CN110116649A

CN110116649A - 一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置

Info

Publication number: CN110116649A
Application number: CN201910480319.1A
Authority: CN
Inventors: 梁靓; 陈泽森
Original assignee: Beijing Magnesium De Baishi Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Magnesium De Baishi Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2019-08-13

Abstract

本发明公开一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置。装置包括：燃料电池、电池管理系统、搭载平台、运动导航控制器和探测系统，燃料电池分别与电池管理系统、搭载平台、运动导航控制器、探测系统连接，燃料电池用于为目标车辆充电和为电池管理系统、搭载平台、运动导航控制器、探测系统供电；燃料电池、电池管理系统、运动导航控制器、探测系统分别位于搭载平台上；电池管理系统用于监测燃料电池的状态；探测系统用于探测搭载平台周围的障碍，运动导航控制器用于接收用户提供的位置信息并根据位置信息控制搭载平台的运动以及探测系统的探测。采用本发明能够提高充电安全性和降低城市电网的压力。

Description

一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置

技术领域

本发明涉及新能源汽车充电领域，特别是涉及一种基于燃料电池的自定位快速充电装置。

背景技术

我国新能源汽车市场保有量达109万辆，到2020年全国新能源汽车保有量超过500万辆。目前的充电桩数量不足新能源车辆保有量的1/4。固定式充电桩受到场地和电网改造难度的限制，很多老旧停车场无法添加。目前研制的移动充电桩，使用锂离子动力电池，大容量的锂离子电池组的安全性不好，如果使用退役的旧电池，则安全性更差。更为重要的是，为了实现给电动汽车充电，先要给移动充电桩的锂电池充电，然后再给车的锂离子电池充电，二次充电，造成效率很低，加上移动充电桩的电池折旧，造成移动充电的费用居高不下。随着几个大城市的新能源汽车数量的激增，对于城市电网也会造成极大的压力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，能够提高充电安全性和降低城市电网的压力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，包括：燃料电池、电池管理系统、搭载平台、运动导航控制器和探测系统，所述燃料电池分别与所述电池管理系统、所述搭载平台、所述运动导航控制器、所述探测系统连接，所述燃料电池用于为目标车辆充电和为所述电池管理系统、所述搭载平台、所述运动导航控制器、所述探测系统供电；所述燃料电池、所述电池管理系统、所述运动导航控制器、所述探测系统分别位于所述搭载平台上；所述电池管理系统用于监测所述燃料电池的状态；所述探测系统用于探测所述搭载平台周围的障碍，所述运动导航控制器与所述探测系统连接，所述运动导航控制器用于接收用户提供的位置信息并根据所述位置信息控制所述搭载平台的运动以及所述探测系统的探测。

可选的，所述燃料电池为氢燃料电池、固体氧化物燃料电池、甲醇燃料电池或金属空气电池中的一种或多种，优选为金属空气电池。

可选的，所述探测系统包括雷达和摄像头，所述雷达优选为超声雷达，所述摄像头优选为双目摄像头，优选地，所述超声雷达与所述双目摄像头分别与所述燃料电池连接。

可选的，所述搭载平台采用麦克纳姆轮平台，所述麦克纳姆轮平台包括动力模块、驱动模块和控制模块，所述控制模块分别与所述动力模块、所述驱动模块和所述运动导航控制器连接，所述动力模块与所述驱动模块连接，所述动力模块为所述驱动模块提供动力。

可选的，所述动力模块采用交流无刷电机。

可选的，所述驱动模块采用四个麦克纳姆轮。

可选的，当所述燃料电池为金属空气电池时，采用金属做阳极，所述金属包括铝、镁、锌中的至少一种。

可选的，还包括旋转支架，所述旋转支架位于所述搭载平台上，所述双目摄像头位于所述旋转支架上，所述旋转支架用于实时调整所述双目摄像头的方向。

可选的，还包括无线模块，所述无线模块与所述电池管理系统连接，所述无线模块与外部中控模块连接，所述无线模块用于向所述外部中控模块发送所述燃料电池的状态。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，通过搭载平台实现充电装置的移动，可以找到欲充电的车辆，例如利用手机APP找到；能源采用作为一次电源的燃料电池，无需进行充电，仅需在燃料消耗后更换燃料，方便快捷，节省了充电损耗的时间，具有很高的效率，并且特别地避免了与充电配套的电网改造等软硬件要求，使得无法或不宜建设固定式充电桩的地方可以实现便捷有效的充电。电池管理系统，能够保证各个燃料电池的消耗均匀，便于统一管理。燃料电池具有良好的安全性，尤其是在采用金属燃料电池时，电解液可以是中性溶液，即便渗漏也不会对人员造成腐蚀，除了金属阳极需要更换，其他构件几乎没有损耗，而电池的产物是高纯度的金属氢氧化物，通过脱水，可以得到高纯的金属氧化物，如ZnO可以作为药剂，Al₂O₃可以用于制备高纯度刚玉，MgO可以作为高级的耐火填料或者耐火砖材料。此外，为了保证在狭窄的车库里能够实现良好的机动，优选采用麦克纳姆轮作为行走装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于燃料电池的自定位快速动力充电装置组成图；

图2为作为本发明优选实施方案的金属空气电池的结构简图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

由于新能源车辆的普及，导致充电桩的数量大大不足，使得新能源汽车充电困难，对于新能源车辆的普及起到了制约作用。传统的固定式充电桩，需要对停车场等基础设施做较大的改动，另外，大量的电动汽车集中充电，会对电网造成很大压力，随着电动汽车数量的进一步增加，大城市的电网可能不堪重负。采用锂离子动力电池作为移动充电设备，一方面安全性难以保证，特别是采用退役的动力锂离子电池，另一方面由于是二次电池，整体效率较低，同时由于本身也需要充电，依然无法摆脱对电网供电的依赖，不能降低城市电网的负荷。

图1为本发明基于燃料电池的自定位快速动力充电装置组成图。如图1所示，一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，包括：燃料电池1、电池管理系统2、搭载平台3、运动导航控制器4和探测系统，所述探测系统包括雷达5和摄像头6，所述雷达5优选为超声雷达，所述摄像头6优选为双目摄像头，优选地，所述超声雷达与所述双目摄像头分别与所述燃料电池1连接；所述燃料电池1分别与所述电池管理系统2、所述搭载平台3、所述运动导航控制器4、所述超声波雷达和所述双目摄像头连接，所述燃料电池1用于为目标车辆充电和为所述电池管理系统2、所述搭载平台3、所述运动导航控制器4、所述超声波雷达和所述双目摄像头供电；所述燃料电池1、所述电池管理系统2、所述运动导航控制器4、所述超声波雷达5和所述双目摄像头6分别位于所述搭载平台3上；所述电池管理系统2用于监测所述燃料电池1的状态，防止所述燃料电池1过热，个别电池过度放电，并且所述电池管理系统2能够根据不同的充电车型，提供不同的充电电压；所述超声波雷达用于探测所述搭载平台3周围的障碍物和行人；所述双目摄像头用于采集所述搭载平台3周围的图像，所述运动导航控制器分别与所述双目摄像头和所述超声雷达连接，所述运动导航控制器4用于接收用户提供的位置信息并根据所述位置信息控制所述搭载平台3的运动、所述超声波雷达的探测和所述双目摄像头的采集。本发明的充电装置能够为不同型号的车辆提供500～700V的直流电。

所述燃料电池1为氢燃料电池、固体氧化物燃料电池、甲醇燃料电池或金属空气电池中的一种或多种，优选为金属空气电池。

所述搭载平台3采用麦克纳姆轮平台，所述麦克纳姆轮平台包括动力模块、驱动模块和控制模块，所述控制模块分别与所述动力模块、所述驱动模块和所述运动导航控制器连接，所述动力模块与所述驱动模块连接，所述动力模块为所述驱动模块提供动力。所述驱动模块采用四个麦克纳姆轮。所述动力模块采用交流无刷电机，所述交流无刷电机的电压为变频的380V交流电压。每个车轮由单独电机控制，可以实现独立正反转。通过4个车轮，搭载平台可以实现直驶，转向，原地回转等操作。

图2为作为本发明优选实施方案的金属空气电池的结构简图。当所述燃料电池1为金属空气电池时，采用金属做阳极，所述金属包括铝、镁、锌中的至少一种。当所述金属空气电池采用中性电解液时，电池的主要反应如下(其中X代表所述金属)：

负极：4X-4ne^-＝4Xⁿ⁺

正极：nO₂+2nH₂O+4ne^-＝4nOH^-

总反应式：4X+nO₂+2nH₂O＝4X(OH)_n

得到金属氢氧化物后，加热脱水，可以得到金属氧化物。

所述充电装置还包括旋转支架，所述旋转支架位于所述搭载平台3上，所述双目摄像头位于所述旋转支架上，所述旋转支架用于实时调整所述双目摄像头的方向。

所述充电装置还包括无线模块，所述无线模块与所述电池管理系统连接，所述无线模块与外部中控模块连接，所述无线模块用于向所述外部中控模块发送所述燃料电池1的状态，包括电能储备的状态。

本发明充电装置的工作原理是：

运动导航控制器4接到用户提供的位置信息，例如，通过手机App提供；对于露天的停车场，利用GPS信息来获取用户车辆的位置信息；对于室内或者地下的封闭停车场，每一个停车位有位置二维码，用户通过扫该位置二维码，可以获得车位的相对物理位置或通过手机或者WIFI信号，将位置信息提供给运动导航控制器4。运动导航控制器4根据自己的位置和用户位置，规划出最佳路径，超声波传感器用于监测行进路径上的车和行人，主动减速避让，双目摄像头根据停车场的地面标线，提供更加准确的定位信息(为了保证定位准确，装有移动充电装置的停车场都画有引导移动充电装置的标志线，双目摄像头可以根据标志线的指示，达到目的地)。运动导航控制器4根据传感器的信号指导自定位快速动力充电装置迅速到达待充电车辆的位置。

优选地，根据用户手机APP提供的车辆待充电的信息，通过电池管理系统2的DC-DC模块，调整快速动力充电装置的输出电压和电流。当用户将快速动力充电装置和待充电车辆连接后，根据当前车辆剩余电量和全部充满所需要的电量，估算出充电时间和费用，在用户的App界面上提示。充电完成后，根据实际充电量，计算费用，用户可以在App上直接结算。电池管理系统2监测自定位快速动力充电装置的电量，将数据通过无线模块上传到控制间，根据剩余电量和使用频率，可以合理安排电池更换时间。

本发明基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，采用一次电源：燃料电池，可以获得很高的充电效率；电池电量耗完，只需更换阴极的金属板即可。金属板可以利用风电、太阳能电等非稳定电源电解金属化合物得到，对于城市电网无压力。

针对老旧的停车场，采用移动式，可以不对停车场进行大的改动，实现对新能源车辆的快速充电。本发明的装置可以根据用户提供的位置信息，自动到达。对于地面停车场，可以采用GPS(北斗)定位，对于室内或者地下停车场，采用网格标记的办法。但是GPS定位精度不够，不能准确到达指定地点，不能实现自主躲避车辆和行人的效果，因此，本发明在搭载平台上安装了双目摄像头和超声波雷达的辅助导航系统。为了满足在极端拥挤的场所实现机动，采用麦克纳姆轮的结构，可以实现非常灵活的移动，位置精度可以到厘米级别，完全满足狭窄停车场的要求。由于燃料电池本身就是直流电，因此，可以对各种车辆进行快充。自带的电池管理系统，可以保证各个电池均匀放电，电量几乎同时耗尽，便于整体电池极板的更换。更换极板后，同时收集反应的产物，可以获得高纯度的金属氧化物，有着广泛的用途，可以进一步降低电池使用的费用。燃料电池除了阴极板，其他部分在使用过程中几乎没有损耗或者老化问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，包括：燃料电池、电池管理系统、搭载平台、运动导航控制器和探测系统，所述燃料电池分别与所述电池管理系统、所述搭载平台、所述运动导航控制器、所述探测系统连接，所述燃料电池用于为目标车辆充电和为所述电池管理系统、所述搭载平台、所述运动导航控制器、所述探测系统供电；所述燃料电池、所述电池管理系统、所述运动导航控制器、所述探测系统分别位于所述搭载平台上；所述电池管理系统用于监测所述燃料电池的状态；所述探测系统用于探测所述搭载平台周围的障碍，所述运动导航控制器与所述探测系统连接，所述运动导航控制器用于接收用户提供的位置信息并根据所述位置信息控制所述搭载平台的运动以及所述探测系统的探测。

2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，所述燃料电池为氢燃料电池、固体氧化物燃料电池、甲醇燃料电池或金属空气电池中的一种或多种，优选为金属空气电池。

3.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，所述探测系统包括雷达和摄像头，所述雷达优选为超声雷达，所述摄像头优选为双目摄像头，优选地，所述超声雷达与所述双目摄像头分别与所述燃料电池连接。

4.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，所述搭载平台采用麦克纳姆轮平台，所述麦克纳姆轮平台包括动力模块、驱动模块和控制模块，所述控制模块分别与所述动力模块、所述驱动模块和所述运动导航控制器连接，所述动力模块与所述驱动模块连接，所述动力模块为所述驱动模块提供动力。

5.根据权利要求4所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，所述动力模块采用交流无刷电机。

6.根据权利要求4所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，所述驱动模块采用四个麦克纳姆轮。

7.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，当所述燃料电池为金属空气电池时，采用金属做阳极，所述金属包括铝、镁、锌中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，还包括旋转支架，所述旋转支架位于所述搭载平台上，所述双目摄像头位于所述旋转支架上，所述旋转支架用于实时调整所述双目摄像头的方向。

9.根据权利要求1所述的基于燃料电池的自定位快速动力充电装置，其特征在于，还包括无线模块，所述无线模块与所述电池管理系统连接，所述无线模块与外部中控模块连接，所述无线模块用于向所述外部中控模块发送所述燃料电池的状态。