CN108583361B - 一种飞行式自动连接充电装置、电动汽车及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行式自动连接充电装置，包括配合使用的充电桩和飞行式充电接头，飞行式充电接头包括飞行器，飞行器的相对的两侧面上分别设有正极板和负极板，充电桩内设有供飞行器驶入的供电接口，供电接口内设有分别与所述正极板和负极板对应的正极触头和负极触头，正极触头和负极触头通过电源线与充电桩内部的供电电源相连。本发明还公开了设置有上述飞行式充电接头的电动汽车，以及该充电汽车的充电方法。通过设计配套使用的飞行式充电接头和充电桩，可使电动汽车蓄电池与充电桩内供电电源自动连接，实现对电动汽车的自动充电，自动化程度高，用户体验极佳。

Description

一种飞行式自动连接充电装置、电动汽车及其充电方法

技术领域

本发明属于充电技术领域，具体涉及一种飞行式自动连接充电装置、电动汽车及其充电方法。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。电动汽车可以分为纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCEV)，工作原理大致如下：蓄电池--电流--电力调节器--电动机--动力传动系统--驱动汽车行驶。为满足充电需求，在沿途设有充电桩，以满足电动汽车的充电需求，然而，目前的充电方式均是通过手动将充电接头插入充电桩的充电接口上，自动化程度低。

发明内容

基于此，针对上述问题，本发明提出一种飞行式自动连接充电装置、电动汽车及其充电方法。

本发明的技术方案是：一种飞行式自动连接充电装置，包括配合使用的充电桩和飞行式充电接头，飞行式充电接头包括飞行器，飞行器的相对的两侧面上分别设有正极板和负极板，充电桩内设有供飞行器驶入的供电接口，供电接口内设有分别与所述正极板和负极板对应的正极触头和负极触头，正极触头和负极触头通过电源线与充电桩内部的供电电源相连。

可选地，所述供电接口内还设有夹紧组件，夹紧组件包括正极螺线管、正极复位弹簧、负极螺线管和负极复位弹簧；正极螺线管和负极螺线管分别设于供电接口的两侧，正极复位弹簧的一端固定于正极螺线管上，正极复位弹簧的另一端与所述正极触头连接，负极复位弹簧的一端固定于负极螺线管上，负极复位弹簧的另一端与所述负极触头连接。

可选地，所述供电接口的后侧壁上设有发光二极管。

可选地，所述飞行器的外壳为与所述供电接口适配的形状，飞行器的前侧面上设有前光电传感器和前红外线测距传感器，飞行器的后侧面上设有后光电传感器和后红外线测距传感器，飞行器的底面上设有下红外线测距传感器，飞行器内集成有ECU控制模块，前光电传感器、前红外线测距传感器、下红外线测距传感器、后光电传感器和后红外线测距传感器均与ECU控制模块通信连接。

可选地，所述充电桩内集成有充电桩控制模块，充电桩控制模块与所述ECU控制模块之间无线通信连接。

可选地，所述飞行器的侧面上设有多个通风孔。

可选地，该充电装置还包括飞行器收纳盒，飞行器收纳盒内设有所述的夹紧组件，飞行器收纳盒的后侧壁处设有电动卷线器和发光二极管，电动卷线器上缠绕有充电连接线，充电连接线的一端与所述正极板和负极板相连。

本方面还公开了一种电动汽车，车身上设有上述飞行器收纳盒，飞行器收纳盒内设有所述的飞行式充电接头。

本发明还公开了一种电动汽车的充电方法，包括以下步骤：

S1、当汽车正常驶入停车位后，检测汽车内蓄电池的蓄电量，若蓄电量低于预定值，则进入下一步；

S2、检测汽车的行驶速度，若汽车的行驶速度为零，则进入下一步；

S3、释放飞行式充电接头；

S4、控制飞行式充电接头按照预定轨迹飞行至充电桩的供电接口外；

S5、引导飞行式充电接头进入供电接口内；

S6、夹紧飞行式充电接头使其与充电桩内的正极触头和负极触头接触导通，对汽车内蓄电池进行充电；

S7、当充满电或是接收到飞回的控制命令时，控制飞行式充电接头飞回至所述飞行器收纳盒内。

本发明的有益效果是：本发明中通过设计配套使用的飞行式充电接头和充电桩，实现对需要充电的蓄电池与充电桩内供电电源的自动连接，实现对蓄电池的自动充电，自动化程度高，用户体验极佳；在电动汽车上设置飞行器收纳盒，并在飞行器收纳盒内设置飞行式充电接头，在停车位上或是沿途道路上设置充电桩，可实现对电动汽车内蓄电池的自动充电，充电时自动连接，实现对电动汽车的自动充电，满足电动汽车用户的充电需求。

附图说明

图1是飞行式自动连接充电装置的充电时的示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是飞行式充电接头的结构示意图；

图4是充电桩上供电接口的结构示意图；

图5是飞行器收纳盒的结构示意图；

图6是图3的左视图；

图7是图3的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

如图1-图7所示，一种飞行式自动连接充电装置，包括配合使用的充电桩10和飞行式充电接头，飞行式充电接头包括飞行器20，飞行器20的相对的两侧面上分别设有正极板201和负极板202，充电桩10内设有供飞行器20驶入的供电接口101，供电接口101内设有分别与所述正极板201和负极板202对应的正极触头102和负极触头103，正极触头102和负极触头103通过电源线40与充电桩10内部的供电电源相连。

其中，正极板201和负极板202与需要充电的蓄电池的两极分别电连接，飞行器20作为飞行式充电接头，其两侧设有正极板201和负极板202，需要充电时，控制飞行器20飞行进入供电接口101，正极板201与正极触头102接触导通，负极板202与负极触头103接触导通，从而使得需要充电的蓄电池与充电桩10内部的供电电源导通，对蓄电池进行充电。

所述供电接口101内还设有夹紧组件，夹紧组件包括正极螺线管104、正极复位弹簧105、负极螺线管106和负极复位弹簧107；正极螺线管104和负极螺线管106分别设于供电接口101的两侧，正极复位弹簧105的一端固定于正极螺线管104上，正极复位弹簧105的另一端与所述正极触头102连接，负极复位弹簧107的一端固定于负极螺线管106上，负极复位弹簧107的另一端与所述负极触头103连接。

为保证正极板201和负极板202分别与正极触头102和负极触头103的良好接触，在供电接口101内设置夹紧组件，夹紧组件的工作过程如下：如图4所示，不充电的情况下，正极螺线管104和负极螺线管106均处于不通电状态，当需要充电时，先对正极螺线管104和负极螺线管106通电，产生的磁场分别将正极触头102和负极触头103分别吸附，正极复位弹簧105和负极复位弹簧107被压缩，此时飞行器20即可飞行进入供电接口101内，进入后，正极螺线管104和负极螺线管106的电源被切断，产生的磁场消失，使得正极复位弹簧105和负极复位弹簧107被释放，推动正极触头102和负极触头103向中间运动，从而分别与飞行器20两侧的正极板201和负极板202紧密接触，保持正极板201与正极触头102、负极板202与负极触头103的良好接触，确保充电过程稳定进行。

所述供电接口101的后侧壁上设有发光二极管108。

所述飞行器20的外壳为与所述供电接口101适配的形状，飞行器20的前侧面上设有前光电传感器203和前红外线测距传感器206，飞行器的后侧面上设有后光电传感器和后红外线测距传感器，飞行器20的底面上设有下红外线测距传感器204，飞行器20内集成有ECU控制模块，前光电传感器203、前红外线测距传感器206、下红外线测距传感器204、后光电传感器和后红外线测距传感器均与ECU控制模块通信连接。

充电桩10与停车位之间的相对位置是固定的，理想情况下，只要停车位置准确，飞行器20沿固定飞行路线即可准确找到充电桩10上的供电接口101，但由于驾驶员的技术水平不同，停车位置不可能非常准确，且由于空间场所的限制，各停车位的空间大小也并非完全一致，并且各种车型的体型也不一致，因而需要对飞行路线进行微调以确保飞行器20准确飞行进入供电接口101内。

飞行的具体过程如下：为方便描述，如图2所示，以飞行器收纳盒30为原点建立坐标系，飞行器20离开飞行器收纳盒30后，下红外线测距传感器204开始工作，实时测量飞行器20距离地面的高度，并将测试数据发送至ECU控制模块，ECU控制模块判断飞行器20是否与供电接口101在同一高度，若不是，则调整飞行器20的高度，使其与供电接口101在同一高度，处于同一高度后，控制飞行器20沿y轴负方向运动，当光电传感器203接收到发光二极管108发出的信号后，停止沿负y方向运动，接着向正x方向运动，直至飞行器20进入供电接口101内，在向正x方向运动的过程中，飞行器20上的前红外线测距传感器206实时测试与供电接口101的距离，当测得与供电接口101的距离为零时(默认设置当飞行器20完全进入供电接口101时，前红外线测距传感器206测得的数据为零)，控制飞行器20停止飞行。

所述充电桩内集成有充电桩控制模块，充电桩控制模块与所述ECU控制模块之间无线通信连接，本实施例中，充电桩控制模块与ECU控制模块之间通过蓝牙或是无线WIFI的方式无线通信连接，实现二者之间的数据传递。

所述飞行器20的侧面上设有多个通风孔205。通风孔205的设置，方便散热和为飞行器20飞行提供正常的气流通道。

本实施例中，飞行器收纳盒30内设有所述的夹紧组件，飞行器收纳盒30的后侧壁处设有电动卷线器301和发光二极管303，电动卷线器301上缠绕有充电连接线302，充电连接线302的一端与所述正极板201和负极板202相连。

其中，电动汽车蓄电池的正负极通过充电连接线302分别与正极板201和负极板202相连，充电连接线302缠绕在电动卷线器301上，但充电连接线302自身具有一定硬度，不充电时，飞行器20被收纳于飞行器收纳盒30内；当需要充电时，电动卷线器301工作释放充电连接线302，由于充电连接线302具有一定硬度，在充电连接线302的作用下，飞行器20被向外推出，同时下红外线测距传感器204开始工作，当下红外线测距传感器204的测试数据不为零时(当飞行器20在飞行器收纳盒30内时，默认红外线测距传感器207测得的数据为零)，说明飞行器20有大部分机身位于飞行器收纳盒30外，此时可以控制飞行器20的桨叶210开始工作，保持飞行器20处于悬停状态，充电连接线302继续释放推动飞行器20向外运动直至飞行器20完全脱离飞行器收纳盒30，此时飞行器20保持悬停于飞行器收纳盒30外，然后完全释放充电连接线302。

进一步地，为了将飞行器20夹紧在飞行器收纳盒30内，在飞行器收纳盒30设置了与供电接口101内相同的夹紧组件，工作原理类似：如图5所示，不充电时，正极螺线管104a和负极螺线管106a均处于不通电状态，正极复位弹簧105a和负极复位弹簧107a处于伸长状态，使得飞行器20被夹紧在正极触头102a和负极触头103a之间；当需要充电时，先对正极螺线管104a和负极螺线管106a通电，产生的磁场分别将正极触头102和负极触头103分别吸附，正极复位弹簧105和负极复位弹簧107被压缩，此时飞行器20被释放，即可自由移动。

本方面还公开了一种电动汽车，车身上设有上述飞行器收纳盒30，飞行器收纳盒30内设有所述的飞行式充电接头。

本发明还公开了一种电动汽车的充电方法，包括以下步骤：

S1、当汽车正常驶入停车位后，检测汽车内蓄电池的蓄电量，若蓄电量低于预定值，则进入下一步；

S2、检测汽车的行驶速度，若汽车的行驶速度为零，则进入下一步；

S3、释放飞行式充电接头；

S4、控制飞行式充电接头按照预定轨迹飞行至充电桩10的供电接口外；

S5、引导飞行式充电接头进入供电接口101内；

S6、夹紧飞行式充电接头使其与充电桩10内的正极触头102和负极触头103接触导通，对汽车内蓄电池进行充电；

S7、当充满电或是接收到飞回的控制命令时，控制飞行式充电接头飞回至所述飞行器收纳盒内30内。

当电动汽车进入设有充电桩10的停车位后，自动检测汽车内的蓄电池是否电量较低需要充电，若是，则控制飞行器20按照上述过程工作进行充电，实现对电动汽车蓄电池的全自动化管理，自动化程度高，用户体验极佳。需要说明的是，本发明中，飞行器20的飞行结构采用现有的设计，在此不再赘述；充电桩10上设有触摸显示屏109，用于显示充电数据以及手动操作控制等。

最后，对整个充电过程进行一个完整过程的阐述：

飞行器收纳盒30设置于电动汽车的车身中，飞行器20作为一个飞行式充电接头，收纳于飞行器收纳盒30中，飞行器20两侧的正极板201和负极板202通过充电连接线302与电动汽车内蓄电池的正负极相连，充电桩10设于停车位的固定位置。

当需要充电时，ECU控制模块控制正极螺线管104a和负极螺线管106a通电将正极触头102a和负极触头103a吸附，释放飞行器20，并控制电动卷线器301工作释放充电连接线302，充电连接线302将飞行器20向外推，同时下红外线测距传感器204开始工作，当下红外线测距传感器204的测试数据不为零时，说明飞行器20有大部分机身位于飞行器收纳盒30外，此时可以控制飞行器20的桨叶210开始工作，保持飞行器20处于悬停状态，充电连接线302继续释放推动飞行器20向外运动直至飞行器20完全脱离飞行器收纳盒30，此时飞行器20保持悬停于飞行器收纳盒30外，然后完全释放充电连接线302。

接着，下红外线测距传感器204继续工作，实时测量飞行器20距离地面的高度，并将测试数据发送至ECU控制模块，ECU控制模块判断飞行器20是否与供电接口101在同一高度，若不是，则调整飞行器20的高度，使其与供电接口101在同一高度，处于同一高度后，控制飞行器20沿y轴负方向运动，同时ECU控制模块发送信号至充电桩10的控制模块，该控制模块控制发光二极管108点亮发出光信号，当飞行器20上的光电传感器203接收到发光二极管108发出的信号后，停止沿负y方向运动，接着向正x方向运动。

在飞行器20向正x方向运动运动的过程中，充电桩10内的控制模块控制供电接口101内的正极螺线管104和负极螺线管106通电，产生的磁场分别将正极触头102和负极触头103分别吸附，正极复位弹簧105和负极复位弹簧107被压缩，飞行器20继续沿着正x方向运动即可飞行进入供电接口101内，在向正x方向运动的过程中，飞行器20上的前红外线测距传感器206实时测试与供电接口101的距离，当测得与供电接口101的距离为零时(默认设置当飞行器20完全进入供电接口101时，前红外线测距传感器206测得的数据为零)，控制飞行器20停止飞行；进入供电接口101后，正极螺线管104和负极螺线管106的电源被切断，产生的磁场消失，使得正极复位弹簧105和负极复位弹簧107被释放，推动正极触头102和负极触头103向中间运动，从而分别与飞行器20两侧的正极板201和负极板202紧密接触，使得电动汽车内的蓄电池与充电桩10内的供电电源导通，即可进行充电。

当充满电后，控制飞行器20返回飞行器收纳盒30内，返回的过程如下：充电桩10内的控制模块再次控制供电接口101内的正极螺线管104和负极螺线管106通电，产生的磁场分别将正极触头102和负极触头103分别吸附，正极复位弹簧105和负极复位弹簧107被压缩，释放飞行器20，接着控制飞行器20飞行脱离供电接口101，飞行器20完全脱离飞行器收纳盒30后，接着控制飞行器20向正Y方向飞行，此过程中，飞行器收纳盒30后侧壁上的发光二极管303被点亮发出光信号，当飞行器20后侧面上的光电传感器接收到该光信号后，停止飞行保持悬停状态，接着再控制电动卷线器301收线(电动卷线器301由步进电机带动控制，步进电机正反转时可分别实现放线和收线)，在充电连接线302的拉力作用下，飞行器20返回至飞行器收纳盒30内，返回过程中，飞行器20后侧面上的后红外线测距传感器实时测试飞行器20与飞行器收纳盒30的距离，当线收完后，飞行器20也刚好完全收纳至飞行器收纳盒30，此时，后红外线测距传感器测得的数据也刚好为零(默认设置当飞行器20完全收纳至飞行器收纳盒30时，后红外线测距传感器测得的数据为零)，若此时测得的数据不为零，则说明发生故障，收纳盒30或是充电桩10上设置有报警器，控制报警器发出报警。

在控制飞行器20飞行脱离供电接口101时，先控制飞行器20向上飞行使飞行器20悬停于供电接口101内，再控制飞行器20向负X方向飞行脱离供电接口101，当然，为使得飞行器20能够在供电接口101内正常飞行，供电接口101的尺寸比飞行器20稍大，但也不能过大，以防止飞行器20不能被正极触头102和负极触头103夹紧。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种飞行式自动连接充电装置，其特征在于：包括配合使用的充电桩和飞行式充电接头，飞行式充电接头包括飞行器，飞行器的相对的两侧面上分别设有正极板和负极板，充电桩内设有供飞行器驶入的供电接口，供电接口内设有分别与所述正极板和负极板对应的正极触头和负极触头，正极触头和负极触头通过电源线与充电桩内部的供电电源相连；

所述供电接口内还设有夹紧组件，夹紧组件包括正极螺线管、正极复位弹簧、负极螺线管和负极复位弹簧；正极螺线管和负极螺线管分别设于供电接口的两侧，正极复位弹簧的一端固定于正极螺线管上，正极复位弹簧的另一端与所述正极触头连接，负极复位弹簧的一端固定于负极螺线管上，负极复位弹簧的另一端与所述负极触头连接；

所述飞行器的外壳为与所述供电接口适配的形状，飞行器的前侧面上设有前光电传感器和前红外线测距传感器，飞行器的底面上设有下红外线测距传感器，飞行器内集成有ECU控制模块，前光电传感器、前红外线测距传感器以及下红外线测距传感器均与ECU控制模块通信连接；

该充电装置还包括飞行器收纳盒，飞行器收纳盒内设有所述的夹紧组件，飞行器收纳盒的后侧壁处设有电动卷线器和发光二极管，电动卷线器上缠绕有充电连接线，充电连接线的一端与所述正极板和负极板相连；

所述飞行式充电接头能够按照预定轨迹飞行至充电桩的供电接口外；

当需要充电时，电动卷线器工作释放充电连接线，充电连接线具有一定硬度，在充电连接线的作用下，飞行器被向外推出，同时下红外线测距传感器开始工作；当飞行器在飞行器收纳盒内时，默认红外线测距传感器测得的数据为零，当下红外线测距传感器的测试数据不为零时，则飞行器有大部分机身位于飞行器收纳盒外，此时控制飞行器的桨叶开始工作，保持飞行器处于悬停状态，充电连接线继续释放推动飞行器向外运动直至飞行器完全脱离飞行器收纳盒，此时飞行器保持悬停于飞行器收纳盒外，然后完全释放充电连接线。

2.根据权利要求1所述的飞行式自动连接充电装置，其特征在于：所述供电接口的后侧壁上设有发光二极管。

3.根据权利要求1所述的飞行式自动连接充电装置，其特征在于：所述充电桩内集成有充电桩控制模块，充电桩控制模块与所述ECU控制模块之间无线通信连接。

4.根据权利要求1所述的飞行式自动连接充电装置，其特征在于：所述飞行器的侧面上设有多个通风孔。

5.一种电动汽车，其特征在于：车身上设有如权利要求1所述充电装置的飞行器收纳盒，飞行器收纳盒内设有所述的飞行式充电接头。

6.一种如权利要求5所述电动汽车的充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、当汽车正常驶入停车位后，检测汽车内蓄电池的蓄电量，若蓄电量低于预定值，则进入下一步；

S2、检测汽车的行驶速度，若汽车的行驶速度为零，则进入下一步；

S3、释放飞行式充电接头；

S4、控制飞行式充电接头按照预定轨迹飞行至充电桩的供电接口外；

S5、引导飞行式充电接头进入供电接口内；

S6、夹紧飞行式充电接头使其与充电桩内的正极触头和负极触头接触导通，对汽车内蓄电池进行充电；

S7、当充满电或是接收到飞回的控制命令时，控制飞行式充电接头飞回至所述飞行器收纳盒内。