CN113258646A - 供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了供电系统，包括：供电设备和充电设备；充电设备具有至少一个输出端口，用于向待充电设备供电；供电设备具有第一电极和供电工作电路；充电设备具有第二电极和充电工作电路；第一电极和第二电极中的至少一个，与运动部的伸缩机构连接，在伸缩机构的驱动下，使第一电极和第二电极彼此连接或断开；运动部具有伸缩机构和驱动机构，驱动机构驱动伸缩机构运动。通过运动部驱动电极运动，使供电设备和充电设备相对移动时，能够断开连接，移动到指定位置后在恢复连接，不需要线缆跟随移动，避免了线缆缠绕。并且在一些实施例中，还能够完成对连接的检测，以及提供了多种充电方式，提高了利用度。

Description

供电系统

技术领域

本发明涉及充电领域，尤其涉及移动场景中的供电系统。

背景技术

现代社会的发展，离不开对电能的依赖，用电场景也越来越丰富。例如电动汽车的发展，给车辆充电就成了热门问题。

以立体车库充电为例，立体车库成为解决城市停车问题的有效途径，但立体车库用于电动汽车充电时，充电电缆需要随泊车板移动，容易造成线缆的缠绕，也无法保证充电线缆的布置。

在移动的泊车板和固定的车库钢架结构之间采用无线供电可以在一定程度上解决上述问题，但电力传输到泊车板后更适合用有线传导的方式为电动汽车充电，而对于使用无线充电的电动汽车，需要将再次转化为磁场以实现无线传输，电能二级无线变换使系统变得复杂和难于控制，系统效率也会大为降低。

类似于立体车库，很多有移动需求的供电场景，都会面临线路缠绕的问题，例如流水线工装等，受限于线缆，一般都只能在小范围内工作，如果解决线缆缠绕问题，将更进一步的提升工装工作效率。

发明内容

本发明提供一种供电系统，能够解决线缆缠绕的问题，具有高工作效率。

该供电系统，包括：供电设备和充电设备；所述充电设备具有至少一个输出端口，用于向待充电设备供电；所述供电设备具有第一电极和供电工作电路；所述充电设备具有第二电极和充电工作电路；所述第一电极和所述第二电极中的至少一个，与运动部的伸缩机构连接，在所述伸缩机构的驱动下，使所述第一电极和所述第二电极彼此连接或断开；所述运动部具有伸缩机构和驱动机构，所述驱动机构驱动所述伸缩机构运动。

优选的，所述伸缩机构连接所述第一电极，并在所述驱动机构的带动下，驱动所述第一电极朝向或背离所述第二电极移动。

优选的，所述供电工作电路包括：开关，所述开关连接在第一电极11和供电电源之间。

优选的，还包括检测部，所述检测部具有检测电极和检测电路，其中，所述检测电极与所述第一电极之间绝缘设置，并且在所述第一电极与所述第二电极连接时，所述检测电极也与所述第二电极连接；所述检测电路分别连接所述第一电极和所述检测电极，以检测二者之间的电参数。

优选的，还包括检测部，所述检测部具有检测电极、检测电路和检测电源，所述检测电源分别连接所述检测电极和所述第二电极；其中，所述检测电极与所述第二电极之间绝缘设置，并且在所述第一电极与所述第二电极连接时，所述检测电极也与所述第一电极连接；所述检测电路分别连接所述第二电极和所述检测电极，以检测二者之间的电参数。

优选的，所述充电设备具有两种输出端口，分别为有线输出端口和无线输出端口；所述充电工作电路具有转换开关，所述转换开关择地的联通所述有线输出端口和无线输出端口。

优选的，所述有线输出端口具有依次连接的变压器、有线端工作电路和充电枪；所述无线输出端口具有发射线圈。

优选的，所述充电工作电路还具有联通的第一阻抗匹配器和逆变器，所述逆变器连接所述第二电极，所述第一阻抗匹配器联通所述转换开关。

优选的，还包括充电控制器，所述充电控制器与所述充电工作电路联通，以控制所述工作电路的工作状态；所述充电控制器具有通信装置，用于和待充电设备通信连接。

本发明的供电系统，通过运动部驱动电极运动，使供电设备和充电设备相对移动时，能够断开连接，移动到指定位置后在恢复连接，不需要线缆跟随移动，避免了线缆缠绕。并且在一些实施例中，还能够完成对连接的检测，以及提供了多种充电方式，提高了利用度。

附图说明

图1为本发明供电系统的电路示意图；

图2为本发明供电系统中运动部的示意图；

图3为本发明供电系统中第一电极和第二电极的示意图；

图4为本发明供电系统中检测部的工作示意图。

附图标记：

供电设备1；充电设备2；运动部3；检测部4；有线输出端口5；无线输出端口6；待充电设备8；充电控制器7；待充电设备8；第一电极11；供电工作电路12；第二电极21；充电工作电路22；伸缩机构31；驱动机构32；检测电极41；检测电路42；变压器51；有线端工作电路52；充电枪53；发射线圈61；电池81；设备整流器82；设备阻抗匹配器83；接收线圈84；设备控制器85；转换开关221；第一阻抗匹配器222；逆变器223；功率因数校正器224；磁芯511；第二阻抗匹配器521；整流器522；开关K。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

一种供电系统，参见图1，包括供电设备1和充电设备2，供电设备1向充电设备2供电，充电设备2通过输出端口，给待充电设备供电。为了方便说明和理解，下文会以立体车库为例进行说明，主要是因为立体车库中，泊车板会发生移动，本申请恰好能够解决移动场景中的供电问题。需要注意的是，用于立体车库是本申请供电系统的一个引用领域，并不用于限制本申请的应用范围。

供电设备1具有第一电极11和供电工作电路12, 充电设备2具有第二电极21和充电工作电路22。供电工作电路12一般连接到供电电源，例如市政供电；第一电极11和第二电极21可以接合，实现电能的传输，即供电设备1向充电设备2供电。充电工作电路22将电能处理后经过输出端口向待充电设备供电。下文为了方便说明，将第一电极11和第二电极21称为“两个电极”。第一电极11和第二电极21采用铜排或碳刷或者其他导电材质，可以允许充电时较大的电流通过。

以立体车库为例，充电设备2可以相对供电设备1移动，因此第一电极11可能需要和多个第二电极21分别形成供电关系。即一个供电设备1可以为多个充电设备2供电，当然一般情况下，一个第一电极11不能同时为多个充电设备2供电，当充电设备2移动靠近供电设备1时，两者才联通工作。

为了实现第一电极11和第二电极21之间可以方便的联通或者断开，这两个电极中的至少一个是能够移动的，该移动通过运动部3实现，如图2所示，运动部3具有伸缩机构31和驱动机构32，第一电极11和第二电极21中的至少一个与伸缩机构31连接，并在伸缩机构31的驱动下移动，该移动的路径保证两个电极能够彼此连接或者断开即可。驱动机构32一般是电机等提供动力源。

优选的，使第一电极11与伸缩机构31连接，即供电设备1一侧设置运动部3，使第一电极11可以移动。不过运动部3是否要直接设置在供电设备1上并不做限制，不论其设置位置和设置形式，只要保证能够驱动第一电极11运动即可。图2中的示例即为第一电极11与伸缩机构31连接，图中仅作为示例，示出一个第一电极11，实际应用中，第一电极11可以以两个或者三个为一组使用。

考虑到本申请的充电设备2可能会有移动，为了增加结构的稳定性，因此将第一电极11设置成通过伸缩机构31驱动，即能完成两个电极连接或断开的工况切换（保证了驱动所述第一电极11朝向或背离所述第二电极21移动），又能不影响充电设备2运行的稳定。

为了保证两个电极连接的稳定可靠，一般将两个电极设置成长条形，并且二者以彼此有夹角的方式连接，优选的是彼此垂直，如图3即示出了两个电极连接的形式。这样可以使两者连接时定位更容易，可以容错更大的位置误差，也能够防止电气接触面因滑动等情况而脱离接触或接触不良。

除此以外，还可以具有检测部4，该检测部4用来检测第一电极11和第二电极21之间的连接是否完成。检测部4具有检测电极41和检测电路42。该检测部4可以设置在第一电极11一侧。

如图4所示，检测电极41与第一电极11之间绝缘设置，例如使用绝缘材料将检测电极41和第一电极11固定在一起，检测电极41工作的平面与第一电极11工作的平面平行。检测电极41和第一电极11之间电气隔离。

在第一电极11与第二电极21连接时，检测电极41也与第二电极21连接。也就是说，第一电极11和第二电极21之间的连接或者断开，与检测电极41和第二电极21之间的连接或者断开，是同步的。

检测电路42根据分别连接所述第一电极11和检测电极41，以检测二者之间的电参数。

当第一电极11和第二电极21之间断开时，检测电极41也和第二电极21之间没有联通，此时，检测电极和第一电极11之间的具有大电阻值（二者之间电气间隔）。而当第一电极11和第二电极21联通时，检测电极41也和第二电极21联通，可见，检测电极41和第一电极11之间通过第二电极21联通了，二者之间仅有小电阻值，一般认为接近0，当然，这与电极材料等多种因素相关。具体电阻值不做限定，但能够确认的是，大电阻值和小电阻值之间，是有明显差异的。即，通过上述大电阻值和小电阻值的比较，能够知晓第一电极11和第二电极21之间的联通关系。

在一些实施例中，检测部4还可以设置在第二电极21一侧。这种实施例中，检测部4需要额外的一个检测电源，以给第二电极21和检测电极41连接供电。

检测电极41与第二电极21之间绝缘设置，例如使用绝缘材料将检测电极41和第二电极21固定，检测电极41工作的平面与第二电极21工作的平面平行。检测电极41和第二电极11之间电气隔离。

在第一电极11与第二电极21连接时，检测电极41也与第一11连接。也就是说，第一电极11和第二电极21之间的连接或者断开，与检测电极41和第一电极11之间的连接或者断，是同步的。

检测电路42根据分别连接所述第一电极11和检测电极41，以检测二者之间的电参数。

当第一电极11和第二电极21之间断开时，检测电极41也和第一电极11之间没有联通，此时，检测电极41和第二电极21之间的具有大电阻值（二者之间电气间隔）。而当第一电极11和第二电极21联通时，检测电极41也和第一电极11联通，可见，检测电极41和第二电极21之间通过第一电极11联通了，此时，检测电源、检测电极41、第二电极21当然也包括第一电极11，形成了回路，使检测电极41和第二电极21二者之间仅有小电阻值，一般认为接近0，当然，这与电极材料等多种因素相关。具体电阻值不做限定，但能够确认的是，大电阻值和小电阻值之间，是有明显差异的。即，通过上述大电阻值和小电阻值的比较，能够知晓第一电极11和第二电极21之间的联通关系。

在这种实施例中，之所以需要使用检测电源，是因为开关K需要在确认第一电极11和第二电极21接触后才闭合，因此在第二电极21一侧是没有电能的，因此需要额外的检测电源。

当然，设置在第一电极11一侧时，同样面临开关K没有闭合的情况，但是因为在第一电极11一侧，具有供电电源K，因此，该供电电源K可以独立的具有向检测部4提供电力供给。

同时，检测部4设置在第一电极11一侧时，也可以设置独立的检测电源，用来供电，不适用供电电源。当然即使检测部4设置在第二电极21一侧时，也是直接连接市政供电等，来实现检测功能，这种情况，也可以将检测电源理解为市政供电。

无论是否具有额外的检测电源，检测部4的工作原理是类似的，检测电源是否需要独立设置，需要根据实际应用中电力供给的情况来设计。

为使第二电极21和第一电极11充分接触，便于电极之间的充分导电，两个电极上可设有弹性部件，使其中一个电极的弹性部件被另一个电极紧密压实之后方能实现电气连接。

除了上述使用检测电极41外，检测部4还可以采用压力传感器，用于检测第一电极11与第二电极21接触后所受的压力值，当检测到的压力值在预设值范围内，表示第一电极11口与第二电极21已经完全接触。接触检测部件还可以其它实施方式实现，上述实施方式也可以组合使用，用于检测第一电极11和第二电极21之间的接触状态。

下面继续对供电系统的其他部分进行说明。

充电设备2具有两种输出端口，分别为有线输出端口5和无线输出端口6。需要注意，虽然起名为“端口”并非限制其为插接口等固定形状的输出口，这里“端口”可以理解为输出结构、输出系统，其可以包括多种必要的零部件。

输出端口是直接为待充电设备充电的端口，其可以有多种形式，来适配不同的充电需求。本申请中，以是否以有线的方式，将端口分为有线输出端口5和无线输出端口6来进行说明。

有线输出端口5具有依次连接的变压器51、有线端工作电路52和充电枪53。充电枪53可以是一个也可以是多个，例如是为了适配“快充”和“慢充”的不同规格的充电枪53。

无线输出端口6具有发射线圈61。该发射线圈61能够和待充电设备上的接收线圈84耦合即可。

除此以外，充电工作电路22具有转换开关221，所述转换开关221择一地的联通所述有线输出端口5和无线输出端口6。也就是通过转换开关221来控制有线输出端口5和无线输出端口6中的一个工作。

充电工作电路22还具有联通的第一阻抗匹配器222和逆变器223，逆变器223连接所述第二电极21，第一阻抗匹配器222联通所述转换开关221。在一些优选的实施方式中，逆变器223和第二电极21之间还设置有功率因数校正器224，也称Power Factor Correction（简称PFC）。

在有线输出端口5的有线端工作电路52包括与变压器51连接的第二阻抗匹配器521，以及与该第二阻抗匹配器521连接的整流器522，整流器522将整流后的电能供给充电枪53，以用于车辆的充电。上述充电枪53用于给电池81充电，当然，在充电枪53和电池81之间，具有必要的工作部件，例如采集电参数的信号采集器，进行接连接的插接件（插口、插座）等。对于如何使用充电枪给待充电设备（尤其是电动汽车）充电的方案，对于本领域技术人员来说，是能够实现的，本申请不做赘述。上述变压器51中包括有磁芯511。在有线充电时，待充电设备8可以通过有线输出端口5直接通信，来调节输出的电参数，有线端工作电路52可以完成该电参数的调节。同样的，也可以协同充电工作电路22一同完成电参数的调节。

下面说明无线输出端口6的工作，为了方便理解，参见图1，示出了待充电设备8，图中仅示出了待充电设备8用于充电的部分结构，其包括电池81、设备整流器82、设备阻抗匹配器83、接收线圈84，以及设备控制器85。对于无线充电来说，发射线圈61与接收线圈84耦合，实现无线电能的传输。设备整理电路82和设备阻抗匹配器83会对接收线圈84感应的电能进行处理后向电池81供电。

对于无线时来说，待充电设备8通过设备控制器85与充电工作电路22通信，对应的在充电工作电路22一侧具有充电控制器7，该充电控制器7与设备控制器85通信，无线充电过程中的需求、状态等都可以在充电工作电路22和待充电设备8之间中传输，从而在需要调整电参数、无线充电工作状态时，充电工作电路22可以对应的完成调整。

在待充电设备8中，除设备整理电路82、设备阻抗匹配器83外，还可能具有其他无线充电必要的零部件，设备控制器85可以和这些全部的零部件联通，并形成对应的控制以及采集对应的信号。类似的，充电控制器7也可对充电工作电路22内的必要零部件进行控制以及采集信号。

供电设备1包括连接供电电网的供电电源及配套的配电系统，供电电源可以是三相也可以是两相交流电源。以立体车库为例，供电设备1设置于立体车库的地面设施内或钢架结构上（钢架结构即为车库的外框结构）。立体车库的停车位（泊车板）需要提供充电功能时，对应位置处的钢架结构上的第一电极11通过运动部3驱动工作，使第一电极11和第二电极21连接。

以两相供电电源为例，每个供电设备1设置有二个第一电极11（图1中示出的也为两个），各个位置处的供电设备1上的第二电极11均通过开关K与供电电源连接。应该理解，本申请中的供电系统中，供电设备1和充电设备2都可以具有多个，一般数量上是对应的。像在立体车库中，泊车板上安装充电设备2，其在轮转移动中，每个对应的位置处的钢架结构都有供电设备1。泊车板根据需求可以不是每个上都设置充电设备2，但是因为需要轮转，每个对应位置的钢架结构可能都要设置供电设备1。

当泊车板移动到一个停车位时，第一电极11与第二电极21处于靠近且对准的位置。伸缩机构31在驱动机构32的驱动下控制第一电极11向接近第二电极21的方向伸展，当伸缩机构31伸展后第一电极11可与对应的第二电极21接触。反之向离开第二电极21的方向收缩，两个电极断开接触，第一电极11收回到极限最小位置，使泊车板上下左右运动而不受到干涉。

给待充电设备8充电时，可以选择两种方式——有线充电和无线充电。如采用有线传导充电，电动汽车停入到立体车库的泊车板上车主或工作人员将充电枪53插入电动汽车的充电插座。载有电动汽车的泊车板通过立体车库的升降横移机构移动到安装有第一电极11的停车位，第一电极11在运动部3控制下与第二电极21接触连接，待检测部4检测到第二电极21和第一电极11已完全接触后，由开关K闭合，开始充电。在一些实施例中，还通过充电控制器7对车辆接口连接状态和充电准备就绪状态确认后，再开启充电。因为上述已经将充电枪53插入充电插座，显然是使用有线充电的，充电控制器7将转换开关221切换到对应的档位，如图1中是A档位，即对应有线输出端口工作，从供电设备输入的交流电经过功率因数校正器224将交流电转换为直流电，直流电经过逆变器223转换成高频交流电，经第一阻抗匹配器222后输入到变压器51，变压器输出的交流电经第二阻抗匹配器521后，由整流器522转换为直流电，直流电通过充电枪53传导到电池81的充电接口为电池81充电。在充电过程中，充电控制器7根据电池管理系统提供的数据动态调整充电参数、执行相应操作，完成充电过程。

如采用无线充电，而接收端会配置接收线圈84、设备阻抗匹配器83和设备整流器82等部件，电动汽车停入到立体车库的泊车板后需通过调整停车位置使接收线圈84与发射线圈61尽量对准。在充电时，第一电极11与第二电极21接触连接，并检测到第二电极21和第一电极11已完全接触后，开关K闭合，设备控制器85与充电控制器7通过信息交互完成充电兼容性参数检查，之后开启无线充电模式，转换开关221切换到对应档位，图1中是B档位，从供电设备1输入的交流电经过功率因数校正器224将交流电转换为直流电，直流电经过逆变器223转换成高频交流电，经第一阻抗匹配器222后输入到发射线圈61，激励出交变的磁场，接收线圈84经耦合感应到磁场后产生交流电，交流电经设备阻抗匹配器83后传输到设备整流器82后转换为直流电，再为电池充电。

无线充电时，充电控制器7与设备控制器85进行无线信号传输，交互相关必要信息，并对无线电能传输过程进行控制。在充电过程中，充电控制器7和设备控制器85根据电池管理系统提供的数据动态调整充电参数、执行相应操作，完成充电过程。在用于汽车充电时，即根据电动汽车电池管理系统提供的数据进行（新能源汽车电池管理系统，BatteryManagement System，简称BMS）。

当上述充电完成后，无论是有线还是无线的方式，开关K断开，运动部3使得第一电极11收缩离开第二电极21。由于立体车库在有车辆进入停车的过程中，各个泊车板需要不断升降横移换位，在移位前充电控制器7会先中断充电过程，断开开关K，再通过运动部3将第一电极11缩回。待泊车板移动到新的停车位后，再伸展第一电极11与泊车板上的第二电极21接触连接，闭合开关K，继续或重新开始充电过程。

上述文中，有一些通过电路实现的功能，也统称为“器”，例如逆变器223就是可以通过逆变电路实现的。本申请中其他以“器”命名的组件也可以是电路组成的。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种供电系统，其特征在于，包括：

供电设备（1）和充电设备（2）；所述充电设备（2）具有至少一个输出端口，用于向待充电设备供电；

所述供电设备（1）具有第一电极（11）和供电工作电路（12）；

所述充电设备（2）具有第二电极（21）和充电工作电路（22）；

所述第一电极（11）和所述第二电极（21）中的至少一个，与运动部（3）的伸缩机构（31）连接，在所述伸缩机构（31）的驱动下，使所述第一电极（11）和所述第二电极（21）彼此连接或断开；

所述运动部（3）具有伸缩机构（31）和驱动机构（32），所述驱动机构（32）驱动所述伸缩机构（31）运动。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

所述伸缩机构（31）连接所述第一电极（11），并在所述驱动机构（32）的带动下，驱动所述第一电极（11）朝向或背离所述第二电极（21）移动。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

所述供电工作电路（12）包括：

开关（K），所述开关（K）连接在第一电极11和供电电源之间。

4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

还包括检测部（4），所述检测部（4）具有检测电极（41）和检测电路（42），其中，所述检测电极（41）与所述第一电极（11）之间绝缘设置，并且在所述第一电极（11）与所述第二电极（21）连接时，所述检测电极（41）也与所述第二电极（21）连接；

所述检测电路（42）分别连接所述第一电极（11）和所述检测电极（41），以检测二者之间的电参数。

5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

还包括检测部（4），所述检测部（4）具有检测电极（41）、检测电路（42）和检测电源，所述检测电源分别连接所述检测电极（41）和所述第二电极（21）；

其中，所述检测电极（41）与所述第二电极（21）之间绝缘设置，并且在所述第一电极（11）与所述第二电极（21）连接时，所述检测电极（41）也与所述第一电极（11）连接；

所述检测电路（42）分别连接所述第二电极（21）和所述检测电极（41），以检测二者之间的电参数。

6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

所述充电设备（2）具有两种输出端口，分别为有线输出端口（5）和无线输出端口（6）；

所述充电工作电路（22）具有转换开关（221），所述转换开关（221）择地的联通所述有线输出端口（5）和无线输出端口（6）。

7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于，

所述有线输出端口（5）具有依次连接的变压器（51）、有线端工作电路（52）和充电枪（53）；

所述无线输出端口（6）具有发射线圈（61）。

8.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于，

所述充电工作电路（22）还具有联通的第一阻抗匹配器（222）和逆变器（223），所述逆变器（223）连接所述第二电极（21），所述第一阻抗匹配器（222）联通所述转换开关（221）。

9.根据权利要求6、7或8所述的供电系统，其特征在于，

还包括充电控制器（7），所述充电控制器（7）与所述充电工作电路（22）联通，以控制所述充电工作电路（22）的工作状态；

所述充电控制器（7）具有通信装置，用于和待充电设备通信连接。

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