盘上装有吸合线圈，受电盘上装有吸合衔铁，两者可以互换，即：集电盘上装有吸合衔铁，受电盘上装有吸合线圈，互换后不影响集电盘与受电盘的吸合效果。

本发明智能接触盘控制装置和控制方法，当集电盘与受电盘两者相接近时，能自动吸合，达到触点紧密接触的压力要求。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能接触盘装置，其特征是：包括集电盘和受电盘，所述受电盘位于车载侧，集电盘位于充电设备侧，充电设备安装于地面上，集电盘安装于机器人装置的机械臂顶部；

所述受电盘和集电盘上均包括四个触点，即：高压正端、高压负端、接地端和控制端，所述集电盘上装有吸合线圈、接近传感器和温度传感器，受电盘上配有吸合衔铁、接近传感器感应板；

所述集电盘中心部为吸合线圈，四周分布为四个触点，温度传感器设置于高压正端和高压负端上，接近传感器安装于四个触点的空隙处；对应的受电盘中心部为吸合衔铁，四周分布为四个触点，接近传感器感应板位于四个触点的空隙处，并与集电盘上的接近传感器位置相对应；

集电盘上的高压正端、高压负端、接地端、控制端接快速充电设备，吸合线圈、接近传感器和温度传感器输出端接控制器，控制器连接快速充电设备。

2.根据权利要求1所述的智能接触盘装置，其特征是：所述受电盘和集电盘为盘状，吸合线圈位于集电盘中心部，相应受电盘的中心部为吸合衔铁；高压正端、接地端、高压负端、控制端分别位于同一圆周上且依次均布，即相互之间相差90度。

3.根据权利要求1或2所述的智能接触盘装置，其特征是：所述受电盘还包括定位标定，定位标志设置于受电盘上，定位标志位于触点空隙处。

4.根据权利要求3所述的智能接触盘装置，其特征是：所述定位标志为三个，分散设置于四个触点空隙处。

5.一种智能接触盘控制方法，其特征是：

第一，当装有受电盘的汽车停在充电设备旁，由机器人的机械臂控制的集电盘根据受电盘上的定位标志，带动集电盘迅速接近、对准受电盘；

第二，机械臂带动集电盘逐渐进行移动接触，当集电盘上的接近传感器与受电盘上接近传感器感应板达到一定距离时，集电盘上的接近传感器发出信号，控制器控制集电盘上吸合线圈通电，吸合线圈与受电盘的吸合衔铁吸合，将集电盘与受电盘牢牢吸合；

第三，集电盘与受电盘上的高压正端、高压负端、接地端和控制端的四个触点分别对应并相互接触和连接；

第四，控制器将集电盘与受电盘吸合信息发送至快速充电设备，快速充电设备接受允许充电命令后，将高压电通过高压正端、高压负端输入至受电盘进行充电；

第五，集电盘上的高压正端和高压负端设有温度传感器，在充电过程中，控制器监控触点温度上升，如温度上升达到设定值范围时，控制器控制快速充电设备做相应的充电控制策略；

第六，充电结束后，控制器接收到快速充电设备发出的充电电流为零信号后，控制器控制集电盘吸合线圈断电，集电盘与受电盘吸合解除，机器人的机械臂将集电盘迅速移开，回到原始位置。