一种接近距离自动检测顶部接触式充电系统的制作方法

本实用新型涉及电动车充电技术领域，具体为一种接近距离自动检测顶部接触式充电系统。

背景技术：

电动汽车大功率充电是为了缩短充电时间、提高车主充电消费体验、解决充电焦虑感而提出的新型充电技术。大功率充电由于充电时间短，满足电动汽车的快速补电要求，大大节约了交通运营类电动汽车的充电时间，提高了运营效率和运营收益。

在大功率充电解决方案中，顶部接触式充电系统因为其操作的便利性、安全性和充电过程的自动化而得到快速发展。顶部接触式充电系统采用下压式升降机构与电动汽车车顶充电接口接触，当升降机构降下时，会连接至已经停放好的电动汽车顶部，同时升降机构将通过充电线缆连接到电网，给新能源电动汽车充电。

但是，现有技术中，升降机构与车辆顶部接触前，仅通过与车辆的通信无法准确识别车辆位置和自动检测与车辆顶部的距离，因而不能自动判定车辆是否在正下方位置和下降距离是否超过最大行程，进一步的，也不能通过下降时候与车辆顶部的接近程度自动控制速度以实现柔性接触。无法测算行程导致的误降操作降低了用户的操作体验，频繁的刚性接触将导致设备受损，减少设备的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种接近距离自动检测顶部接触式充电系统，可以有效解决背景技术中的问题。

实现上述目的的技术方案是：一种接近距离自动检测顶部接触式充电系统，包括升降弓机构、驱动升降弓机构升降的驱动机构、与驱动机构连接的主电源以及控制驱动机构动作的控制单元；其特征在于：所述充电系统还包括距离检测模块，所述距离检测模块包括dc/dc变换器、第一超声波测距模块、温度传感器、距离变送器；

dc/dc变换器的输出端分别与第一超声波测距模块、温度传感器、距离变送器连接、用于为第一超声波测距模块、温度传感器、距离变送器提供工作电源；

第一超声波测距模块和温度传感器连接在距离变送器的输入端，距离变送器同时与控制单元通信连接，距离变送器用于接收第一超声波测距模块的探测数据以及温度传感器发送的环境温度信息、并计算出受电弓机构与充电车辆顶部的受电弓之间的距离，控制单元用于接收距离变送器发送的距离信息、并根据距离信息判断驱动机构是否动作以及动作的速度。

充电车辆根据地面的停车辅助标识停放到指定充电停车位置，当充电系统与电动车辆建立通信连接并接收到充电请求，控制单元根据距离变送器发送的距离信息判断车辆是否在行程范围内，如果车辆位置有误或超出了升降机构的行程范围，则不通过驱动机构驱动升降机构下降，如果在行程范围内则通过切换开关将指示灯颜色由绿色变换为红色，通过驱动机构驱动升降机构下降，升降机构与电动车辆的顶部接近后，控制单元通过降低驱动机构的速度，使接触板与电动车辆的充电接口柔性接触，待接触完成，控制单元控制驱动机构停止动作并开始充电。充电完成后，驱动机构驱动升降机构升起复位。

本实用新型公开的的顶部接触式充电系统，采用大功率充电技术，充电时间短，全程智能化，大大节约了交通运营类电动汽车的充电时间，提高了运营效率和运营收益。

本实用新型公开的电动汽车顶部接触式充电技术，解决了充电全过程中升降机构与电动汽车的车辆检测与行程测算问题，避免了超过行程范围的升降机构升降操作和刚性接触导致的接触部位损耗问题，进一步的，提高了充电终端与车辆接触的数字化、智能化控制水平。

进一步地，所述距离变送器包括控制芯片、数据收发器、模数转换器，控制芯片包括集成设置的控制器、计时器、寄存器、计算器，第一超声波测距模块分别连接控制芯片的控制器、计时器，温度传感器与模数转换器连接，数据收发器、模数传感器分别与控制芯片连接，指示灯通过切换开关连接控制单元，数据收发器通过rs485总线连接控制单元；

控制器用于驱动第一超声波测距模块发射超声波，计时器用于计算第一超声波测距模块发射超声波开始到第一超声波测距模块接收到超声波为止的时间信息，模数转换器用于将温度传感器发送的模拟信号转换为数字信号，寄存器用于存储时间信息、温度信息和距离信息，计算器根据温度信息确定超声波在空气中的传播速度，再将传播速度乘以时间信息得到距离信息，数据收发器用于接收控制芯片的距离信息、并发送至控制单元。

进一步地，处于充电位置的充电车辆顶部的四角正上方分别设置有第二超声波测距模块，第二超声波测距模块与距离变送器连接，距离变送器接收第二超声波测距模块的探测数据以及温度传感器发送的环境温度信息、并计算出第二超声波测距模块距离充电车辆的距离。

第二超声波测距模块用于测量车辆的停车位置是否准确，当第二超声波测距模块测量的所有距离均在设定值范围内，说明车辆停放位置准确，控制单元控制指示灯红色显示，当充电系统与电动车辆建立通信连接并接收到充电请求后，控制单元可以通过驱动机构驱动升降机构下降；当任一距离超出设定值的范围，说明车辆停放发生了偏斜，控制单元控制指示灯绿色显示，禁止通过驱动机构驱动升降机构下降。

进一步地，升降弓机构包括充电支架以及连接在充电支架两侧的直流正极充电接触板、直流负极充电接触板、信号端充电接触板和接地端充电接触板，第一超声波测距模块包括安装在充电支架下端面的中心位置。

进一步地，所述第一超声波测距模块和第二超声波测距模块均包括超声波发送器和超声波接收器。

进一步地，所述控制单元还连接有可变换红绿两种不同颜色的指示灯。当指示灯的红灯亮时，控制单元可以通过驱动机构驱动升降机构下降，当指示灯绿灯亮时，控制单元禁止通过驱动机构驱动升降机构下降，

附图说明

图1为第一实施例的系统原理图；

图2为第一实施例中的升降机构的接触板的俯视图；

图3为距离检测模块的系统原理图。

图4为第二实施例中的第二超声波测距模块在电动车辆顶部的布局俯视图；

图5为第二超声波测距模块在电动车辆顶部布置的侧视图；

图6为第二实施例的系统原理图。

具体实施方式

第一实施例

如图1-3所示，本实用新型包括升降弓机构1、驱动升降弓机构1升降的驱动机构2、与驱动机构2连接的主电源3以及控制驱动机构2动作的控制单元4，驱动机构2为直线推杆，直线推杆对应有推杆控制器，推杆控制器通过can通讯连接控制单元4，升降弓升降控制单元4属于现有充电弓配套控制系统，一般采用单片机或可编程控制器作为控制核心。

充电系统还包括距离检测模块，距离检测模块包括dc/dc变换器8、第一超声波测距模块5、温度传感器6、距离变送器7以及可变换红绿两种不同颜色的指示灯9，距离变送器7包括控制芯片7.1、数据收发器7.2、模数转换器7.3，控制芯片7.1包括集成设置的控制器7.11、计时器7.12、寄存器7.14、计算器7.13。

dc/dc变换器8的输出端分别与第一超声波测距模块5、温度传感器6、距离变送器7连接、用于为第一超声波测距模块5、温度传感器6、距离变送器7提供工作电源；第一超声波测距模块5分别连接控制芯片7.1的控制器7.11、计时器7.12，温度传感器6与模数转换器7.3连接，数据收发器7.2、模数传感器7.3分别与控制芯片7.1连接，指示灯9通过切换开关10连接控制单元4，数据收发器7.2通过rs485总线连接控制单元4。

控制器7.11用于驱动第一超声波测距模块5发射超声波，计时器7.13用于计算第一超声波测距模块5发射超声波开始到第一超声波测距模5块接收到超声波为止的时间信息，模数转换器7用于将温度传感器6发送的模拟信号转换为数字信号，寄存器7.14用于存储时间信息、温度信息和距离信息，计算器7.1.3根据温度信息确定超声波在空气中的传播速度，再将传播速度乘以时间信息得到距离信息，数据收发器用于将距离信息发送至控制单元4，控制单元4用于接收数据收发器7.2发送的距离信息、并根据距离信息判断驱动机构2是否动作以及动作的速度。

现有升降弓机构1包括有充电弓支架1.1、直流正极充电接触板1.2、直流负极充电接触板1.3、信号端充电接触板1.4和接地端充电接触板1.5，其俯视图如图2所示，直流正极充电接触板1.2、直流负极充电接触板1.3位于对角线上，信号端充电接触板1.4和接地端充电接触板1.5位于对角线上，信号端充电接触板1.4用于接收电动车辆反馈的数据信号，比如电动车辆的电量数据，接地端充电接触板1.5用于接地。

第一超声波测距模块5包括超声波发送器5.1和超声波接收器5.2、并安装在充电弓支架1.1下端面的中心位置，温度传感器6安装在充电弓支架1.1上。

本实用新型的工作原理：充电车辆根据地面的停车辅助标识停放到指定充电停车位置，工作时，距离变送器7根据第一超声波测距模块5检测的超声波传播时间信息和温度传感器6检测的环境温度信息换算成距离检测结果发送给控制单元4，当距离在升降弓机构1下降行程范围内时，控制单元4通过切换开关10控制指示灯8红色显示。

当充电系统与电动车辆建立通信连接并接收到充电请求后，控制单元4通过驱动机构2驱动升降机构1下降，当下降到距车辆顶部）距离达到设定阈值时（阙值大小一般为100mm），控制单元4通过驱动机构2降低升降机构1的下降速度，使直流正极充电接触板1.2、直流负极充电接触板1.3、信号端充电接触板1.4和接地端充电接触板1.5与电动车辆顶部的受电弓缓慢接触，当信号端充电接触板1.4检测到连接时，控制单元4控制驱动机构2停止动作并开始充电。充电完成后，驱动机构2驱动升降机构1升起复位。

若距离超出升降机构1下降行程范围时，控制单元4通过切换开关10控制指示灯4绿色显示，当充电系统与电动车辆建立通信连接并接收到充电请求后，控制单元4禁止驱动机构2驱动升降机构1下降。

第二实施例

如图4-5所示，第二实施例与第一实施例的系统基本相同，不同点在于：处于充电位置的充电车辆12顶部的四角正上方分别设置有第二超声波测距模块11，第二超声波测距模块11安装在支架13上，支架13固定在地面上，第二超声波测距模块11与距离变送器7连接，距离变送器7接收第二超声波测距模块11的探测数据以及温度传感器6发送的环境温度信息、并计算出第二超声波测距模块11距离充电车辆12的距离，具体与第一超声波测距模块5的计算原理相同。

第二超声波测距模块11用于测量车辆的停车位置是否准确，当第二超声波测距模块11测量的所有距离均在设定值范围内，说明车辆停放位置准确，控制单元4控制指示灯9红色显示，当充电系统与电动车辆建立通信连接并接收到充电请求后，控制单元4可以通过驱动机构2驱动升降机构1下降；当任一距离超出设定值的范围，说明车辆停放发生了偏斜，控制单元4控制指示灯9绿色显示，禁止通过驱动机构2驱动升降机构1下降。