CN113085609A - 新能源车自动充电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种新能源车自动充电方法及系统，新能源车自动充电方法，其设置具有充电枪头的充电装置，包括如下步骤：第一判断步骤，判断停在停车位的车辆的停车姿态是否符合自动充电要求；第二判断步骤，判断停在停车位的车辆的电池电量是否符合自动充电要求；对接步骤，所述停车姿态和电池电量均符合自动充电要求时，控制所述充电枪头移动至与车辆充电口对接；充电步骤，对接到位后，通过所述充电枪头对车辆电池进行充电，使电池电量达到电量阈值。车辆停到停车位且符合自动充电要求时，即可以通过充电枪头对车载电池进行充电，实现了对车辆的自动充电。

Description

新能源车自动充电方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源车领域，尤其涉及一种新能源车自动充电装置。

背景技术

随着新能源汽车的市场保有量越来越高，相应的充电设施也在逐步建设完善。对于私家车主而言，通常会配备一套私人使用的充电桩，但是，人为操作充电桩时，容易因为操作不当而减少充电桩使用寿命或者对充电桩造成一定程度的破坏，甚至可能发生安全事故。因此，有必要设计一种能够自动充电的充电桩结构。

发明内容

本发明提供一种新的新能源车自动充电方法。

本发明提供一种新能源车自动充电方法，其设置具有充电枪头的充电装置，包括如下步骤：

第一判断步骤，判断停在停车位的车辆的停车姿态是否符合自动充电要求；

第二判断步骤，判断停在停车位的车辆的电池电量是否符合自动充电要求；

对接步骤，所述停车姿态和电池电量均符合自动充电要求时，控制所述充电枪头移动至与车辆充电口对接；

充电步骤，对接到位后，通过所述充电枪头对车辆电池进行充电，使电池电量达到电量阈值。

在停车位地面设置多个与车辆车轮一一对应的压力传感器，所述第一判断步骤中，当各所述压力传感器的压力值均处于设定的压力值范围时，判断所述停车姿态符合自动充电要求。每个压力传感器对应一个车轮，车辆停在停车位时，各车轮压在与其对应的压力传感器上，停车姿态准确时，各压力传感器的压力值均处于设定的压力值范围内。

所述第一判断步骤中，当所述停车姿态不符合自动充电要求时，进行提示。

所述第二判断步骤中，当所述电池电量小于充电阈值时，判断所述电池电量符合自动充电要求。

所述充电装置设置在所述停车位地面下方，所述充电装置设置有能够打开和关闭的顶盖，所述对接步骤中，符合自动充电要求时，控制所述顶盖打开，使所述充电枪头能够自所述顶盖向上伸出。停车位地面下方可以设有收纳空间，充电装置设于该收纳空间内。收纳空间可以具有开口，顶盖能够封闭该开口。顶盖打开时，充电枪头能够向上伸出和收缩回收纳空间。

一种新能源车自动充电系统，包括充电装置及设置于停车位地面的定位装置，所述充电装置和定位装置信号连接，所述定位装置能够判断停在所述停车位的车辆的停车姿态是否符合自动充电要求，所述充电装置能够对所述车辆进行自动充电，所述充电装置包括充电枪头及能够驱动所述充电枪头移动的移动机构，使所述停车姿态符合自动充电要求时，通过所述移动机构使所述充电枪头移动至与车辆的充电口对接，且对接到位后，通过所述充电枪头对所述车辆的电池充电直至电池电量达到电量阈值。充电装置可以与车辆信号连接，如与车辆的充电控制器信号连接，该充电控制器能够对车载电池进行充电控制和电量监测。

所述定位装置是与车辆车轮一一对应的多个压力传感器，当各所述压力传感器的压力值均处于设定的压力值范围时，判断所述停车姿态符合自动充电要求。

所述移动机构包括多组剪叉式伸缩臂，各组所述伸缩臂独立控制，所述充电枪头设置在各组所述伸缩臂的顶端。各组伸缩臂并联设置。伸缩臂的材质可以具有一定的弹性。

所述充电装置设于所述停车位地面下方，所述充电装置具有能够打开和关闭的顶盖，使符合自动充电要求时，控制所述顶盖打开，使所述充电枪头能够自所述顶盖向上伸出。即，对于充电装置，仅在地面设有由顶盖进行开关控制的开口，顶盖打开时，开口开放，充电枪头能够向上伸出。

所述充电装置包括能够与车辆通信的通讯控制器，所述移动机构的底座由偏转驱动电机驱动，所述顶盖由顶盖驱动电机驱动，各组所述伸缩臂由升降机构驱动，各所述升降机构、顶盖驱动电机、偏转驱动电机及压力传感器均与所述通讯控制器信号连接。通讯控制器可以与车内的充电控制器信号连接。升降机构驱动与其一一对应的剪叉式伸缩臂伸展和收缩，实现充电接头垂直方向的上下位置调整；底座由偏转驱动电机驱动而能够左右转动，实现充电接头左右方向的位置调整；各组伸缩臂在垂直方向的伸缩高度不一致时，实现充电接头前后方向的位置调整。

本发明的有益效果是：车辆停到停车位，且符合自动充电要求时，即可以通过充电枪头对车载电池进行充电，实现了对车辆的自动充电。

附图说明

图1是本实施方式新能源车自动充电方法的流程框图；

图2是本实施方式新能源车自动充电系统的电路框图；

图3至图5分别是采用本实施方式进行充电时车辆的侧视图、主视图和俯视图；

图6是本实施方式新能源车自动充电系统的剪叉式机械臂的立体结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

一种新能源车自动充电方法，该方法可以针对专用充电情况，即车辆用户拥有自己的特定车型、固定停车位和本发明的自动充电系统，用户停车时须按照本方法的要求停车，如必须固定车头朝外或车头朝内，以满足自动充电停车姿态要求。该充电方法通过压力传感器判断车辆的停车姿态是否满足自动充电要求，该压力传感器设于停车位地面。该充电方法通过充电装置对车辆自动充电，该充电装置设于地面下方的收纳空间，其一般包括能够升降的机械臂及设于机械臂顶端的充电枪头，该收纳空间具有开口，该开口设有能够打开和关闭的顶盖，顶盖打开时，机械臂能够带着充电枪头向上伸出；充电完毕后，机械臂能够带着充电枪头收缩回收纳空间内，且顶盖关闭。机械臂可以包括多组独立控制的剪叉式伸缩臂，充电枪头安装在各组剪叉式伸缩臂的顶端。

用户根据车载电池剩余电量信息确定是否需要充电，若车辆不需要充电，则可以任意停入停车位，无需满足特定停车姿态。若车辆需要充电，用户需要通过车内的充电控制器设定充电指令和电量阈值，该电量阈值如充电至80％或100％等。车内充电控制器可通过专用短程通讯(DSRC)或蓝牙通讯等方式与压力传感器的信号处理单元进行实时通信，进行停车姿态、充电需求、车辆实时电量等指令信息交互。用户也可以通过车内充电控制器设置充电阈值，该充电阈值如15％或20％等，当车辆驶入停车位时，车内充电控制器根据当前车载电池剩余电量和充电阈值判断是否需要充电，若实时电量低于充电阈值需要充电，则充电控制器自动与压力传感器信号处理单元通信，获取当前停车姿态是否满足自动充电要求，然后反馈到用户。若不满足停车姿态要求，则提示用户重新调整停车姿态。当确定满足自动充电停车姿态要求时，则提示用户可以正常下车离开；同时，压力传感器信号处理单元向充电装置的通讯控制器发送姿态确认信号，使充电装置做好充电准备。车内充电控制器通过专用短程通讯或蓝牙通讯等方式发送充电请求给充电装置，同时通过车内CAN通讯方式控制打开车辆充电口的保护盖。

充电装置接收到充电请求后，首先控制顶盖自动打开，然后机械臂开始伸展，在垂直方向升高的同时，机械臂也可以通过调节每组剪叉式伸缩臂的伸展长度来调整顶端充电枪头向前后方向微调，机械臂底部也可以安装电动偏转装置来调整充电枪头左右方向位置。充电枪头的位置调整可以依据四个压力传感器发送的实际位置信号与标定信号的偏差来进行。充电枪头的举升高度则是在初始设定时根据车辆充电口的高度确定，也可根据实际位置的偏差进行微调。

待调整确定好充电枪头的位置后，通过机械臂控制充电枪头与车辆充电口对接，通过对接信号确定对接是否到位。确定对接良好后，自动开启电源进行充电，并实时监测车载电池电量信息，车载电池电量达到用户设置的电量阈值时停止充电，充电装置自动收回而进入地面下方的收纳空间，并关闭顶盖。电量阈值可以是充满至100％或低于100％的某个数值。

停止充电后，充电装置发送充电完成的信息给车内充电控制器，该充电控制器控制车辆充电口保护盖自动关闭，从而完成一次无人自动充电。

如图1至图6所示，一种新能源车自动充电方法，包括如下步骤：

S100：车辆驶入停车位；

S200：判断车辆是否需要充电，如需要充电，则进入下一步骤S300；如不需要充电，则进入步骤S1700：停车结束流程。判断时，可以比较车载电池实时电量和充电阈值，如实时电量小于充电阈值，则判断车辆需要充电；如实时电量不小于充电阈值，则判断车辆不需要充电；

S300：压力传感器判断停车姿态是否符合要求；如符合要求，则进入下一步骤S400；如不符合要求，则进入下一步骤S1300；步骤S300中，在停车位地面设置多个压力传感器，各压力传感器与各车轮一一对应，且各压力传感器的相对位置根据各车轮的相对位置设置，车辆驶入停车位时，各车轮压在与其对应的压力传感器上，各压力传感器的压力数值处于设定压力范围时，判断车辆停车姿态准确，即车辆准确停在停车位而符合自动充电要求；停车姿态准确一般指车辆准确停在设于指定停车位地面的压力传感器上。步骤S1300：压力传感器的信号处理单元向车内充电控制器发送警示信号；接着，步骤S1400：车内充电控制器提示用户姿态未符合要求；接着，步骤S1500：用户根据提示重新调整停车姿态；调整停车姿态后，返回步骤S300；

S400：压力传感器信号处理单元向车内充电控制器发送姿态确认信号；接着，S500：车内充电控制器控制车辆充电口保护盖打开，同时，S600：车内充电控制器向通讯控制器发送充电指令；

S700：接收到该充电指令后，通讯控制器发送指令打开充电装置的顶盖，该充电装置邻近停车位且设于地面下方的收纳空间；

S800：通讯控制器发送指令使机械臂做伸展运动，使充电枪头与车辆充电口对接；

S900：开启电源进行充电，并实时监测车载电池电量；

S1000：判断电池实时电量是否达到电量阈值，如达到电量阈值则进入下一步骤S1100；如否，则继续实时监测电量；该电量阈值可以由用户自行设定，如电量阈值可以是100％，即完全充满，或者是其它数值；

S1100：通讯控制器发送指令停止充电，使充电枪头与车辆充电口分离，使机械臂收回，使充电装置的顶盖关闭；

S1200：车内充电控制器控制充电口保护盖关闭；

S1600：自动充电完成，一个充电过程结束。

本实施方式中，充电控制器设于车内，其能够对车载电池进行充电控制和实时电量监测。压力传感器设于停车位的地面。充电装置设于停车位地面下方，地面下方可以设置收纳空间，自动充电装置设于该收纳空间，该充电装置可以包括能够打开和关闭的顶盖、充电枪头及剪叉式机械臂，在动力驱动下，机械臂能够带着充电枪头升降。机械臂可以包括多组剪叉式伸缩臂，各伸缩臂同时伸展时，可以实现充电枪头上下位置调整；各伸缩臂伸展高度不同时，可以实现充电枪头前后位置微调。

本实施方式中，用户自行设定电量阈值和充电阈值，该电量阈值大于充电阈值。对于车载电池，其充电过程和电量监测可以由充电控制器控制，用户可以通过该充电控制器设定电量阈值和充电阈值。

本实施方式中，车辆停车姿态可以包括停车方向、停车位置和停车角度。停车方向一般由车辆用户控制，即必须使车头朝外或车头朝内。停车位置指车辆在停车位里的相对位置，如在停车位里居中、靠左、靠右、靠前、或靠后等。停车角度指车辆与停车位中轴线(或边线)的相对角度，即歪斜程度。停车姿态准确通常包含了停车位置准确和歪斜程度符合标定要求。停车姿态准确时，车辆各车轮准确压在与其对应的各压力传感器上，此时，各压力传感器的压力值处于设定的压力值范围内。车辆准确停在指定停车位时，车辆充电口与充电装置顶盖之间的相对位置处于设定的偏差范围内，从而便于充电装置的充电接口和车辆的充电口良好对接。

如图1至图6所示，一种新能源车自动充电系统，包括定位装置及充电装置，该定位装置能够判断车辆1的停车姿态是否符合自动充电要求，该充电装置能够对符合自动充电要求的车辆自动充电，该充电装置、定位装置及车内充电控制器能够互相通信。

铺设定位装置时，可以采用压力传感器2作为定位装置，根据车辆1的轮距和轴距，确定停车后四个车轮与地面的接触位置，在相应位置的地面安装薄膜型压力传感器，并开辟沟槽以便布线。单个压力传感器2至少能承受500kg～1000kg的压力，压力传感器2受力面尺寸与车轮轮胎与地面接触的面积相当，对停车姿态和四个压力传感器2的相对压力值进行标定，确定车辆符合自动充电姿态时的压力相对数值范围，以便确认只要四个压力传感器2的相对压力数值在此范围内时车辆的停车姿态就能够符合自动充电的要求。

安装充电装置时，能够进行自动充电的充电装置安装在地面以下20～50cm的收纳空间内，相应配电箱可以根据实际停车位的空间情况确定安装在地面以上或地面以下。充电装置包括充电枪头34、机械臂3、充电线缆、信号线、机械臂底座及可以自动打开和关闭的顶盖。充电装置安装在车辆充电口4的下方、停车位的边缘地面，需要根据自动充电停车姿态下充电口的高度、角度、与充电装置的垂直距离、与充电装置的纵向距离范围等信息进行计算校准标定，保证充电枪头可以与车辆充电口良好对接与分离。机械臂3可以包括并联设置的三组、五组或多组剪叉式伸缩臂31、32、33，伸缩臂31、32、33的材质具有一定的弹性，可以弯曲一定的角度，各组伸缩臂由电机、电动推杆或丝杆等升降机构单独控制。各组伸缩臂31、32、33的顶端设有一个安装座35，充电枪头34设于该安装座35。充电枪头34与车辆充电口4可以装配电磁吸附装置，在二者相距一定的距离时即可以良好对接，从而降低车辆1与机械臂3的相对位置精度要求。充电枪头34安装在各伸缩臂31、32、33的顶端。充电枪头34通过充电线缆与电源连接，该电源如市电交流电。电源可以由配电箱充电控制器9控制。

压力传感器具有信号处理单元7，该信号处理单元7通过信号线与充电装置的通讯控制器8相连，压力传感器的信号处理单元7通过分析传感器的压力信号，确定车辆已准确停在指定停车位时，将充电确认信号传递给充电装置的通讯控制器8，充电装置接收到信息后即做好充电准备。车内装有充电控制器6，可以与车内的电池管理系统5通信，获取车辆电池的电量信息，并通过专用短程通讯或蓝牙通讯等方式与压力传感器的信号处理单元7和充电装置的通讯控制器8进行信息交互，分别确认停车姿态和充电指令。车辆用户可以设定充电阈值，当电池电量低于充电阈值且车辆停车姿态满足自动充电的要求时，车内充电控制器向充电装置发送充电请求，充电装置接收到该请求后执行自动充电。充电过程中车内充电控制器6与充电装置实时通信，当电池充满或达到用户设定的电量阈值时停止充电，机械臂3收缩回地下收纳空间，顶盖关闭。

如图2所示，对于该新能源车自动充电系统，其包括车辆电池管理系统5、车内充电控制器6、压力传感器信号处理单元7、通讯控制器8、顶盖驱动电机12、伸缩臂升降机构11、机械臂底座偏转驱动电机10及配电箱充电控制器9。车辆电池管理系统5和车内充电控制器6通过CAN通讯方式进行双向通信。车内充电控制器6和压力传感器信号处理单元7通过DSRC或蓝牙通讯方式进行双向通信。压力传感器信号处理单元7和通讯控制器8通过CAN通讯方式进行双向通信。通讯控制器8还与顶盖驱动电机12、伸缩臂升降机构11、机械臂底座偏转驱动电机10及配电箱充电控制器9通过CAN通讯方式进行双向通信。

本实施方式中，定位装置可以采用四个或八个或多个压力传感器2通过车辆轮胎位置来定位，各压力传感器2通常与各车轮一一对应。对于机械臂3，其底座可以设置偏转驱动电机10，通过偏转驱动电机10，实现机械臂3整体左右转动，从而最终能够实现充电枪头34前后、上下、左右六个方向的位移。机械臂3可以由多组剪叉式伸缩臂31、32、33并联构成，各伸缩臂31、32、33独立控制。

对于该自动充电系统，采用多个压力传感器进行车辆定位与姿态约束，用户以固定的停车方向停车，可省去传统方案中采用的视觉传感器等定位装置和复杂的控制算法，结构简化，成本降低。当然，车辆定位和姿态约束亦可通过其他传感器来实现，如视觉传感器、压电传感器、应力/应变传感器等；传感器数量可以采用四个、八个或其他数量来确定停车位置和停车角度是否满足要求。

对于该自动充电系统，采用剪叉式机械臂，结构简单，同时可实现上下、前后、左右六个方向的位移，避免了传统方案中XY方向移动导轨和伸缩臂的复杂机械结构，提高了装置可靠性；同时适当降低了机械臂的运动灵活性，避免了传统柔性机械臂方案中机械臂的高成本和高控制精度要求，性价比更高。当然，机械臂也可以选用其他替代结构形式，如伸缩臂外加XY移动滑块、六轴机械臂、柔性机械臂等，来实现垂直、前后、左右六个方向的位移。

对于该自动充电系统，其主要针对私人停车位使用，前期只需与车辆进行匹配和校准，在停车位置和停车角度的约束下，以更简化的结构和简单的控制实现充电枪头与车辆充电口的对接。在不需要充电时即可收缩进地下容纳装置，不影响地面停车空间的使用。当然，该自动充电系统也可以不仅限于针对单一车辆或者固定的停车姿态，也可以通过标定针对多个车型进行自动充电，或布设多个充电装置；针对不同的停车方向，如车头朝外或车头朝内。该自动充电系统可以采用专用短程通讯或蓝牙通讯技术，降低通讯成本；当然，也可以其他通讯方式和协议，如4G/5G、WiFi、蓝牙、V2X车联网等。充电装置较佳的是安装在停车位地面下方；当然，安装位置也可以根据实际停车位空间情况进行调整，如可以进行天花板吊装、在地面铺设轨道安装或通过加装龙门架等进行安装。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种新能源车自动充电方法，其特征在于，设置具有充电枪头的充电装置，包括如下步骤：

第一判断步骤，判断停在停车位的车辆的停车姿态是否符合自动充电要求；

第二判断步骤，判断停在停车位的车辆的电池电量是否符合自动充电要求；

对接步骤，所述停车姿态和电池电量均符合自动充电要求时，控制所述充电枪头移动至与车辆充电口对接；

充电步骤，对接到位后，通过所述充电枪头对车辆电池进行充电，使电池电量达到电量阈值。

2.根据权利要求1所述的新能源车自动充电方法，其特征在于，在停车位地面设置多个与车辆车轮一一对应的压力传感器，所述第一判断步骤中，当各所述压力传感器的压力值均处于设定的压力值范围时，判断所述停车姿态符合自动充电要求。

3.根据权利要求2所述的新能源车自动充电方法，其特征在于，所述第一判断步骤中，当所述停车姿态不符合自动充电要求时，进行提示。

4.根据权利要求2所述的新能源车自动充电方法，其特征在于，所述第二判断步骤中，当所述电池电量小于充电阈值时，判断所述电池电量符合自动充电要求。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的新能源车自动充电方法，其特征在于，所述充电装置设置在所述停车位地面下方，所述充电装置设置有能够打开和关闭的顶盖，所述对接步骤中，符合自动充电要求时，控制所述顶盖打开，使所述充电枪头能够自所述顶盖向上伸出。

6.一种新能源车自动充电系统，其特征在于，包括充电装置及设置于停车位地面的定位装置，所述充电装置和定位装置信号连接，所述定位装置能够判断停在所述停车位的车辆的停车姿态是否符合自动充电要求，所述充电装置能够对所述车辆进行自动充电，所述充电装置包括充电枪头及能够驱动所述充电枪头移动的移动机构，使所述停车姿态符合自动充电要求时，通过所述移动机构使所述充电枪头移动至与车辆的充电口对接，且对接到位后，通过所述充电枪头对所述车辆的电池充电直至电池电量达到电量阈值。

7.根据权利要求6所述的自动充电系统，其特征在于，所述定位装置是与车辆车轮一一对应的多个压力传感器，当各所述压力传感器的压力值均处于设定的压力值范围时，判断所述停车姿态符合自动充电要求。

8.根据权利要求7所述的自动充电系统，其特征在于，所述移动机构包括多组剪叉式伸缩臂，各组所述伸缩臂独立控制，所述充电枪头设置在各组所述伸缩臂的顶端。

9.根据权利要求8所述的自动充电系统，其特征在于，所述充电装置设于所述停车位地面下方，所述充电装置具有能够打开和关闭的顶盖，使符合自动充电要求时，控制所述顶盖打开，使所述充电枪头能够自所述顶盖向上伸出。

10.根据权利要求9所述的自动充电系统，其特征在于，所述充电装置包括能够与车辆通信的通讯控制器，所述移动机构的底座由偏转驱动电机驱动，所述顶盖由顶盖驱动电机驱动，各组所述伸缩臂由升降机构驱动，各所述升降机构、顶盖驱动电机、偏转驱动电机及压力传感器均与所述通讯控制器信号连接。

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