CN108032743A - 智能快速充电系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能快速充电系统和方法。一种智能快速充电系统，包括地面侧设备和车载侧设备；车辆进入充电区域停稳后，车载无线通讯装置（13）与地面无线通讯装置（3）连接，地面控制器（2）通过机器人装置（5）的视觉捕捉控制装置（51）进行视觉图像捕捉和定位控制，将机械臂（52）顶部的集电盘（4）送至车辆受电盘（14）接近处，完成集电盘和受电盘定位吸合后，地面控制器指令车载电池管理装置（11）与地面充电设备（1）通过车载侧和地面侧无线通讯装置进行信息交换、检测，确认后充电设备上高压电按充电程序进行充电，直至充电结束；充电结束后，集电盘与受电盘之间解除吸合，机械臂将集电盘从车载受电盘处返回原位。

Description

智能快速充电系统和方法
技术领域
本发明涉及一种动力电池充电装置和方法，尤其涉及一种智能快速充电系统和方法，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装置和方法。
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。对场地和司机的操作要求比较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能快速充电系统和方法。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能快速充电系统，包括：机器人装置、无线通讯装置、接触盘装置、充电设备、地面控制器，接触盘装置包括集电盘和受电盘；
地面侧包括：充电设备、地面控制器、地面无线通讯装置、集电盘、机器人装置，地面控制器连接控制充电设备、地面无线通讯装置、集电盘和机器人装置，充电设备连接集电盘，机器人装置包括视觉捕捉控制装置和机械臂，机械臂顶部连接集电盘；
车载侧包括：车载无线通讯装置、受电盘、电池管理系统和车辆控制模块，车辆控制模块连接控制电池管理系统，电池管理系统连接控制车载无线通讯装置和受电盘；
车辆进入充电区域，车载无线通讯装置与地面无线通讯装置连接，汽车停稳后，车辆发出“充电请求”，地面控制器通过机器人装置的视觉捕捉控制装置进行视觉图像捕捉和定位控制，将机械臂顶部的集电盘送至车辆受电盘接近处，并将集电盘对准车载受电盘，通过接触盘装置完成集电盘和受电盘定位吸合后，地面控制器指令车载电池管理装置BMS与地面充电设备通过车载侧和地面侧无线通讯装置进行握手、信息交换、检测，确认后充电设备接上高压电按充电程序进行充电，直至充电结束；充电结束后，地面控制器控制充电设备高压电回零、断电，随后地面控制器控制低压断电，集电盘与受电盘之间解除吸合，机械臂将集电盘从车载受电盘处返回原位。
所述无线通讯装置为CAN-WiFi通讯装置，或CAN-Wifi+斩波通讯装置。
一种智能快速充电方法，其步骤是：
第一，车辆进入充电区域，车载无线通讯装置与地面无线通讯装置自动连接，将信号输送至地面控制器，地面控制器识别车辆信息，并调取该车辆数据档案；
第二，车辆停稳后准备充电，车辆司机操作充电开关，发出“请求充电”信号，车辆受电盘防护罩打开，由车辆控制模块判断，通过车载无线通讯装置发出“允许充电”信号；
第三，地面无线通讯装置收到“允许充电”信号后传至地面控制器，地面控制器控制机器人装置，机器人装置通过视频识别技术，根据车辆位置和姿态自动调整机械臂的位置和姿态，将集电盘对准车载受电盘，根据受电盘上的定位标志，快速对接、接触，接触后接近传感器发出信号，控制集电盘上吸合线圈通电，将集电盘与受电盘牢牢吸合；
第四，完成集电盘和受电盘定位吸合后，地面控制器指令车载电池管理装置BMS与地面充电设备通过车载侧和地面侧无线通讯装置进行握手、信息交换、检测，确认后充电设备上高压电按充电程序进行充电，直至充电结束；
第五，充电结束后，地面控制器收到结束充电请求信号后，控制充电设备高压电回零、断电，随后控制低压断电，集电盘与受电盘之间解除吸合，控制机械臂将集电盘从车载受电盘处返回原位，等待下一次充电；
第六，司机操作充电开关复位，受电盘防护罩被控制关闭，本次充电过程结束，车辆离开充电车位。
所述步骤一中，若该车辆第一次进入充电区域，则地面控制器对该车辆建立数据档案并保存。
所述步骤四中，充电方式采用直流高压充电。
本发明智能快速充电系统和智能快速充电方法首先采用无线通讯装置通过无线通讯如CAN-WiFi通讯或CAN-Wifi+斩波通讯将地面充电设备与车载侧设备建立联系，再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，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）对车辆充电停位没有较大限制，只要在机器人装置工作范围之内。
（2）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。
（3）高压大电流快速充电，能大幅缩短充电时间。能与传统燃油车加油时间基本保持一致，同时也能满足电动汽车续航里程400～500公里的快速补电要求。
（4）本发明智能快速充电系统可以达到全方位集电盘接触需求，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。
（5）本发明智能快速充电系统可以根据整车类型、停车位置、停放姿态和受电盘在整车上的安装位置自动调整机械臂的位置和姿态，实现智能对接和智能管理；同时，该智能快速充电系统也可以满足普通充电方式的使用要求，进行常规电流的充电。
本发明智能快速充电系统和智能快速充电方法解决了目前新能源车充电设施庞大、投资资金高，基建改造困难等问题，同时改善了车辆场地停放、减少人工管理、减少充电时间；同时也解决了新能源车充电难的瓶颈。
附图说明
图1为本发明智能快速充电系统结构示意图；
图2为本发明智能快速充电系统控制示意图（车顶充电）；
图3为本发明智能快速充电系统控制示意图（车侧充电）；
图4为本发明智能快速充电系统控制示意图（车底充电）；
图5a结合图5b为本发明智能快速充电方法流程图,其中图5b接着图5a。
图中：1充电设备，2地面控制器，3地面无线通讯装置，4集电盘，5机器人装置，21车辆数据库，51视觉捕捉控制装置，52机械臂，511远镜摄像机，512近镜摄像机；
11电池管理系统（BMS），12车辆控制模块，13车载无线通讯装置，14受电盘，15受电盘防护罩。
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和图2，一种智能快速充电系统，是用于新能源车快速充电控制技术，包括：机器人装置5、无线通讯装置、接触盘装置、充电设备1、地面控制器2，接触盘装置包括集电盘4和受电盘14；
地面侧包括：充电设备1、地面控制器2、地面无线通讯装置3、集电盘4、机器人装置5，地面控制器2连接控制充电设备1、地面无线通讯装置3、集电盘4和机器人装置5，充电设备1连接集电盘4，机器人装置5包括视觉捕捉控制装置51和机械臂52，机械臂52顶部连接集电盘4。
车载侧包括：车载无线通讯装置13、受电盘14、电池管理系统（BMS）11和车辆控制模块12，车辆控制模块12连接控制电池管理系统11，电池管理系统11连接控制车载无线通讯装置13和受电盘14。
所述无线通讯装置为CAN-WiFi通讯装置，或CAN-Wifi+斩波通讯装置。
所述车辆控制模块12控制受电盘防护罩15开闭，受电盘防护罩15罩住受电盘14。
车辆进入充电区域，车载无线通讯装置13与地面无线通讯装置3连接，汽车停稳后，车辆发出“充电请求”，地面控制器2通过机器人装置5的视觉捕捉控制装置51进行视觉图像捕捉和定位控制，将机械臂52顶部的集电盘4送至车辆受电盘14接近处，并将集电盘4对准车载受电盘14，通过接触盘装置完成集电盘4和受电盘14定位吸合后，地面控制器2指令车载电池管理装置（BMS）11与地面充电设备1通过车载侧无线通讯装置13和地面侧无线通讯装置3进行握手、信息交换、检测，确认后充电设备1接上高压电按充电程序进行充电，直至充电结束。充电结束后，地面控制器2控制充电设备1高压电回零、断电，随后地面控制器2控制低压断电，集电盘4与受电盘14之间解除吸合，机械臂52将集电盘4从车载受电盘14处返回原位。
当在充电的过程中有停止充电的要求，地面控制器2接到中途停止充电请求后，控制充电设备1高压电回零、断电，随后地面控制器2控制低压断电，集电盘4与受电盘14之间解除吸合，机械臂52将集电盘4从车载受电盘14处返回原位。
所述接触盘装置的集电盘4和受电盘14之间采用电磁耦合结构，即采用吸合线圈通电和吸合衔铁相吸，吸合力大。
图2所示为本发明智能快速充电系统对于车载侧的受电盘位于车辆顶部的控制示意图，即受电盘位于车辆顶部。
同样，本发明智能快速充电系统对于车载侧的受电盘位于车辆侧面也可以进行充电，其结构和工作过程同受电盘位于车辆顶的充电相同，参见图3，图3为本发明智能快速充电系统对于车载侧的受电盘位于车辆侧面的控制示意图。
本发明智能快速充电系统对于车载侧的受电盘位于车辆底部也可以进行充电，其结构和工作过程同受电盘位于车辆顶的充电基本相同，参见图4，图4为本发明智能快速充电系统对于车载侧的受电盘位于车辆底部的控制示意图。
一种智能快速充电方法，无线通讯装置采用CAN-Wifi通讯装置，其步骤是：参见图5a和图5b、图1和图2，
第一，车辆进入充电区域，车载CAN-Wifi通讯装置13与地面CAN-Wifi通讯装置3自动连接，将信号输送至地面控制器2，地面控制器2识别车辆信息，并从车辆数据库21内调取该车数据档案；若该车辆第一次进入地面控制器2，则地面控制器2对该车辆建立数据档案并将其保存在车辆数据库内。
第二，车辆停稳后准备充电，车辆司机操作充电开关，发出“请求充电”信号，车辆受电盘防护罩15也随之打开，由车辆控制模块12判断，通过车载CAN-WIFI通讯装置13发出“允许充电”信号。
第三，地面CAN-Wifi通讯装置3收到“允许充电”信号后传至地面控制器2，地面控制器2启动机器人装置5，机器人装置5通过视频识别技术，根据车辆位置和姿态自动调整机械臂52的位置和姿态，将集电盘4对准车载受电盘14，根据受电盘14上的定位标志，快速对接、接触，接触后接近传感器发出信号，控制集电盘4上吸合线圈通电，将集电盘4与受电盘14牢牢吸合。具体来说，机器人装置5通过视觉捕捉控制装置51的远镜摄像机511视觉图像捕捉和定位控制，迅速将机器人装置5的机械臂52顶部的集电盘4送至车辆受电盘14接近处，再通过近镜摄像机512视觉图像捕捉和定位控制，将集电盘4对准车载受电盘14，根据受电盘14上的定位标志，进行移动接触，达到一定距离时，集电盘4上的接近传感器发出信号，控制集电盘4上吸合线圈通电，通过集电盘4上的吸合衔铁，将集电盘4与受电盘14牢牢吸合，并达到一定压力，以确保大电流充电要求。
第四，完成集电盘4和受电盘14定位吸合后，地面控制器2指令车载电池管理装置（BMS）11与地面充电设备1通过车载侧CAN-WIFI通讯装置13和地面侧CAN-WIFI通讯装置3进行握手、信息交换、检测，确认后充电设备1上高压电按充电程序进行充电，直至充电结束。充电方式采用直流高压充电，以达到快速充电的目的。
第五，充电结束后，地面控制器2收到结束充电请求信号，控制充电设备1高压电回零、断电，随后地面控制器2控制低压断电，集电盘4与受电盘14之间解除吸合，机械臂52将集电盘4从车载受电盘14处返回原位，等待下一次充电。
第六，司机从车辆仪表上得到了结束充电请求信号后，司机操作充电开关复位，受电盘防护罩15在确认集电盘移开后自动关闭，本次充电过程结束，车辆离开充电车位。
当在充电的过程中有停止充电的要求，地面控制器2接到中途停止充电请求后，控制充电设备1高压电回零、断电，随后地面控制器2控制低压断电，集电盘4与受电盘14之间解除吸合，机械臂52将集电盘4从车载受电盘14处返回原位。司机从车辆仪表上得到了结束充电请求信号后，司机操作充电开关复位，受电盘防护罩15在确认集电盘移开后自动关闭，车辆离开充电车位。
本发明智能快速充电系统装置可以根据整车类型、停车位置、停放姿态和受电盘在整车上的安装位置自动调整机械臂的位置和姿态，实现智能对接和智能管理；同时，该智能快速充电系统也可以满足普通充电方式的使用要求，进行常规电流的充电。
在充电过程中若发生WIFI网络中断，则智能快速充电系统回到原点，重新连接，充电设备1关机，机器人装置5与接触盘装置保持原状，待网络重新连接后按流程重新开始充电。
如网络连不上，则手动启动智能快速充电系统地面控制器2结束充电流程。
本发明智能快速充电系统和智能快速充电方法首先采用无线通讯装置通过CAN-WiFi通讯或CAN-Wifi+斩波通讯，再通过接触盘装置，即集电盘与受电盘对接，完成快速充电。采用了高压大电流触点的充电方式，以达到快速充电。接触盘装置包括集电盘和受电盘，本发明中集电盘被设置于机械臂顶部，受电盘被设置于车载侧，集电盘与受电盘的位置可以相互对换，不影响快速充电。接触盘装置的集电盘既可采用直流充电方式，也可采用交流充电方式。本发明的机器人装置采用了摄像视觉捕捉定位技术，也可用其它的机械移动装置作为定位技术，实现集电盘和受电盘的对接吸合。
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)

1.一种智能快速充电系统，其特征是：包括：机器人装置、无线通讯装置、接触盘装置、充电设备、地面控制器，接触盘装置包括集电盘和受电盘；
地面侧包括：充电设备、地面控制器、地面无线通讯装置、集电盘、机器人装置，地面控制器连接控制充电设备、地面无线通讯装置、集电盘和机器人装置，充电设备连接集电盘，机器人装置包括视觉捕捉控制装置和机械臂，机械臂顶部连接集电盘；
车载侧包括：车载无线通讯装置、受电盘、电池管理系统和车辆控制模块，车辆控制模块连接控制电池管理系统，电池管理系统连接控制车载无线通讯装置和受电盘；
车辆进入充电区域，车载无线通讯装置与地面无线通讯装置连接，车辆停稳后，车辆发出“充电请求”，地面控制器通过机器人装置的视觉捕捉控制装置进行视觉图像捕捉和定位控制，将机械臂顶部的集电盘送至车辆受电盘接近处，并将集电盘对准车载受电盘，通过接触盘装置完成集电盘和受电盘定位吸合后，地面控制器指令车载电池管理装置BMS与地面充电设备通过车载侧和地面侧无线通讯装置进行握手、信息交换、检测，确认后充电设备接上高压电按充电程序进行充电，直至充电结束；充电结束后，地面控制器控制充电设备高压电回零、断电，随后地面控制器控制低压断电，集电盘与受电盘之间解除吸合，机械臂将集电盘从车载受电盘处返回原位。
2.根据权利要求1所述的智能快速充电系统，其特征是：所述无线通讯装置为CAN-WiFi通讯装置，或CAN-Wifi+斩波通讯装置。
3.一种智能快速充电方法，其特征是：
第一，车辆进入充电区域，车载无线通讯装置与地面无线通讯装置自动连接，将信号输送至地面控制器，地面控制器识别车辆信息，并调取该车辆数据档案；
第二，车辆停稳后准备充电，车辆司机操作充电开关，发出“请求充电”信号，车辆受电盘防护罩打开，由车辆控制模块判断，通过车载无线通讯装置发出“允许充电”信号；
第三，地面无线通讯装置收到“允许充电”信号后传至地面控制器，地面控制器控制机器人装置，机器人装置通过视频识别技术，根据车辆位置和姿态自动调整机械臂的位置和姿态，将集电盘对准车载受电盘，根据受电盘上的定位标志，快速对接、接触，接触后接近传感器发出信号，控制集电盘上吸合线圈通电，将集电盘与受电盘牢牢吸合；
第四，完成集电盘和受电盘定位吸合后，地面控制器指令车载电池管理装置BMS与地面充电设备通过车载侧和地面侧无线通讯装置进行握手、信息交换、检测，确认后充电设备上高压电按充电程序进行充电，直至充电结束；
第五，充电结束后，地面控制器收到结束充电请求信号后，控制充电设备高压电回零、断电，随后控制低压断电，集电盘与受电盘之间解除吸合，控制机械臂将集电盘从车载受电盘处返回原位，等待下一次充电；
第六，司机操作充电开关复位，受电盘防护罩被控制关闭，本次充电过程结束，车辆离开充电车位。
4.根据权利要求3所述的智能快速充电方法，其特征是：所述步骤一中，若该车辆第一次进入充电区域，则地面控制器对该车辆建立数据档案并保存。
5.根据权利要求3所述的智能快速充电方法，其特征是：所述步骤四中，充电方式采用直流高压充电。
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