CN206031109U - 一种电动车辆在线快速充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动车辆在线快速充电系统，由站台部分和车载部分组成，车载部分安装在车辆上，站台部分安装在站台上，本实用新型的充电弓不是装在车辆上，而是反向的吊装在站台上，而车辆只需在顶部安装两条充电极板，当车辆进入充电站台，并定位准确后，充电弓就可以缓慢落下压紧到相应的正、负充电极板上，开始对车辆进行快速充电，充电完成或无需充电时则将弓收起折叠。运用本实用新型的反向充电弓，进行全自动化的充电操作同时降低了车辆的成本。

Description

一种电动车辆在线快速充电系统

技术领域

本实用新型属于新能源电动车辆领域，尤其是快速充电控制领域，具体涉及一种电动车辆在线快速充电系统。

背景技术

能源危机，以电动车为代表的新能源车辆得到了迅猛发展，但电池容量和充电便捷性始终是制约电动车辆发展的一个重大瓶颈。传统的充电解决方案是当电池容量较低时，人工插拔充电枪至车辆的充电接口处，然后地面充电机或车载充电机开始对车辆充电，由于充电电压都是高压，人工插拔极易产生高压触电的安全事故，尤其是在雨雪等潮湿的天气环境中直接插拔高压充电枪对人身的安全威胁更大。

为了应对人工直接插拔高压充电枪的安全威胁和电池容量有限、续航里程较短的问题，一些新能源车辆，尤其是固定线路长期运营的电动公交车辆，通过车顶的充电弓和市电交流电网或一些特制的站台式直流充电架接触，在运行线路上对车辆进行在线的快速充电，也即所谓的在线公交。

但此种运行方式，一方面由于每台车辆都需背负一组大的充电弓系统，成本高昂，同时也占据了车辆宝贵的空间，另一方面在充电过程中缺乏安全可靠的定位控制方式，容易造成充电弓和电网或充电架接触失败从而无法进行充电甚至引发严重的安全事故。

发明内容

本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种电动车辆在线快速充电系统。本实用新型解决了电动车辆充电过程中的以下问题：一、完全自动化充电操作，无需人工操作高压充电部件，保证人身的安全；二、在线充电新能源车辆无需安装复杂的充电弓系统，只需要安装两条低成本的充电极板，从而可以极大的降低车辆的成本，节省车辆空间；三、对在线充电新能源车辆进行完善的充电定位控制和充电作业自动控制，保证充电的成功率和安全性。

本实用新型的技术方案为：

一种电动车辆在线快速充电系统，由站台部分和车载部分组成，车载部分安装在车辆上，站台部分安装在站台上；其特征在于：所述的站台部分包括站台充电弓控制器101、无线模块102、充电机103、主接触器104、两个充电弓105、电压电流传感器106、充电弓运动装置107、电源转换装置108、至少一个侧向定位传感器111，两个反向充电弓吊装在站台上，电源转换装置108接入市电经转换后为站台部分各器件供电，站台充电弓控制器101连接无线模块102以便和车载部分进行无线信息交互；充电弓控制器101分别与充电机103、主接触器104、电压电流传感器106、充电弓运动装置107相连，站台充电弓控制器101向充电机103发送充电操作指令的同时接收充电机103反馈的充电状态；充电机103和两个充电弓105之间通过主接触器104相连，主接触器104的通断受站台充电弓控制器101控制，当充电时则控制主接触器104接通，无需充电时则控制主接触器104切断；两个充电弓105的伸出、压紧、折叠或缩回则由站台充电弓控制器101通过充电弓运动装置107来实现，充电弓运动装置107为运动气缸或电缸；两个充电弓105分别与电压电流传感器106连接，电压电流传感器106的采集信号进入站台充电弓控制器101，站台充电弓控制器101用来判断充电状态和安全保护；每个侧向定位传感器111安装在站台上，侧向定位传感器111接入电源后能发出非接触式的感应信号。

所述的车载部分包括车载充电控制器201、车载无线模块202、整车控制装置BMS203、车载主接触器204、两个充电极板205、操作及指示输入输出器206、动力电池208、侧向定位感应传感器209、车载电压电流传感器210,两条充电极板分别平行安装在车辆顶部，车载充电控制器201连接车载无线模块202，用于和站台部分进行无线信息交互；车载充电控制器201通过CAN总线有线通信方式与整车控制装置BMS 203相连；车载充电控制器201分别与车载主接触器204、操作及指示输入输出器206、侧向定位感应传感器209输出端、车载电压电流传感器210相连，而动力电池208和两个充电极板205之间通过车载主接触器204相连，而车载主接触器204的通断由车载充电控制器201控制；车载电流电压传感器210分别与两个充电极板205相连，采集两个充电极板205间的电压电流信息输入车载充电控制器201；操作及指示输入器206用于指示到位状态、充电状态同时用于充电的操作输入，当车载部分的侧向定位感应传感器209与侧向定位传感器109二者位置对应时，侧向定位感应传感器109即感应出到位信号至车载控制器201，从而通知司机及时停车。

所述站台部分还包含有辅助显示器109和摄像头110，摄像头110安装在站台上并分别与站台充电弓控制器101和辅助显示器109相连，摄像头110的实时图像一方面显示在辅助显示器109上，从而辅助司机进行定位判断和微调，另一方面图像信息进入站台充电弓控制器101,站台充电弓控制器101对图像信息进行识别判断和比对后也可以进一步辅助定位，将定位信息通过无线模块102进行传输。

所述的充电弓运动装置107为运动气缸或电缸。

所述的车载部分还包括车道偏离检测装置207，车道偏离检测装置207与车载充电控制器201相连，与车道和车位辅助标识501配合，输出车道偏移信号至车载充电控制器201，车载充电控制器201再将该信号通过操作及指示输入输出器206进行指示，从而提醒司机不可偏离车道，更准确的定位。

一种利用电动车辆在线快速充电系统的充电方法，其特征在于按以步骤进行：

步骤一：司机沿进站方向进入充电站，司机按下操作及指示输入输出器206中的充电准备操作按钮，则车载充电控制器201通过车载无线模块202开始向站台充电弓控制器101无线发送充电请求信号，二者建立无线通信连接，在解除连接或等待超时前，站台充电弓控制器101将屏蔽新的无线连接请求；同时，操作及指示输入输出器206中有相应的指示提示司机车辆和站台建立连接成功；

步骤二：双方无线通信连接建立成功后，车辆继续前进，当前进到侧向定位感应传感器209与侧向定位传感器111位置对应的时候，则侧向定位感应传感器209发出到位指示信号至车载充电控制器201,车载充电控制器201通过操作及指示输入输出器206中的到位指示提醒司机侧向到位，停车；

步骤三：司机停车后，按下操作及指示输入输出器206中充电确认按钮，则车载充电控制器201判断是否仍处于定位的有效区域，是，则操作及指示输入输出器206中提示位置OK，充电，否则提示位置不对，超前或滞后，提醒司机进行位置微调，直至重新定位OK；

步骤四：定位位置OK后，司机按下操作及指示输入输出器206中的降弓操作按钮，车载充电控制器201首先通过车载电压电流传感器210检测两个充电极板之间有无残余电压、残余电流和短路现象，若无，则通过车载无线模块202和无线模块102将降弓操作指令发送至站台充电弓控制器101；否则，通过操作及指示输入输出器206提示充电极板205异常，不允许进一步充电；

步骤五：站台充电弓控制器101收到降弓指令后，站台充电弓控制器101首先通过电流电压传感器106检测两个充电弓105有无残余电压、残余电流以及判断两个充电弓105之间有没有短路，如无，则控制充电弓运动装置107降下两个充电弓105，并通过充电弓运动装置107的距离、力矩、压力、电流参数反馈信息，保证两个充电弓下降到位并分别和对应的两个充电极板205压紧接触牢靠；如有，则通过无线模块102发送信息到车载充电控制器201，并在操作及指示输入输出器206中提示司机充电系统异常；

步骤六：降弓完成，接触牢靠后，为保证安全，不能立即启动充电，而是由站台充电弓控制器101和车载充电控制器201，各再进行一遍残余电压、残余电流和短路检测，检测通过后方可进行下一步加电操作，否则提示系统故障；

步骤七：无电状态下的安全检查通过后，则站台充电弓控制器101通知车载充电控制器201开始进行充电，此时，车载充电控制器201控制主接触器204接通车辆上的动力电池208和两个充电极板205；车载充电控制器201通过CAN总线与BMS 203交互，获取当前电池电压，并发送至站台充电弓控制器101；站台充电弓控制器101通过电压电流传感器106检测到两个充电弓105上也有相应的电压后，表明动力电池208和充电极板205以及充电弓105连接准确，则启动下一步充电操作；

步骤八：站台充电弓控制器101控制主接触器104接通充电机103和两个充电弓105，通知充电机103开始充电，同时获取充电机103的充电状态；

步骤九：当充电机103提示站台充电弓控制器101充电完成，或者司机按下操作及指示输入输出器206中充电结束或急停按钮时，则结束充电过程：站台充电弓控制器101通知充电机103停止充电；站台充电弓控制器101切断主接触器104；车载充电控制器201切断车载主接触器204；站台充电弓控制器101控制充电弓运动装置107收起和折回两个充电弓105；站台充电弓控制器101解除和车载充电控制器201的无线连接，开放新的无线连接请求，以便进行下一次或下一辆车辆的充电。

由以上的步骤可知，充电弓和充电极板接触和分开的瞬间，都是不带电的操作，从而可以有效避免高压直接接触或分开导致的拉弧等危害。

优选的，虽然充电弓105的正负极板都有一定的长度，允许充电弓和车辆定位有一定的横向偏移，但依然不能偏移过大，否则会导致充电弓和充电极板无法可靠接触，故可以一方面在充电站台上画出相应辅助定位的车位和车道标识501，由司机尽量在此车道和车位内停靠，同时可以安装车载的横向车道偏离检测装置207，并和车载充电控制器201相连，提示司机横向车道的偏移，以便让司机横向微调；

同样，优选的，站台上可以安装辅助摄像头110和大屏幕辅助显示器109，用于拍摄和显示车顶位置，以便让司机可以更好的观察和调整车辆位置；同样，优选的，辅助摄像头110的实时图像信息不但可以用于在辅助显示器109上进行显示，同时可由强大的充电弓站台控制器101采集，而后分析识别后，进一步进行位置的辅助判断。

由此可以构筑以定位传感为主，以人工标识、车道防偏、图像辅助和识别等为辅的多位一体的定位系统，保证充电弓和充电极板的正确相对位置。

有益效果：

本实用新型的无需人工插拔高压充电部件，自动化操作，保证人身安全；特别是针对站台式反向充电弓的智能充电系统，提供了可靠便捷的定位控制方案，保证定位的准确；同时一系列的检测保护，也保证了充电操作过程的安全。极大降低了在线充电新能源车辆和运营系统的生产成本和建设成本，提高了系统的智能化程度和可靠性，这对在线充电新能源车辆的发展以及整个新能源行业的发展都具有重大和深远的意义。

附图说明

图1为本实用新型的在线充电站台式反向充电弓系统示意图。

图2为本实用新型的站台式反向受电弓在线快速充电系统示意图。

图3为本实用新型的实施案例示意图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步的描述。本实用新型所用的各器件都采用现有结构。

如图2所示，一种电动车辆在线快速充电系统，由站台部分和车载部分组成，车载部分安装在车辆上，站台部分安装在站台上；其特征在于：所述的站台部分包括站台充电弓控制器101、无线模块102、充电机103、主接触器104、两个充电弓105、电压电流传感器106、充电弓运动装置107、电源转换装置108、一个侧向定位传感器111、辅助显示器109和摄像头110，两个反向充电弓吊装在站台上，电源转换装置108接入市电经转换后为站台部分各器件供电，站台充电弓控制器101连接无线模块102以便和车载部分进行无线信息交互；充电弓控制器101分别与充电机103、主接触器104、电压电流传感器106、充电弓运动装置107相连，站台充电弓控制器101向充电机103发送充电操作指令同时接收充电机103反馈的充电状态；充电机103和两个充电弓105之间通过主接触器104相连，主接触器104的通断受站台充电弓控制器101控制，当充电时则控制主接触器104 接通，无需充电时则控制主接触器104切断；两个充电弓105的伸出、压紧、折叠或缩回则由站台充电弓控制器101通过充电弓运动装置107来实现，充电弓运动装置107为运动气缸或电缸；两个充电弓分别与电压电流传感器106连接，电压电流传感器106的采集信号进入站台充电弓控制器101，站台充电弓控制器101用来判断充电状态和安全保护；每个侧向定位传感器111安装在站台上，侧向定位传感器111接入电源后能发出非接触式的感应式信号，当车载部分的侧向定位感应传感器209二者位置对应时，侧向定位感应传感器209即感应出到位信号至车载控制器201，从而通知司机及时停车；摄像头110安装在站台上并分别与站台充电弓控制器101和辅助显示器109相连，摄像头110的实时图像一方面显示在辅助显示器109上，从而辅助司机进行定位判断和微调，另一方面图像信息进入站台充电弓控制器101,站台充电弓控制器101对图像信息进行识别判断和比对后也可以进一步辅助定位，将定位信息通过无线模块102进行传输。

所述的车载部分包括车载充电控制器201、车载无线模块202、整车控制装置BMS203、车载主接触器204、两个充电极板205、操作及指示输入输出器206、动力电池208、车道偏离检测装置207、侧向定位感应传感器209、车载电压电流传感器210,两条充电极板分别平行安装在车辆顶部，车载充电控制器201连接车载无线模块202，用于和站台部分进行无线信息交互；车载充电控制器201通过CAN有线通信方式与整车控制装置BMS203相连；车载充电控制器201分别与车载主接触器204、操作及指示输入输出器206、车道偏离检测装置207、侧向定位感应传感器209输出端、车载电压电流传感器210相连，而动力电池208和两个充电极板205之间通过车载主接触器204相连，而车载主接触器204的通断由车载充电控制器201控制；车载电流电压传感器210分别与两个充电极板205相连，采集两个充电极板205间的电压电流信息输入车载充电控制器201；操作及指示输入输出器206用于指示到位状态、充电状态同时用于充电的操作输入，当车载部分的侧向定位感应传感器209与侧向定位传感器109二者位置对应时，侧向定位感应传感器109即感应出到位信号至车载控制器201，从而通知司机及时停车；车道偏离检测装置207与车道和车位辅助标识501配合，输出车道偏移信号至车载充电控制器201，车载充电控制器201再将该信号通过操作及指示输入输出器206进行指示，从而提醒司机不可偏离车道，更准确的定位。

如图1所示，本实用新型的两个充电弓105不是装在车辆上，而是反向的吊装在站台上，而车辆只需在顶部安装两条充电极板205，当车辆进入充电站台，并定位准确后，两个充电弓105就可以缓慢落下压紧到相应的正、负充电极板205上，开始对车辆进行快速充电，充电完成或无需充电时则将两个充电弓105收起折叠。

一种利用电动车辆在线快速充电系统的充电方法，其特征在于按以步骤进行：

步骤一：司机沿进站方向进入充电站，司机按下操作及指示输入输出器206中的充电准备操作按钮，则车载充电控制器201通过车载无线模块202开始向站台充电弓控制器101无线发送充电请求信号，二者建立无线通信连接，在解除连接或等待超时前，站台充电弓控制器101将屏蔽新的请求；同时，操作及指示输入输出器206中有相应的指示提示司机车辆和站台建立连接成功；

步骤二：双方无线通信连接建立成功后，车辆继续前进，当前进到侧向定位感应传感器209与侧向定位传感器111位置对应的时候，则侧向定位感应传感器209发出到位指示信号至车载充电控制器201,车载充电控制器201通过操作及指示输入输出器206中的到位提示提醒司机侧向到位，停车；

步骤三：司机停车后，按下操作及指示输入输出器206中充电确认按钮，则车载充电控制器201判断是否仍处于定位有效区域，是，则操作及指示输入输出器206中提示位置OK，可以充电；否，则提示位置不对，超前或滞后，提醒司机进行位置微调，直至重新定位OK；

步骤四：定位位置OK后，司机按下操作及指示输入输出器206中的降弓操作按钮，车载充电控制器201首先通过车载电压电流传感器210检测两个充电极板之间有无残余电压、残余电流和短路现象，若无，则通过车载无线模块202和无线模块102将降弓操作指令发送至站台充电弓控制器101；否，则通过操作及指示输入器206提示充电极板205异常，不允许进一步充电；

步骤五：站台充电弓控制器101收到降弓指令后，站台充电弓控制器101首先通过电流电压传感器106检测两个充电弓105有无残余电压、有无残余电流以及判断两个充电弓105之间有没有短路，如无，则控制充电弓运动装置107降下两个充电弓105，并通过充电弓运动装置107的距离、力矩、压力、电流参数反馈信息，保证两个充电弓已经下降到位并分别和对应的两个充电极板205压紧接触牢靠；如有，则通过无线模块102发送信息到操作及指示输入器206中提示司机充电系统异常；

步骤六：降弓完成后，接触牢靠后，为保证安全，不能立即启动充电，而是由站台充电弓控制器101和车载充电控制器201，各再进行一遍残余电压、残余电流和短路检测，检测通过后方可进行下一步加电操作，否则提示系统故障；

步骤七：无电状态下的安全检查通过后，则站台充电弓控制器101通知车载充电控制器201开始进行充电，此时，车载充电控制器201控制主接触器204接通车辆上的动力电池208和两个充电极板205；车载充电控制器201通过CAN总线与BMS 203交互，获取当前电池电压，并发送至站台充电弓控制器101；站台充电弓控制器101通过电压电流传感器106检测到两个充电弓105上也有相应的电压后，表明动力电池208和充电极板205以及充电弓105连接准确，则启动下一步充电操作；

步骤八：站台充电弓控制器101控制主接触器104接通充电机103和两个充电弓105，通知充电机103开始充电，同时获取充电机103的充电状态；

步骤九：当充电机103提示站台充电弓控制器101充电完成，或者司机按下操作及指示输入输出器206充电结束按钮或急停按钮时，则结束充电过程：站台充电弓控制器101通知充电机103停止充电；站台充电弓控制器101切断主接触器104；车载充电控制器201切断车载主接触器204；站台充电弓控制器101控制充电弓运动装置107收起和折回两个充电弓105；站台充电弓控制器101解除和车载充电控制器201的无线连接，开放新的连接请求，以便进行下一次或下一辆车辆的充电。

由以上的步骤可知，充电弓和充电极板接触和分开的瞬间，都是不带电的操作，从而可以有效避免高压直接接触或分开瞬间导致的拉弧等危害。

优选的，虽然充电弓105的正负极板都有一定的长度，允许一定的横向偏移，依然不能偏移过大，导致充电弓和充电极板横向无法可靠接触，故可以一方面在充电站台上画出相应辅助定位的车位和车道标识501，由司机尽量在此车道和车位内停靠，同时可以安装车载的横向车道偏离检测装置207，并和车载充电控制器201相连，提示司机横向车道的偏移，以便让司机横向微调。

同样，优选的，站台上可以安装辅助摄像头110和大屏幕辅助显示器109，用于拍摄和显示车顶，以便让司机可以更好的观察和调整车辆位置；同样，优选的，辅助摄像头110的实时图像信息不但可以用于在辅助显示器109上进行显示，同时可由强大的充电弓站台控制器101采集，而后分析识别后，进一步进行位置的辅助判断。

由此可以构筑以定位传感为主，以人工标识、车道防偏、图像辅助和识别等为辅的多位一体的定位系统，保证充电弓和充电极板的正确相对位置。

具体实施例如图3所示。

站台部分包含有站台充电弓控制器301、无线模块302、充电机303、主接触器304、两个充电弓305、电压电流传感器306、翻转和压紧电缸307、电缸驱动器308、辅助显示器309、摄像头310、2个侧向定位传感器(311，312)、电源转换装置(图3中没有画出)，电源转换装置接入市电经转换后为站台部分各器件供电。

其中站台充电弓控制器301和充电机303之间通过CAN总线交互信息；站台充电弓控制器301和电缸驱动器308之间也通过CAN交互，一方面指令翻转和压紧电缸307带动两个充电弓305动作，一方面通过力矩、距离、电流等反馈信息指示接触到位。

摄像头310的图像实时显示在辅助显示器309上辅助司机进行位置微调，同时通过HDMI数字接口接入站台充电弓控制器301，由站台充电弓控制器301进行图像的判断识别，进一步提醒位置信息。

由于一般的传感器感应面积较小，所以采用了2个分开平行放置的侧向定位传感器(311，312)，安装位置保证侧向定位感应传感器409在两个侧向定位传感器(311，312)之间均为有效区域，如侧向定位感应传感器409已经感应到了一次有效信号，尚未感应到第二次有效信号，表明侧向定位感应传感器409的相对位置处于两个侧向定位传感器(311，312)之间，则此时充电弓和充电极板的位置都属于正确的。

车载部分包含有车载充电控制器401、车载无线模块402，以及本身整车的控制系统或BMS 403、车载主接触器404、充电极板405、动力电池组408、车载电压电流传感器410、侧向定位感应传感器409、充电操作显示屏406、车道偏离检测装置407；

利用充电操作显示屏406，一方面可以显示连接、定位和充电状态，另一方面也可以通过其上的按键或触摸屏进行充电操作的输入。

整个操作流程同上，从略。

凡是利用侧向定位传感系统来确定站台反向充电弓和车顶充电极板相对位置的新能源在线充电反向充电弓快速充电系统，都属于本实用新型的保护范畴。

Claims (5)

1.一种电动车辆在线快速充电系统，由站台部分和车载部分组成，车载部分安装在车辆上，站台部分安装在站台上；其特征在于：所述的站台部分包括站台充电弓控制器、无线模块、充电机、主接触器、两个充电弓、电压电流传感器、充电弓运动装置、电源转换装置、至少一个侧向定位传感器，两个反向充电弓吊装在站台上，电源转换装置接入市电经转换后为站台部分各器件供电，站台充电弓控制器连接无线模块；充电弓控制器分别与充电机、主接触器、电压电流传感器、充电弓运动装置相连；充电机和两个充电弓之间通过主接触器相连，主接触器的通断受站台充电弓控制器控制；两个充电弓的伸出、压紧、折叠或缩回则由站台充电弓控制器通过充电弓运动装置来实现；两个充电弓的线路上分别与电压电流传感器连接，电压电流传感器的采集信号进入站台充电弓控制器，站台充电弓控制器用来判断充电状态和安全保护；每个侧向定位传感器安装在站台上，侧向定位传感器接入电源后能发出非接触式的感应式信号；

所述的车载部分包括车载充电控制器、车载无线模块、整车控制装置BMS、车载主接触器、两个充电极板、操作及指示输入输出器、动力电池、侧向定位感应传感器、车载电压电流传感器,两条充电极板分别安装在车辆顶部，车载充电控制器连接车载无线模块；车载充电控制器通过CAN总线的有线通信方式与整车控制装置BMS相连；车载充电控制器分别与车载主接触器、操作及指示输入输出器、侧向定位感应传感器输出端、车载电压电流传感器相连，动力电池和两个充电极板之间通过车载主接触器相连，而车载主接触器的通断由车载充电控制器控制；车载电流电压传感器分别与两个充电极板相连，采集两个充电极板间的电压电流信息输入车载充电控制器；当车辆侧向到位后，侧向定位感应传感器感应出有效信号至车载充电控制器；操作及指示输入输出器用于指示到位状态、充电状态输出同时用于充电的操作输入，当车载部分的侧向定位感应传感器与侧向定位传感器二者位置对应时，侧向定位感应传感器即感应出到位信号至车载控制器，从而通知司机及时停车。

2.根据权利要求1所述的电动车辆在线快速充电系统，其特征在于：所述的充电弓运动装置为运动气缸或电缸。

3.根据权利要求1所述的电动车辆在线快速充电系统，其特征在于：所述的操作及指示输入输出器为充电操作显示屏。

4.根据权利要求1所述的电动车辆在线快速充电系统，其特征在于：所述站台部分还包含有辅助显示器和摄像头，摄像头安装在站台上并分别与站台充电弓控制器和辅助显示器相连。

5.根据权利要求1所述的电动车辆在线快速充电系统，其特征在于：所述的车载部分还包括车道偏离检测装置，车道偏离检测装置与车载充电控制器相连，与车道和车位辅助标识配合，输出车道偏移信号至车载充电控制器，车载充电控制器再将该信号通过操作及指示输入输出器进行指示，从而提醒司机不可偏离车道，更准确的定位。