一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置的制作方法

本发明涉及机械式停车设备领域，具体涉及在垂直循环停车设备增加安装带控制导引功能的电动汽车充电装置。

背景技术：

随着汽车保有量的增加，停车场地不足的问题日趋明显，机械式停车设备已得到广泛应用，其中垂直循环类机械式停车设备（以下简称垂直循环停车设备）因结构简洁、性价比高而逐渐扩大市场份额。另外，随着形势的发展、政策的引导以及用户的选择，电动汽车的使用处在快速增加时期。目前使用的垂直循环停车设备没有安装电动汽车充电装置；或者，只提供没有控制导引功能的单相交流电源简易充电装置，安全性、可靠性差，智能化程度低。为此，有必要为垂直循环停车设备专门设计、配套带控制导引功能的电动汽车充电装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计出一种在垂直循环停车设备的每一个载车板之上安装，结构简单、智能化程度高的控制导引充电装置。本发明的原理和部件不仅适用于新制作的垂直循环停车设备，还可以直接应用于已在使用的垂直循环停车设备。

为实现上述目的，本发明一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置（以下简称“充电装置”），其基础技术方案的特征在于：所述充电装置安装在垂直循环停车设备之上，一组停车设备安装一套，每套充电装置包括外部电源线路、充电接口单元、无线通讯网络、控制单元。

所述外部电源线路的作用是向电动汽车充电提供所需的电力以及向充电接口单元的电源模块提供所需的电力；外部电源线路是包括一根相线、一根零线的单相交流电源或者是包括三根相线、一根零线的三相交流电源，这些线路由表面裸露的导电线或板状导电体组成，这些导电线或板状导电体围绕设备的载车板环状运行轨道架设，与载车板运行轨道平行且互相绝缘，每套充电装置安装一组。

按照规范要求，为电动汽车充电的外部装置若采用交流电慢充模式，则与电动汽车充电机连接的充电插座统一规定为由三根相线l1、l2、l3以及一根零线、一根地线组成（未计控制导引信号线），以满足三相交流电供电方式的需求；若采用单相交流电供电方式，则该单相交流电接入l1，l2、l3为空。

所述充电接口单元的数量与停车设备的载车板数量相同，并与载车板一一对应，安装在载车板之上。

充电接口单元的一端是分别与外部电源线路的一系列导电线或板状导电体接通的外部电源输入的端部接口，该端部接口通过弹性夹紧装置夹持导电线或板状导电体，当载车板沿运行轨道位移的时候，充电接口单元跟随载车板同步位移，其端部接口的弹性夹紧装置始终与导电线或板状导电体保持紧密接触，沿导电线或板状导电体的表面滑移；该端部接口的数量与导电线或板状导电体的数量相同，并一一对应设置，其电气参数特性与充电装置设定的充电方式以及最大充电电流相匹配。

垂直循环停车设备的结构和运行特点是载车板的运行轨道环状闭合，在载车板重力以及相关铰链结构的作用下，载车板始终以水平平衡状态沿运行轨道作环状往复绕行；充电接口单元的端部接口通过弹性夹紧装置夹持导电线或板状导电体的具体做法参考起重设备的行车其中通过弹性夹紧装置夹持板状导电体获取电力相关装置以及参考电车顶部其中通过弹性夹紧装置夹持导电线获取电力相关装置的做法。

充电接口单元的另一端分为两个部件；第一个部件是电源输出部件，包括通断开关、插座；其中，通断开关设置在夹持导电线或板状导电体的端部接口与电源输出部件的插座之间，前端接入端部接口的输出接线端口，后端接入插座的输入接线端口，由充电接口单元的接口管理部件输出信号控制通断；插座的插口包括从端部接口转接的电源线以及从接口管理部件单片机接入的信号线，其设置方式采用以下方式的其中一种：方式一，直接接入电动汽车充电插头，对电动汽车充电传输电力，插座的插口数量、结构尺寸参数与电动汽车充电插头相匹配；方式二，接入独立活动电缆的供电插头，通过独立活动电缆对电动汽车充电传输电力，插座的插口数量、结构尺寸参数与独立活动电缆的供电插头相匹配。通断开关优选采用交流接触器，通过信号控制继电器通断进而控制该交流接触器通断。

上述插座插口设置方式一应用于电动汽车传导充电连接装置相关国家标准的连接方式a或连接方式b；方式二应用于相关国家标准的连接方式b。

按照规范要求，电动汽车充电机采用交流电慢充模式的充电插头统一规定为由三根相线l1、l2、l3以及一根零线、一根地线组成（未计控制导引信号线），以满足三相交流电供电方式的需求；若采用单相交流电供电方式，则该单相交流电接入l1，l2、l3为空。

充电接口单元另一端的第二个部件是接口管理部件，该部件包括控制导引接口、无线收发模块、单片机、可充电电池、电源模块；其中：

控制导引接口是与电动汽车充电机的信息交互接口，包括充电连接确认的cc信号接口、发送pwm信号的cp控制导引接口，其结构尺寸参数、接口电气参数特性按国家相关标准；控制导引接口还包括至少两个与充电状态相关的信号检测点；检测点之一是判断充电装置一侧是否已完全连接的信号检测点；检测点之二是判断车辆是否处于可充电状态的信号检测点；控制导引接口还包括对充电电流的实时检测电路。

无线收发模块的作用是使得所在的充电接口单元作为充电装置的无线通讯网络的一个从机。

单片机作为接口管理单元的主控芯片，始终处于运行状态，其输入/输出接口分别连接与控制导引信号相关的接口、通断开关的控制输出信号以及连接无线收发模块；单片机从无线收发模块得到充电装置控制单元发出的指令，通过无线收发模块向充电装置控制单元发送包括开始充电、实时充电电流、当前电动汽车电池电量、停止充电在内的相关信息。

可充电电池的作用是向接口管理部件的电子元器件供电。

电源模块包括整流、稳压功能，向可充电电池充电，其输入端接入电源输出部件的通断开关前级的一根相线和一根零线的端子之上，输出端与可充电电池的充电电源输入端连结，能够向可充电电池充电。

所述无线通讯网络包括至少一个主机和若干个从机；其中，充电装置的每一个充电接口单元作为该无线通讯网络的一个从机，停车设备人机界面作为该无线通讯网络的一个主机，该人机界面包括单片机和无线信息收发模块。

根据本技术方案的实际情况，该无线通讯网络优选采用rs485串行无线通讯网络或者无线通讯can(controllerareanetwork)控制器局域网。

所述控制单元是停车设备人机界面的单片机；控制单元接收各个充电接口单元通过无线通讯网络发送的当前充电信息，并进行相应的控制管理；当所有正在对电动汽车进行充电的充电接口单元的实际充电电流合计或者当外部电源线路的当前充电电流已经达到充电装置的额定总电流的时候，即通过无线通讯网络对车辆电池电量相对较充足的对应充电接口单元发送减少充电电流的指令或者发送切断通断开关的指令、停止充电，以保证其他电动汽车新增的充电需求。

充电装置的充电运行基本过程是：

首先，充电接口单元接口管理部件的单片机通过cc信号接口检测确认外部电源线路至插座之间的线路是否处于正常连接状态；然后，电动汽车充电机的充电管理单元通过cc1信号接口检测确认电动汽车充电插头是否已经连接成功；第三步是充电接口单元接口管理部件的单片机通过cp控制导引接口向电动汽车充电机发送预先设定的充电装置最大充电电流的pwm信号；第四步是充电接口单元接口管理部件的单片机检测电动汽车充电机是否已经做好充电准备，是否处于可充电状态；当上述工作完成、且所有判断都是ok，充电接口单元接口管理部件的单片机才发送控制信号，使得通断开关导通，外部电力通过充电接口单元向电动汽车充电机供电，电动汽车充电机向电动汽车电池充电，正式进入充电过程。

在充电过程中，充电接口单元接口管理部件的单片机对与充电状态相关的信号检测点进行不间断检测，确认充电连接充电装置的连接状态和电动汽车是否处于可充电状态；当充电接口单元接口管理部件的无线收发模块接到充电装置控制单元发来调整充电最大电流的指令时，充电接口单元接口管理部件的单片机立即通过cp控制导引接口向电动汽车充电机发送改变最大充电电流的pwm信号；当充电接口单元接口管理部件的单片机检测到充电连接装置连接状态不正常或者出现不可充电状态或者出现充电结束条件或者检测到电动汽车充电机处于停止充电状态或者接到充电装置控制单元发送的断开通断开关的指令，立即发送控制信号，使得通断开关断开，切断外部电源对电动汽车充电机的供电；充电过程的状态变化信息（包括连接状态、开始充电、实时充电电流、电动汽车电池当前电量、充电结束等）由充电接口单元接口管理部件的无线收发模块发送至充电装置控制单元。

当载车板处于设备的出入车位置，充电接口单元接口管理部件的单片机立即发送控制信号，使得通断开关断开，切断外部电源对电动汽车充电机的供电，以确保操作安全。

由于充电接口单元内部设置有可充电电池，故即使通断开关处于断开状态，接口管理部件其中的单片机、控制导引接口、无线收发模块始终由可充电电池供电，处于工作状态。

当充电接口单元通断开关处于导通状态，外部电力向充电接口单元的电源模块供电。

进一步地，本发明一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置，上述基础技术方案的改进方案，其特征在于：所述无线通讯网络的主机是停车设备控制系统，该控制系统包括单片机和无线信息收发模块；所述控制单元是控制系统的单片机。

这个改进的技术方案在垂直循环停车设备人机界面由第三方提供时采用，利用设备控制系统的资源，减少增加硬件的费用。

进一步地，本发明一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置，上述所有技术方案应用于共享电动汽车，其特征在于：所述充电装置应用于专门停放共享电动汽车的垂直循环停车设备时，电动汽车充电单元发出的当前电池电量信息以及电池充电完成信息作为停车设备自动调度的依据，停车设备控制系统能够作出智能判断，首先把充电完成的车辆调度给准备使用的客户；当没有车辆完成充电，也能够把电量相对最充足的车辆调度给准备使用的客户；同时，相关信息在设备人机界面的显示模块进行显示提示，为客户的自主选择车辆提供参考。

当本充电装置用于共享电动汽车的时候，用户选择使用的车辆通常是已经充满电或者当前充电容量相对最多的车辆，这个技术方案就是基于上述考虑而设计。

进一步地，本发明一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置，上述所有技术方案作出改进，其特征在于：所述充电装置充电接口单元活动部件的控制导引接口其中充电连接确认的cc信号接口以及发送pwm信号的cp控制导引接口，根据与电动汽车充电机的信息交互需要，改为与电动汽车充电机通讯接口相匹配的通讯接口。

本改进方案能够适应改用通讯接口完成信息交互的应用场合。

进一步地，本发明一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置，上述所有技术方案能够安装在已经处于使用状态的垂直循环停车设备，原设备除增加本充电装置之外，无需进行其他改动。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：能够在垂直循环停车设备的所有载车板之上安装本发明的电动汽车充电装置，能够实现与电动汽车充电机的信息交互，能够智能判断本充电装置以及电动汽车充电机的充电线路连接可靠性以及电动汽车是否处于可充电状态，能够在基本不改变现有已在使用的垂直循环停车设备的结构和控制的基础上增加安装本发明的电动汽车充电装置，且与新产品的使用效果完全一致。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图作详细说明。

附图说明

图1、图2、图3为本发明一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置其中一个实施例在不同状态下的等效电路图。

上述各图：1外部电源线路；1-1相线；1-2零线；1-3地线；1-4设备接地；3充电接口单元；3-1端部接口；3-2通断开关；3-3插座；3-4单片机；4独立活动电缆；4-1供电插头；4-2车辆插头；5电动汽车；5-1充电机；5-2车辆插座；5-3充电管理单元；5-4车辆接地；c1检测点一；c2检测点二；c3检测点三；c4检测点四；cc装置端接地确认；cc1车辆端接地确认；d1二极管；pe地线中段；r1电阻一；r2电阻二；r3电阻三；r4电阻四；s1开关一；s2开关二；s3锁止电子开关。

其中：图1是充电装置的充电接口单元3与独立活动电缆4以及独立活动电缆4与电动汽车5均处于分离状态。

图2是充电装置的充电接口单元3与独立活动电缆4以及独立活动电缆4与电动汽车5处于连接状态，但电动汽车5未进入正常充电状态。

图3的主要连接状态与图2相同，且电动汽车5处于正常充电状态。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的保护范围不限于以下所述。

电动汽车充电设施是实现电动汽车推广应用和商业化运营的基础。2011年底，国家正式颁布、实施电动汽车传导充电用连接装置系列标准；2015年底，相关标准进行了修订并颁布实施。

在停车设备之上设置电动汽车充电设施，从使用安全角度以及供电线路合理负荷角度考虑，适宜采用交流充电的方式。在相关标准中，提出了三种电动汽车交流充电模式，三种模式的区别在于连接交流电网的方式不同。模式一使用符合gb2099.1的单相或三相插头插座，在电源侧装有剩余电流保护器。模式二同样使用标准化的插头插座，在充电连接电缆上装有缆上控制盒。模式三使用专用的供电设备，在专用供电设备上装有控制导引装置，将电动汽车与电网直接相连。充电模式对应的连接方式也有三种，方式a使用与电动汽车永久连接的充电电缆和供电插头，方式b使用带有车辆插头和供电插头的独立活动电缆，方式c使用和供电设备永久连接的充电电缆和车辆插头。

由于方式b能够通过更换合适的车辆插头的独立活动电缆以适配不同规格车辆插座的电动汽车，故更具通用性。因此，目前国内主流的交流充电设备多采用充电模式三、连接方式b，当然，对比方式a和方式c，方式b要相对复杂一些。

本发明提供的技术方案设置有控制导引装置，属于专用供电设备，且同时适用于上述三种连接方式。所提供实施例以采用充电模式三以及连接方式b进行描述。

如图1、图2、图3所示，为本发明一种垂直循环停车设备的控制导引充电装置其中一个实施例在不同状态下的等效电路图，相关等效电路图主要显示该控制导引充电装置的其中一个载车板的充电接口单元从与电动汽车5彻底分离到与电动汽车5完全连接并向电动汽车5充电的相关过程。

其中，图1所示为充电装置的充电接口单元3与独立活动电缆4以及独立活动电缆4与电动汽车5均处于分离状态。

图中可见，最上方显示为外部电源线路1，外部电源线路1为单相交流电供电，由相线1-1、零线1-2以及地线1-3组成，为表面裸露的导电线或板状导电体；地线1-3接入设备接地1-4；该外部电源线路1向设备的所有载车板的充电接口单元3供电，本图显示其中的一个充电接口单元3。

图中可见，位于充电接口单元3的一端（图示为充电接口单元3的上方）为端部接口3-1，该端部接口3-1通过弹性夹紧装置夹持外部电源线路1的导电线或板状导电体，其接口数量与外部电源线路1的导电线或板状导电体的数量相同，并一一对应。

图中可见，充电接口单元3的另一端（图示为充电接口单元3的右方）为插座3-3；插座3-3的插口数量与独立活动电缆4的供电插头4-1的插头数量相同，除相线、零线、地线之外，还包括信号线之一的装置端接地确认cc以及信号线之二的导引控制cp；在插头连接端3-1于插座3-3之间，设置有通断开关3-2；如前所述，通断开关3-2由充电接口单元3的接口管理部件的单片机3-4输出信号控制通断。

如前所述，充电接口单元3内部设置有接口管理部件。为清晰起见，本实施例相关附图中，接口管理部件其中的无线收发模块、可充电电池、电源模块均不作显示。

图中可见充电接口单元3内部设置的单片机3-4的相关控制导引接口包括：装置端接地确认cc的检测点一c1、充电状态信号确认的检测点二c2；其他接口包括+12v输出、pwm输出；上述控制导引接口的信号直接接入单片机3-4，单片机3-4的+12v输出以及pwm输出通过开关一s1实现二选一转接。

图示中间位置为独立活动电缆4，其左侧为能够与充电接口单元3的插座3-3连接的供电插头4-1（包括与地线中段pe左侧短接的装置端接地确认cc以及pwm信号输入端），右侧为能够与电动汽车5的车辆插座5-2连接的车辆插头4-2（包括与地线中段pe右侧通过锁止电子开关s3、电阻四r4接入的车辆端接地确认cc1以及pwm信号输出端）；图中所示，独立活动电缆4与充电接口单元3当前处于分离状态，与电动汽车5当前处于分离状态。

图示右侧为电动汽车5；电动汽车5内部设置有充电机5-1、充电管理单元5-3，通过车辆插座5-2能够与独立活动电缆4的车辆插头4-2连接。

图2所示，是在图1的基础上，插座3-3与供电插头4-1连接，使得独立活动电缆4与充电接口单元3处于连接状态；车辆插座5-2与车辆插头4-2连接，使得独立活动电缆4与电动汽车5处于连接状态。图2的状态相当于电动汽车5已经停放在的载车板之上，然后连接好独立活动电流4，与充电相关的所有准备措施已经执行到位，下一步动作是进入相关状态检测，然后进入正常充电阶段。

图3所示的主要连接状态与图2相同，而且，开关二s2处于导通状态，开关一s1转换至发送pwm信号的状态，表示电动汽车5处于正常充电状态。

以下参照图3所示，简述上述实施例的控制导引过程。

控制导引电路的主要功能包括：(1)确认充电接口连接状态；(2)实现通断控制；(3)识别充电接口载流能力；(4)识别充电接口传输最大供电电流；(5)检查保护接地状态。

在实施正常充电动作之前，s2处于断开状态，开关一s1转换至接通+12v状态。

单片机3-4首先对检测点二c2进行监测，判断插座3-3与供电插头4-1是否已经有效连接；当确认有效连接之后，即对检测点一c1进行监测，判断电动汽车是否处于允许供电的状态；充电管理单元5-3对检测点三c3进行监测，判断车辆插座5-2与车辆插头4-2连接是否已经有效连接；当确认有效连接之后，即发出信号使得开关二s2闭合导通。

假设电阻一r1、电阻二r2、电阻三r3的阻值分别1k、1.3k、2.7k；单片机3-4对检测点一c1进行监测的结果，得出以下三种状态：

状态一：充电接口（车辆插座5-2与车辆插头4-2）未完全连接。此时测量到检测点一c1的标称电压为12v。

状态二：充电接口（车辆插座5-2与车辆插头4-2）已完全连接，但电动汽车5未准备就绪(开关s2未闭合)，此时测量到检测点一c1的标称电压约为9v。当单片机3-4判断充电装置自身无故障，即主动将开关s1从连接+12v状态切换至连接pwm发送的状态，pwm的波形为具有可调占空比的矩形脉冲，该矩形脉冲在检测点一c1能够被检测，矩形脉冲的占空比与充电装置可提供的最大连续电流值具有相关性。

状态三：充电装置正常工作；电动汽车5的充电机5-1自检无故障且判断车辆插座5-2与车辆插头4-2连接已经有效连接，控制开关二s2闭合导通，此时测量到检测点一c1的标称电压约为6v。

当单片机3-4判断到状态三，即输出信号控制通断开关3-2闭合导通，交流供电回路全线接通，进入正常充电过程。

在正常充电过程中，充电机5-1以充电接口单元允许的额定电流以及当前最合适的充电电流这两者之间的最小值对动力电池进行恒流充电，当单片机3-4检测到信号异常时，即切断交流供电回路，充电机5-1停止充电。或者，当充电管理单元5-3检测到信号异常时，即控制开关二s2断开，触发单片机3-4切断交流供电回路，充电机停止充电。

发生充电异常的原因主要有：(1)机械锁止机构被解除，通过检测点三c3判断锁止电子开关s3由合变分；(2)相关连接从完全连接变为断开，通过检测点四c4判断pwm信号消失，或者通过检测点一c1电压从+6v变为+12v；(3)接地异常，通过检测点二c2判断电压由0v变为+12v。

上述实施例采用连接方式b。若采用连接方式c，即使用和本充电装置永久连接的充电电缆和车辆插头，则更安全、简约。此时，只需取消上述各图的插座3-3以及供电插头4-1，两者之间短接（相当于永久连接），相关检测、控制原理不变；类似地，也可以采用连接方式a；这里不作赘述。

本发明所述技术方案其中与载车板运行、控制相关以及与单片机控制、无线通讯网络相关的技术、设施在行业上是已经非常成熟的通用技术，且在前述文字已有详细描述，这里不作赘述。

至于控制导引，国家标准已经有严格的规范，相关技术是成熟、通用技术，这里不作赘述。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。