CN108847806A - 一种单车位停车设备的蓄电池直供驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单车位停车设备的蓄电池直供驱动装置，采用变频技术、蓄电池直供驱动，主要由专用变频器、应急照明系统33以及人机界面35、设备检测系统32组成；其中，专用变频器包括蓄电池充电模块41、蓄电池42、直流升压供电模块43以及变频驱动装置，变频驱动装置充分利用变频驱动的特点，在保持小功率通用型变频器主电路基本不变的基础上作出适应性的改进，蓄电池充电模块41、蓄电池42、直流升压供电模块43技术成熟、模块化，结构简单、合理，低成本、高可靠性地实现对三相电机的变频驱动以及在市电断电情况下的设备的变频驱动及正常运行，对单车位停车设备的推广应用起到促进作用。

Description

一种单车位停车设备的蓄电池直供驱动装置

技术领域

本发明涉及机械式停车设备领域，具体涉及在单个地面车位设置的停车设备使用的采用变频技术、由蓄电池直接供电形式的驱动装置。

背景技术

随着汽车保有量的增加，停车场地不足的问题日趋明显，机械式停车设备已得到广泛应用。机械式停车设备其中有一类是单个地面车位设置的上下两层形式，包括单升降（只有单一的上层台板升降功能）、俯仰式升降（只有单一的上层台板俯仰升降功能）、下台板前移旋转横移（地面层台板前移、旋转、横移、上层台板升降）、上台板前移旋转（上层台板前移、旋转、升降）以及纵列路边横移升降（上层台板横移、升降）等形式，其主要特点是每套停车设备只占用一个地面车位，上下两层，由一个升降电机驱动或者由一个升降电机以及一个或多个移动电机分别、分时驱动，结构简单、控制简单、状态检测简单、运行过程简单，特别适合家庭或多用户共享使用，在停车设备市场上占有不可替代的地位；上述单个地面车位设置的停车设备以下一并简称为“单车位停车设备”。

目前的单车位停车设备没有采用变频驱动这一先进的三相电机驱动方式，且在停电时即处于停止运行状态、不能进行存取车操作，这些问题对客户使用单车位停车设备产生了困扰。当然，单车位停车设备的电机功率最大也就是3千瓦左右，可以在原设备的强电单元之上简单地增加安装小功率通用型变频器，通过手动操作的方式获得变频驱动；但这种做法投入相对大，且与原系统不匹配，操作不方便；为解决市电停电问题，也可以采用增加安装大功率UPS供电电源或者大功率EPS供电电源作为设备的前级电源，但这样做不但投资大幅增加，且运行功耗增加，后期维护成本也高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计出一种基于直流电源转换为变频电源的技术、应用于单车位停车设备、市电正常时通过蓄电池供电、市电停电时由蓄电池直接供电的驱动装置，一举解决实现变频驱动以及应对市电停电这两大问题。

为实现上述目的，本发明一种单车位停车设备的蓄电池直供驱动装置，其技术方案的特征在于：所述装置包括专用变频器、应急照明系统33，还包括人机界面35以及设备检测系统32。

所述专用变频器包括蓄电池充电模块41、蓄电池42、直流升压供电模块43以及变频驱动装置。

所述蓄电池充电模块41的输入端接入市电输入09接口，输出端接入所述蓄电池42的充电输入端。本发明所述技术方案所使用的蓄电池充电模块不限类型，只要是输入电压、输出电压以及工作电流等关键指标满足具体需求即可。

所述蓄电池42为可充电的直流供电电源；蓄电池42的充电输入端连接所述蓄电池充电模块41的输出端；蓄电池42的电源输出端接入所述直流升压供电模块43的输入端，连接所述变频驱动装置的控制电源模块10的输入端，连接所述设备控制系统31的电源模块的输入端，还连接所述应急照明系统33的电源的输入端。本发明所述技术方案所使用的蓄电池不限类型，只要是可充电以及电容量、工作电流等关键指标满足具体需求即可。

所述直流升压供电模块43的输入端接入所述蓄电池42的输出端，输出端接入所述变频驱动装置的制动单元04的输入端。本发明所述技术方案的变频驱动装置的直流母线由蓄电池供电，而蓄电池的输出电压通常达不到变频驱动装置的直流母线所需的直流高压，因此需要通过直流升压供电模块进行直流电压的升压转换。当前直流升压有多种成熟技术，而且有模块化的商业产品；本发明所述技术方案所使用的直流升压供电模块不限类型，只要是输入电压、输出电压以及工作电流等关键指标满足具体需求即可。

所述变频驱动装置在小功率通用型变频器的基础上作出简化以及改进，能够实现蓄电池直接供电，满足单车位停车设备在市电供电以及市电断电情况下都能够实现对三相电机进行变频驱动。

所述小功率通用型变频器的主电路包括整流单元01、上电缓冲单元02、滤波储能单元03、制动单元04、逆变单元05；所述整流单元01的主要元器件是整流二极管，能够把输入的工频交流电转变为带脉冲成分的直流电；所述上电缓冲单元02的主要元器件是限流二极管和接触器开关，使得上电瞬间整流单元01的输出经过延时缓冲、接触器开关自动上电闭合之后才向后续电路供电，起到保护作用；所述滤波储能单元03的元器件主要是滤波电容和均压二极管，使得整流单元01输出的带脉冲成分的直流电变为平缓的直流电，并向后续电路供电；所述制动单元04主要由单个IGBT管串接制动电阻的释放电路组成，该IGBT管的基极由控制电路的主控单元18根据电机制动的需要输出信号控制；所述逆变单元05主要由六个IGBT管以及辅助电路组成，这些逆变管的基极由控制电路的主控单元18根据电机运行的需要输出信号控制，某一时刻控制其中某三个IGBT导通，给电机绕组内部提供电流，产生磁场，使得电机运转，下一时刻同理不断切换，把直流电变成连续的交流电并使得电机持续运转。

所述小功率通用型变频器的控制电路包括控制电源模块10、主控单元18、检测单元、输入单元、输出单元；其中，所述控制电源模块10向控制电路的元器件提供电源；所述主控单元18包括主控芯片和外围电路，所述主控芯片是ESP电机控制专用CPU或者MPU：所述外围电路包括ROM、RAM、输入隔离及放大电路、输出隔离及放大电路；所述检测单元的输出与所述主控单元18信号连接，包括检测主电路滤波储能之后的电路电压的直流电压检测模块11、检测主电路逆变单元05前端的电路电流的直流电流检测模块12以及检测主电路逆变单元05输出的电路电压的交流电压检测模块14；所述输入单元的输出与所述主控单元18信号连接，包括接收电位器信号输出的速度信号输入模块17、接收人机界面输出的操作信号输入模块15；所述输出单元的输入与所述主控单元18信号连接，包括对主电路的各个IGBT管的基极输出控制信号的基极控制输出模块13以及外部控制输出模块19。

所述变频驱动装置在小功率通用型变频器的基础上作出简化以及改进是指：原小功率通用型变频器的主电路的改进；原小功率通用型变频器的控制电路的改进；目前单车位停车设备的设备控制电路的改进与整合。

其中，所述原小功率通用型变频器的主电路的改进是：第一，只保留所述小功率通用型变频器主电路其中的制动单元04、逆变单元05；第二，取消整流单元01、上电缓冲单元02，相关功能由蓄电池42替代；第三，取消滤波储能单元03，相关功能由直流升压供电模块43替代；第四，在蓄电池42的前端增加设置蓄电池充电模块41。

所述原小功率通用型变频器的控制电路的改进是：第一，取消所述小功率通用型变频器控制电路的输入单元其中接收电位器信号输出的速度信号输入模块17；单车位停车设备的变频驱动基于固定运行模式，其运行曲线预先设定并固化在变频驱动装置的主控单元的ROM之上，由主控单元根据具体运行状态调用；第二，取消所述小功率通用型变频器控制电路的输入单元其中的操作信号输入模块15，相关操作信号改由所述人机界面35发出。

所述目前单车位停车设备的设备控制电路的改进与整合是：

第一，取消原设备控制电路的强电单元20，原强电单元20的所有输出改为在所述变频装置的逆变单元05输出。这是因为变频装置的逆变单元05已经完全取代了原设备控制电路的强电单元20的所有功能，故原设备控制电路的强电单元20予以取消。

第二，取消取消原设备控制电路的照明系统34，改为应急照明系统33；所述应急照明系统33是指在市电断电状态下需要保持足够光亮度、在设备关键区域安装的照明系统，该应急照明系统33由所述蓄电池42供电。为尽量减轻蓄电池42的供电压力，除必要位置外，其余位置的照明应正常接入市电系统。

第三，取消原设备控制电路的设备控制系统31，设备控制系统31的相关功能整合至主控单元18。这是因为单车位停车设备的控制系统功能相对简单，整合至主控单元18具有更加简约、直接而且节省成本的优点，故原设备控制电路的设备控制系统31予以取消。

第四，保留原设备控制电路的人机界面35，所述人机界面35改为与主控单元18信号连接，由所述主控单元18操控。这是原设备控制电路的设备控制系统31的相关功能整合至主控单元18的必然结果。

第五，保留原设备控制电路的设备检测系统32，所述设备检测系统32改为与主控单元18信号连接，由所述主控单元18操控。这是原设备控制电路的设备控制系统31的相关功能整合至主控单元18的必然结果。

本发明的有益之处在于：为单车位停车设备设计出一种采用变频技术、蓄电池切换驱动的装置，用于单车位停车设备，主要由专用变频器、应急照明系统33以及人机界面35、设备检测系统32组成，其中的专用变频器包括蓄电池充电模块41、蓄电池42、直流升压供电模块43以及变频驱动装置，变频驱动装置充分利用变频驱动的特点，在保持小功率通用型变频器主电路基本不变的基础上作出适应性的改进，蓄电池充电模块41、蓄电池42、直流升压供电模块43都是技术成熟的、模块化的机电产品，结构简单、合理，低成本、高可靠性地实现对设备的三相电机的变频驱动，而且在市电断电情况下的能够确保停车设备正常运行，为用户使用单车位停车设备提供了极大的方便，对单车位停车设备的推广应用能够起到很好的促进作用。

附图说明

图1为小功率通用型变频器的原理图。图中：01整流单元；02上电缓冲单元；03滤波储能单元；04制动单元；05逆变单元；08变频输出；09市电输入；10控制电源模块；11直流电压检测模块；12直流电流检测模块；13基极控制输出模块；14交流电压检测模块；15操作信号输入模块；17速度信号输入模块；18主控单元；19外部控制输出模块。

图2是目前使用的单车位停车设备的设备控制电路的示意图。图中：09市电输入；20强电单元；21电机一；22电机二；23通断开关一；24通断开关二；31设备控制系统；32设备检测系统；34照明系统；35人机界面。

图3为本发明一种单车位停车设备的蓄电池直供驱动装置其中一个实施例的电路的示意图。图中：04制动单元；05逆变单元；08变频输出；09市电输入；10控制电源模块；11直流电压检测模块；12直流电流检测模块；13基极控制输出模块；14交流电压检测模块；18主控单元；19外部控制输出模块；21电机一；22电机二；23通断开关一；24通断开关二；31设备控制系统；32设备检测系统；33应急照明系统；35人机界面；40变频驱动电路；41蓄电池充电模块；42蓄电池；43直流升压供电模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的保护范围不限于以下所述。

图1所示为小功率通用型变频器的原理图。

图1左上方所示，为小功率通用型变频器的主电路原理图，从左到右分别是市电输入09、整流单元01、上电缓冲单元02、滤波储能单元03、制动单元04、逆变单元05以及变频输出08。

整流单元01主要元器件是整流二极管，能够把输入的工频交流电（图示为R、S、T、N三相四线的市电输入09）转变为带脉冲成分的直流电，该带脉冲成分的直流电进入滤波储能单元03；在滤波储能单元03和整流单元01之间设置有主要由限流二极管和接触器开关组成的上电缓冲单元02，使得上电瞬间整流单元01的输出经过延时缓冲、接触器开关自动上电闭合之后，才向后续电路的滤波储能单元03供电；为了满足所驱动电机的直流制动所需，在滤波储能单元03以及逆变单元05之间设置有制动单元04，通常情况下，小功率变频器的制动单元04是单个IGBT管串接制动电阻组成的电流释放电路，该IGBT管的基极由变频器控制电路的主控单元18根据所驱动电机的制动的需要，输出信号进行控制。制动单元04同时具有主电路保护作用。由于电机绕组是感性负压载，在启动和停止的瞬间会产生一个较大的反向电动势，在电路上形成反向电压，这个反向电压的能量会通过逆变单元05使得直流母线上的电压瞬间升高。当该瞬间升高的电压达到一定程度，会击穿逆变管以及整流管。当有反向高压产生时，变频器控制电路使得制动单元04的IGBT管导通，瞬间高压通过该IGBT管在制动电阻释放掉，起到保护作用。逆变单元05主要由六个IGBT管（逆变管）以及辅助电路组成，这些逆变管的基极由变频器控制电路的主控单元18根据电机运行的需要输出信号控制，某一时刻控制其中某三个IGBT导通，给电机绕组内部提供电流，产生磁场，使得电机运转，下一时刻同理不断切换，把直流电变成连续的交流电并使得电机持续运转。

图1下方所示，为小功率通用型变频器的控制电路原理图。图中可见，从市电输入09的其中一根相线T与中性线N向控制电源模块10供电。直流电压检测模块11的信号输入端接入滤波储能单元03，信号输出端接入主控单元18；直流电流检测模块12的信号输入端接入逆变单元05的前端，信号输出端接入主控单元18；交流电压检测模块14的信号输入端接入逆变单元05的输出端，信号输出端接入主控单元18。主控单元18是变频器的控制枢纽，包括主控芯片和外围电路；其中，主控芯片是ESP电机控制专用CPU或者MPU，外围电路包括ROM、RAM、输入隔离及放大电路、输出隔离及放大电路等，由控制电源模块10供电。图中可见，速度信号输入模块17（通常是电位器）、操作信号输入模块15（通常是人机界面）的信号输出接入主控单元18；主控单元18的信号输出与基极控制输出模块13信号连接，对变频器的各个IGBT管的基极进行信号输出控制；主控单元18的信号输出与外部控制输出模块19信号连接，对外输出控制信号或其他信息。

图1所示只是小功率通用型变频器的基本电路，市场产品的实际电路可能存在变化或差异，但基本原理相同。

图2所示，为目前使用的单车位停车设备的设备控制电路的示意图。图中可见：市电输入09接入强电单元20；强电单元20受设备控制系统31控制，其输出经过通断开关一23连接电机一21，经过通断开关二24连接电机二22；设备控制系统31与设备检测系统32信号连接；设备控制系统31与人机界面35信号连接；设备控制系统31的电源模块分别接入相线T与中性线N；照明系统34的电源接入相线T与中性线N。

图3所示，为本发明一种单车位停车设备的蓄电池切换驱动装置其中一个实施例的电路示意图。其中，双点画线圈示区域为变频驱动电路40。

考察图3的变频驱动电路40的上方可知：该部分电路实际上是在图1所述小功率通用型变频器的主电路作出简化以及改进之后得出。图中可见，图1所示小功率通用型变频器其中的制动单元04、逆变单元05得以保留，但整流单元01、上电缓冲单元02、滤波储能单元03已经取消，分别被蓄电池充电模块41、蓄电池42、直流升压供电模块43取代。图中可见：蓄电池充电模块41的输入端接入市电输入09的接口，输出端接入蓄电池42的充电输入端；蓄电池42的充电输入端连接蓄电池充电模块41的输出端，电源输出端接入直流升压供电模块43的输入端，连接变频驱动装置的控制电源模块10的输入端，还连接应急照明系统33的电源的输入端；直流升压供电模块43的输入端接入蓄电池42的输出端，输出端接入变频驱动装置的制动单元04的输入端；很明显，变频驱动装置的直流母线的直流电源由蓄电池42通过直流升压供电模块43提供。

考察图3的变频驱动电路40的下方部分可知：该部分电路实际上是在图1所述小功率通用型变频器的控制电路作出简化以及改进之后得出。图中可见，图1所示小功率通用型变频器其中的控制电源模块10得以保留，但是改为由蓄电池42输出供电；图1所示小功率通用型变频器其中的直流电流检测模块12、交流电压检测模块14、主控单元20、基极控制输出模块13、外部控制输出模块19均予以保留，而且信号连接方式并无改变；图1所示小功率通用型变频器其中的直流电压检测模块11得以保留，但改为检测直流升压模块43升压后的直流电电压；而图1所示小功率通用型变频器其中的速度信号输入模块17并没有保留，这是因为本发明技术方案应用于单车位停车设备的变频驱动，运行模式固定，相关运行曲线已经预先设定并固化在主控单元18的ROM之上，由主控单元18的主控芯片根据具体运行状态调用，因此，速度信号输入模块17已经多余。类似地，图1所示小功率通用型变频器其中的操作信号输入模块15也没有保留，这是因为本发明技术方案应用于单车位停车设备的变频驱动，接受用户操作的人机界面35已经取代了操作信号输入模块15，因此，操作信号输入模块15已经多余。

考察图3的变频驱动电路40之外的右侧以及下方可知：该部分电路实际上是在图2所述目前使用的单车位停车设备的设备控制电路改进、整合之后得出。图中可见，原强电单元20已经取消；原电机一21、电机二22由强电单元20输出驱动改为由变频驱动装置的逆变单元05的变频输出08驱动；通断开关一23、通断开关二24由主控单元18进行操控；原设备控制系统31取消，相关功能整合至主控单元18，人机界面35得以保留，但改为与主控单元18信号连接，由主控单元18操控；设备检测系统32得以保留，但改为与主控单元18信号连接，由主控单元18操控；照明系统34取消，改为由蓄电池42输出供电的应急照明系统33。

本实施例的运行在前已经有详细描述，这里不作赘述。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种单车位停车设备的蓄电池直供驱动装置，其特征在于：所述装置包括专用变频器、应急照明系统（33），还包括人机界面（35）以及设备检测系统（32）；

所述专用变频器包括蓄电池充电模块（41）、蓄电池（42）、直流升压供电模块（43）以及变频驱动装置；

所述蓄电池充电模块（41）的输入端接入市电输入（09）接口，输出端接入所述蓄电池（42）的充电输入端；

所述蓄电池（42）为可充电的直流供电电源；蓄电池（42）的充电输入端连接所述蓄电池充电模块（41）的输出端；蓄电池（42）的电源输出端接入所述直流升压供电模块（43）的输入端，连接所述变频驱动装置的控制电源模块（10）的输入端，连接所述设备控制系统（31）的电源模块的输入端，还连接所述应急照明系统（33）的电源的输入端；

所述直流升压供电模块（43）的输入端接入所述蓄电池（42）的输出端，输出端接入所述变频驱动装置的制动单元（04）的输入端；

所述变频驱动装置在小功率通用型变频器的基础上作出简化以及改进；

所述小功率通用型变频器的主电路包括整流单元（01）、上电缓冲单元（02）、滤波储能单元（03）、制动单元（04）、逆变单元（05）；

所述小功率通用型变频器的控制电路包括控制电源模块（10）、主控单元（18）、检测单元、输入单元、输出单元；其中，所述控制电源模块（10）向控制电路的元器件提供电源；所述主控单元（18）包括主控芯片和外围电路，所述主控芯片是ESP电机控制专用CPU或者MPU：所述外围电路包括ROM、RAM、输入隔离及放大电路、输出隔离及放大电路；所述检测单元的输出与所述主控单元（18）信号连接，包括检测主电路滤波储能之后的电路电压的直流电压检测模块（11）、检测主电路逆变单元（05）前端的电路电流的直流电流检测模块（12）以及检测主电路逆变单元（05）输出的电路电压的交流电压检测模块（14）；所述输入单元的输出与所述主控单元（18）信号连接，包括接收电位器信号输出的速度信号输入模块（17）、接收人机界面输出的操作信号输入模块（15）；所述输出单元的输入与所述主控单元（18）信号连接，包括对主电路的各个IGBT管的基极输出控制信号的基极控制输出模块（13）以及外部控制输出模块（19）；

所述变频驱动装置在小功率通用型变频器的基础上作出简化以及改进是指：原小功率通用型变频器的主电路的改进；原小功率通用型变频器的控制电路的改进；目前单车位停车设备的设备控制电路的改进与整合；

其中，所述原小功率通用型变频器的主电路的改进是：

第一，保留所述小功率通用型变频器主电路其中的制动单元（04）、逆变单元（05）；

第二，取消整流单元（01）、上电缓冲单元（02），相关功能由蓄电池（42）替代；

第三，取消滤波储能单元（03），相关功能由直流升压供电模块（43）替代；第四，在蓄电池（42）的前端增加设置蓄电池充电模块（41）；

所述原小功率通用型变频器的控制电路的改进是：

第一，取消所述小功率通用型变频器控制电路的输入单元其中接收电位器信号输出的速度信号输入模块（17）；

第二，取消所述小功率通用型变频器控制电路的输入单元其中的操作信号输入模块（15），相关操作信号改由所述人机界面（35）发出；

所述目前单车位停车设备的设备控制电路的改进与整合是：

第一，取消原设备控制电路的强电单元（20），原强电单元（20）的所有输出改为在所述变频装置的逆变单元（05）输出；

第二，取消取消原设备控制电路的照明系统（34），改为应急照明系统（33）；所述应急照明系统（33）是指在市电断电状态下需要保持足够光亮度、在设备关键区域安装的照明系统，该应急照明系统（33）由所述蓄电池（42）供电；

第三，取消原设备控制电路的设备控制系统（31），设备控制系统（31）的相关功能整合至主控单元（18）；

第四，保留原设备控制电路的人机界面（35），所述人机界面（35）改为与主控单元（18）信号连接，由所述主控单元（18）操控；

第五，保留原设备控制电路的设备检测系统（32），所述设备检测系统（32）改为与主控单元（18）信号连接，由所述主控单元（18）操控。