CN111169314B - 一种自动充电桩、充电控制系统及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动充电桩、充电控制系统及充电方法，自动充电桩包括充电机，充电机连接有线缆，线缆端部设有充电头，充电头悬置空中，与充电头连接的一侧的线缆卷绕在绕线轮上，绕线轮控制充电头的升降；充电头内设有光源，可向下发射光束，用于与待充电车辆上的充电座配合实现车辆定位；充电头下侧设有充电部及电磁铁，充电部与充电座上的受电部导电配合，电磁铁用于与充电座上的定位部吸合，以保证充电部与受电部对接；充电头还设有通讯接口，用于与待充电车辆内的电池通讯。充电过程不用人为操作，自动化程度高，非常方便，也为配电箱设置成大功率提供了条件，进而可以提高电动车辆的充电效率。

Description

一种自动充电桩、充电控制系统及充电方法

技术领域

本发明涉及车辆的自动充电技术领域，具体涉及一种自动充电桩、充电控制系统及充电方法。

背景技术

电动汽车作为一种新能源交通工具，由于其相较于传统燃油汽车对环境影响小，其前景被广泛看好。电动汽车一般都是采用锂离子电池供电。随着电动汽车的保有量越来越多，充电也成了一个问题。目前采用比较多的一类充电桩，是包括设置在停车位旁边的充电枪和配电箱。用户在停车后，需要手动将充电枪拔下，插入电动汽车的充电接口进行充电，操作复杂，给用户造成了负担，特别是对于共享汽车领域。另外，这种充电方式，充电效率也不高，如若增大充电功率，充电枪及充电线势必变粗、变重，而影响操作的便捷性。人工操作充电枪，还可能因使用不当造成充电枪损伤。

不仅电动汽车存在充电问题，一些工程车等车辆，如电动叉车也是存在充电问题，充电效率会直接影响工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动充电控制系统，以提高充电操作的便捷性及充电效率。同时本发明还提供一种自动充电桩及自动充电方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动充电桩，包括充电机，充电机连接有线缆，线缆端部设有充电头，充电头悬置空中，与充电头连接的一侧的线缆卷绕在绕线轮上，绕线轮控制充电头的升降；

充电头内设有光源，可向下发射光束，用于与待充电车辆上的充电座配合实现车辆定位；

充电头下侧设有充电部及电磁铁，充电部与充电座上的受电部导电配合，电磁铁用于与充电座上的定位部吸合，以保证充电部与受电部对接；

充电头还设有通讯接口，用于与待充电车辆内的电池通讯。

进一步地，所述充电机包括立柱，立柱下部设有配电箱，立柱上部设有悬臂，所述绕线轮设置在悬臂上。

进一步地，所述充电部设置为充电环，电磁铁设置一圈，且与充电环同圆心布置。

进一步地，所述充电头上设有角度传感器，以感测充电头的摆动。

充电控制系统，包括充电桩、待充电的车辆，充电桩包括充电机，充电机连接有线缆，线缆端部设有充电头，充电头悬置空中，与充电头连接的一侧的线缆卷绕在绕线轮上，绕线轮控制充电头的升降；

充电头内设有光源，可向下发射光束，用于与待充电车辆上的充电座配合实现车辆定位，充电座上设有定位传感器，感测所述光束；

充电头下侧设有充电部及电磁铁，充电部与充电座上的受电部导电配合，电磁铁用于与充电座上的定位部吸合，以保证充电部与受电部对接；

充电头还设有通讯接口，用于与待充电车辆内的电池通讯。

进一步地，所述定位传感器设置有四个，分别设置在传感器座的四周，传感器座的四周设有四个坡面，坡面均是由传感器座的中部向外逐渐向下倾斜，坡面上设有感光孔，四个感光孔围绕传感器座的中心同圆分布。

进一步地，所述传感器座的中部区域设有与所述通讯接口对接的通讯部。

进一步地，所述定位部为一铁圈，尺寸与电磁铁适配。

自动充电方法，包括以下步骤，(1)、待充电的车辆车辆先移动至车位区域，通过车辆上的充电座感应充电头内的光源，对车辆导航，并调整车辆最终停放位置；

(2)、绕线轮动作，充电头下降，电磁铁通电，充电头下降至接近充电座，电磁铁与充电座上的定位部自动吸合，充电头上的充电部与充电座上的受电部导电配合；

(3)、充电机的配电箱给充电头供电，开始充电；充满电之前，若车辆不移动，则执行步骤(4)，若车辆移动，则直接执行步骤(5)；

(4)、充满电后，充电头可以选择如下动作，配电箱停止给充电头供电,电磁铁失电，充电头脱离充电座并向上移动复位，或者执行步骤(5)；

(5)、车辆起步，带动充电头水平移动，充电头上的角度传感器检测到角度发生变化，判断车辆要离开，则反馈信号给控制单元，控制单元控制电磁铁断电，吸合解除，充电头脱离充电座并上升复位，配电箱停止给充电头供电。

进一步地，步骤(1)中，利用充电座上的沿同一分布圆分布的若干传感器感知充电头的光源强度，根据各传感器检测的光强度值进行对比分析，可以调整车辆的位置，以满足车辆的充电座位于设定的可充电区域。

本发明的有益效果：

电动汽车或其他车辆需要充电时，驾驶员将车辆驾驶入设定的可充电区域，停车，即可自动完成充电，充电桩上的充电头会自动与车辆上设置的配套的充电座导电对接，不用操作充电枪等其他人为操作的步骤。驾驶员在驾驶车辆离开时，不用其他对充电桩的任何操作，上车直接可以将车开走，在车辆移动时，充电头与充电座会自动脱离，非常方便。而且，由于充电过程中，无需人员操作，则配电箱的功率可以设计的比较大，因承受大电流，线缆直径需设计的粗些、重些，因是自动化充电，不会给充电人员造成困扰。充电功率提高后，进而提高充电效率，利于电动汽车的进一步推广发展。若应用在电动叉车及电动的工程车辆上，充电效率高，避免等待时间，可大大提高工作效率。

附图说明

图1是本发明充电控制系统的结构示意图(未充电状态)；

图2是本发明充电控制系统的结构示意图(充电状态)；

图3是充电头的仰视示意图；

图4是充电座的俯视示意图；

图5是充电座上的传感器座的俯视示意图；

图6是传感器座的示意图。

图中各标记对应的名称：

1、配电箱，2、立柱，3、悬臂，4、绕线轮，5、线缆，6、充电头，61、电磁铁，62、充电部，63、通讯接口，7、角度传感器，8、导向套，9、充电座，91、铁圈，92、受电部，93、传感器座，931、坡面，932、感光孔，933、通讯部，10、电动汽车。

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。

本发明充电控制系统实施例：

如图1-图5所示，充电控制系统，包括充电桩、待充电的车辆，充电桩包括充电机，充电机连接有线缆5，线缆5端部设有充电头6，充电头6悬置空中。充电机包括立柱2，立柱2下部设有配电箱1，接入电网，线缆5下部与配电箱连接。本实施例中为提高充电效率，配电箱1设置的充电功率比较大，设置为10KW～50KW。立柱2上部设有悬臂3，悬臂3上安装有绕线轮4。悬臂3的高度高于车辆，以使得车辆可以正常驶进车位。本实施例中的车辆，以电动汽车10为例，也可以应用在电动叉车，或者电动工程车辆上。

与充电头6连接的一侧的线缆5卷绕在绕线轮4上，绕线轮4控制充电头6的升降。绕线轮4的轮轴可以由伺服电机驱动，伺服电机受充电桩的控制单元控制。线缆5的靠近配电箱1的一段可以走立柱2内部，也可以设置在立柱2外侧并固定。

充电头6内设有光源，可向下发射光束，在地面能形成一个圆形光照区域，用于与待充电车辆上的充电座9配合实现车辆定位。车辆上部设有充电座9，充电座9与车辆的电池连接，可为其充电以及实现通讯，通讯方式可以采用无线通讯或有线通讯。

充电座9上设有定位传感器，感测所述光束，定位传感器可以采用红外传感器。定位传感器设置有四个，分别设置在传感器座93内部的四周，传感器座93的四周设有四个坡面，坡面均是由传感器座93的中部向外逐渐向下倾斜，倾斜角度相同，坡面931上设有感光孔932，四个感光孔932围绕传感器座93的中心同圆分布。

理想状态下，光束的中心是照射在传感器座93的中心位置，四个定位传感器感测的光强度是一致的，说明充电头6与充电座9处于对中的状态。光束的中心若不是照射在传感器座93的中心位置，则四个定位传感器感测的光强度是不一致的，从而可以利用该几个定位传感器的光信号强度差值的分析，对车辆导航，调整车辆最终的停放位置。当然，为降低驾驶员的停车难度，设计一定的容错值，光束的中心能够照射在传感器座93的设定的中心区域范围内即可。车辆停在该设定的中心区域范围内，充电头6才会下降动作，并完成后续的自动充电过程。

关于上述的导航，如左侧和前侧的定位传感器感测的光强度相对低，则车辆应该往后、往右的方向调整。定位传感器信号经过充电机的控制单元的分析处理后，可以与车辆上的导航系统关联，提示驾驶员准确驶入停车位的可充电区域范围内。当然，也可以采用控制单元去控制一个语音装置，由语音装置发出车辆需要调整的行驶方向的语音提示；停在合适区域，则给出相应提示，驾驶员可以停车、下车离开。一般的电动汽车，都会显示电量，如果不需要充电，则不用刻意去停车，正常的驶入停车位即可。

关于充电头6的下降，为避免下降过程中线缆5因放线产生的位移对充电头的水平方向的位置造成的影响，在绕线轮4的框架上设置对线缆5的放线进行导向的导向套8，使线缆5从导向套8通过，保证线缆5在竖向上不随意改变位置而使充电头摆动。

充电头6下侧设有充电部62及电磁铁61，充电部62与充电座9上的受电部92导电配合。充电部62设置为充电环，电磁铁61设置一圈，且与充电环同圆心布置。受电部92采用与充电环结构适配的受电环，两者相对接后实现导电，以可进行下一步的充电。

电磁铁61用于与充电座9上的定位部吸合，定位部为一铁圈91，尺寸与电磁铁61适配。通过电磁铁61与铁圈91的配合，以保证充电部62与受电部92牢靠对接，另一方面，即使车辆停放位置不是特别精确，在允许范围内，也即充电头6的中心与充电座9的中心并没有对中，则在电磁铁61与铁圈91的吸合力下，电磁铁61会快速与铁圈91配合到位，实现充电头6与充电座9的对中。

充电头6还设有通讯接口63，用于与待充电车辆内的电池通讯。传感器座93的中部区域设有与所述通讯接口63对接的通讯部933。充电头6的通讯接口63与传感器座93上的通讯部933，两者可以实现通讯的功能。如检测车辆电池充满电，充电过程完成，则可以反馈信号给控制单元，使充电头6脱离或者只是配电箱断电，充电头6不动作，等到车辆移动时充电头6再脱离。

当然，也可以通过充电头6与车辆的通讯，实现对车辆电池的电量的检测。比如当电池电量充足时，控制单元不会执行最终充电的动作。

充电头6上设有角度传感器7，以感测充电头6的摆动，可以在充电头上部设置一个弹性柱段，充电头水平移动时，可使其弯曲，被角度传感器7检测到。在充电头6未脱离充电座9的情况下，当车辆移动时，充电头6上的角度传感器7能够测得充电头的弹性柱段的角度发生变化，角度变化范围也即灵敏度可以设置，检测到角度变化超出设定值时，则判断出车辆要驶离，从而反馈给控制单元，并给电磁铁61断电，解除吸合力，充电头6可脱离，然后再控制充电头6上升至原始状态，等待下一次的充电。配电箱1暂时断电，确保充电头的安全性。

需要充电时，驾驶员将车辆驾驶入设定的可充电区域，停车，即可自动完成充电，不用操作充电枪等其他步骤。驾驶员在驾驶车辆离开时，不用其他对充电桩的任何操作，上车直接可以将车开走，非常方便。而且，由于充电过程中，无需人员操作，则配电箱的功率可以设计的比较大，提高充电效率；因承受大电流，线缆直径设计的粗些、重些，也不会给充电人员造成困扰。

本发明的自动充电方法，包括以下步骤：

(1)、待充电的车辆车辆先移动至车位区域，通过车辆上的充电座感应充电头内的光源与车辆上的各定位传感器的配合，对车辆导航，并调整车辆最终停放位置。

利用充电座上的沿同一分布圆分布的四个传感器感知充电头的光源强度，根据各传感器检测的光强度值进行对比分析，进而可以反馈给驾驶员以调整车辆的位置，以使得车辆的充电座位于设定的可充电区域。

当车辆一次停入到设定区域，或者不计划对车辆充电，则不需要调整车辆位置。

(2)、绕线轮动作，充电头下降，电磁铁通电，充电头下降至接近充电座，电磁铁与充电座上的铁圈自动吸合，充电头上的充电部与充电座上的受电部导电配合。

(3)、充电机的配电箱给充电头供电，开始充电；充满电之前，若车辆不移动，则执行步骤(4)，若车辆发生移动，则直接执行步骤(5)；

(4)、待充满电后，充电头可以选择如下动作，配电箱停止给充电头供电,电磁铁失电，充电头脱离充电座并向上移动复位，或者执行步骤(5)；

(5)、车辆起步带动充电头水平移动，充电头上部某部位发生摆动，充电头上的角度传感器7检测到其角度发生变化，角度变化值大于设定值，则判断车辆要离开，反馈信号给控制单元，控制单元控制电磁铁断电，吸合解除，充电头可脱离充电座并上升至初始状态，配电箱停止给充电头供电。

本发明的一种自动充电桩的实施例1：

本实施例中的充电桩与上述充电控制系统实施例中的充电桩相同，区别在于不包括车辆，因此，自动充电桩的具体构成及原理不再赘述。

本发明的一种自动充电桩的实施例2：

与实施例1相比，实施例1的充电桩适用于地下车库等室内车位，也适用于室外停车位。对于某些地下停车位或室内停车位，充电桩还可以进行如下设计，不再设置立柱，而是将充电桩设置成悬挂壁顶的，减少占用地面的空间，如图6所示。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动充电桩，其特征在于：包括充电机，充电机连接有线缆，线缆端部设有充电头，充电头悬置空中，与充电头连接的一侧的线缆卷绕在绕线轮上，绕线轮控制充电头的升降；

充电头内设有光源，可向下发射光束，用于与待充电车辆上的充电座配合实现车辆定位；

充电头下侧设有充电部及电磁铁，充电部与充电座上的受电部导电配合，电磁铁用于与充电座上的定位部吸合，以保证充电部与受电部对接；

充电头还设有通讯接口，用于与待充电车辆内的电池通讯；

所述充电头上设有角度传感器，以感测充电头的摆动。

2.根据权利要求1所述的自动充电桩，其特征在于：所述充电机包括立柱，立柱下部设有配电箱，立柱上部设有悬臂，所述绕线轮设置在悬臂上。

3.根据权利要求1所述的自动充电桩，其特征在于：所述充电部设置为充电环，电磁铁设置一圈，且与充电环同圆心布置。

4.充电控制系统，其特征在于：包括充电桩、待充电的车辆，充电桩包括充电机，充电机连接有线缆，线缆端部设有充电头，充电头悬置空中，与充电头连接的一侧的线缆卷绕在绕线轮上，绕线轮控制充电头的升降；

充电头内设有光源，可向下发射光束，用于与待充电车辆上的充电座配合实现车辆定位，充电座上设有定位传感器，感测所述光束；

充电头下侧设有充电部及电磁铁，充电部与充电座上的受电部导电配合，电磁铁用于与充电座上的定位部吸合，以保证充电部与受电部对接；

充电头还设有通讯接口，用于与待充电车辆内的电池通讯；

所述充电头上设有角度传感器，以感测充电头的摆动。

5.根据权利要求4所述的充电控制系统，其特征在于：所述定位传感器设置有四个，分别设置在传感器座的四周，传感器座的四周设有四个坡面，坡面均是由传感器座的中部向外逐渐向下倾斜，坡面上设有感光孔，四个感光孔围绕传感器座的中心同圆分布。

6.根据权利要求5所述的充电控制系统，其特征在于：所述传感器座的中部区域设有与所述通讯接口对接的通讯部。

7.根据权利要求4所述的充电控制系统，其特征在于：所述定位部为一铁圈，尺寸与电磁铁适配。

8.自动充电方法，其特征在于：包括以下步骤，(1)、待充电的车辆车辆先移动至车位区域，通过车辆上的充电座感应充电头内的光源，对车辆导航，并调整车辆最终停放位置；

(2)、绕线轮动作，充电头下降，电磁铁通电，充电头下降至接近充电座，电磁铁与充电座上的定位部自动吸合，充电头上的充电部与充电座上的受电部导电配合；

(3)、充电机的配电箱给充电头供电，开始充电；充满电之前，若车辆不移动，则执行步骤(4)，若车辆移动，则直接执行步骤(5)；

(4)、充满电后，充电头可以选择如下动作，配电箱停止给充电头供电,电磁铁失电，充电头脱离充电座并向上移动复位，或者执行步骤(5)；

(5)、车辆起步，带动充电头水平移动，充电头上的角度传感器检测到角度发生变化，判断车辆要离开，则反馈信号给控制单元，控制单元控制电磁铁断电，吸合解除，充电头脱离充电座并上升复位，配电箱停止给充电头供电。

9.根据权利要求8所述的自动充电方法，其特征在于：步骤(1)中，利用充电座上的沿同一分布圆分布的若干传感器感知充电头的光源强度，根据各传感器检测的光强度值进行对比分析，可以调整车辆的位置，以满足车辆的充电座位于设定的可充电区域。

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