用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电系统及方法与流程

本发明涉及一种新能源车的充电系统及方法，尤其涉及一种用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电系统及方法。

背景技术：

目前，新能源商用车顶部接触式充电系统得到了大力的推广和应用，由于接触式充电弓能够提供大容量充电电流，充电时间很短，因此充电场内不需要为每一辆车配置一套充电弓系统。但现有技术的接触式充电弓系统都是单弓配置的，当多辆新能源车在充电场站内需要进行集中充电时，现有技术的接触式充电弓系统需要在一辆车完成充电并移出充电位后，再将另一辆需要充电的车辆移入充电位置进行充电，车辆的移入、移出需要占用很多的时间，导致充电效率大大降低；同时，车辆移入充电位置后，充电人员需要手动重启充电弓系统的充电过程，增加了时间的耗费，进一步降低了充电效率。

中国发明专利申请cn201711313453.x公开了一种大功率链式充电弓，包括链条仓、设置于链条仓内的左支撑链和右支撑链、支撑链驱动机构和用于与车顶受电极接触的充电极，通过链轮和链条的配合传动实现安装板的微调，使得安装板上的两个充电极与车顶的受电极均可以充分稳定接触并保有一定的压力，从而保证充电的效率、可靠性与稳定性。但该充电弓为固定式安装，仅通过上下移动调节提高充电弓的接触有效性，无法满足多车充电的需求及自动控制，充电效率较低。

中国实用新型专利zl201720963203.x公开了一种充电弓搭接调整结构和充电弓，该充电弓搭接调整结构包括动力子机构、伸缩子机构、传动子机构、充电弓搭接调整子机构和充电弓头。通过该充电弓搭接调整结构能在有限的范围内调整充电弓的高度和角度，从而确保充电过程中受电弓的铜排与充电弓的铜排接触良好，无法满足多车充电的需求及自动控制，充电效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电系统，能满足采用顶置接触式充电系统的新能源车在充电场站进行集中充电的需求，极大的提升了车辆集中充电的充电效率。

本发明的目的之二在于提供一种用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电方法，能集中充电的车辆进行排序并通过充电弓的精准移动依次完成车辆的集中全自动充电，无需人为干预，提高了充电效率。

本发明是这样实现的：

一种用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电系统，包括：

充电停车区域，所述的充电停车区域由若干个停放车辆的充电停车位构成；

充电架，所述的充电架设置在充电停车区域上方；充电架包括移动导轨和设置在移动导轨上的充电弓模块，充电弓模块能通过移动导轨水平移动至待充电的车辆上方，并降弓至与车辆的充电弓对接端模块接触式充电；

充电柜，所述的充电柜设置在充电场站内；充电柜与充电弓模块连接，充电柜为充电弓模块配电并控制充电弓模块沿移动导轨水平移动；

充电调度模块，所述的充电调度模块设置在充电场站后台，充电调度模块与充电柜连接，用于控制充电柜启动充电程序；

车辆信息识别模块，所述的车辆信息识别模块设置在充电停车区域内；车辆信息识别模块的输出端与充电调度模块的输入端连接，用于识别充电停车位内的车辆并将车辆信息及其对应的停车位信息发送至充电调度模块。

所述的充电弓模块包括充电弓和充电弓框架；充电弓通过机械装置安装在充电弓框架上并能通过机械装置沿z轴纵向升降，充电弓与充电柜的配电模块连接，由配电模块为充电弓配电并经充电弓对接端模块为车辆充电；移动导轨的输入端与充电柜的充电控制模块的输出端连接，充电弓框架安装在移动导轨上，充电控制模块能控制充电弓框架沿移动导轨在y轴方向上水平移动，同时控制移动导轨沿充电架在x轴方向上水平移动，使充电弓与充电弓对接端模块初步定位。

所述的充电弓模块还包括位置识别模块，位置识别模块的输出端与充电调度模块的输入端连接，位置识别模块识别充电弓对接端模块的精确位置并发送至充电调度模块；充电调度模块的输出端与充电柜的充电控制模块的输入端连接，充电调度模块通过充电控制模块控制充电弓模块和移动导轨移动，使充电弓与充电弓对接端模块精细定位。

所述的集中式全自动顶部接触充电系统还包括车辆调度模块，车辆调度模块设置在充电场站后台并与充电调度模块连接，用于将合法车辆信息发送至充电调度模块。

所述的车辆上设有第一通信模块，充电弓模块上设有第二通信模块，第一通信模块与第二通信模块无线连接，使车辆能与充电弓模块相互通信。

所述的车辆上设有车辆信息模块，车辆信息模块与车辆信息识别模块无线连接，在车辆达到充电停车位后，车辆信息模块向车辆信息识别模块发送车辆信息，并通过车辆信息识别模块发送至充电调度模块。

所述的车辆上设有储能控制模块，充电柜内设有充电控制模块，储能控制模块通过第一通信模块与充电控制模块无线连接。

一种用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电方法，包括以下步骤：

步骤1：一辆或若干辆车辆分别进入充电场站的充电停车位，并通过车辆信息识别模块识别车辆信息；

步骤2：车辆信息识别模块将车辆信息发送至充电调度模块，并通过充电调度模块进行充电调度；

步骤3：充电调度模块将车辆的车辆信息及其所在的充电停车位的位置信息和充电指令发送至充电柜，启动充电程序，并同时执行步骤4和步骤5；

步骤4：充电柜的充电控制模块控制充电弓模块通过移动导轨移动并对准待充电的车辆的充电弓对接端模块；

步骤5：启动充电弓模块的第二通信模块与车辆的第一通信模块之间的通信功能；

步骤6：位置识别模块判断充电弓是否移动到位，若是，则执行步骤7，若否，则返回步骤4；

步骤7：充电弓通过充电弓框架上的机械装置降弓到位，充电弓与充电弓对接端模块匹配对接，开始为车辆充电；

步骤8：充电调度模块判断该车辆是否充电完成，若是，则执行步骤9，若否，则继续充电；

步骤9：通过充电弓框架上的机械装置将充电弓升弓到位，充电调度模块判断所有待充电车辆是否均完成充电，若是，则执行步骤10，若否，则返回步骤4，根据指令继续为下一辆待充电的车辆充电；

步骤10：充电柜的充电控制模块控制充电弓模块经移动导轨返回到原始位置；

步骤11，断开充电弓模块的第二通信模块的通信功能，结束充电任务。

所述的充电调度模块进行充电调度的方法是：车辆的车辆信息模块将车辆信息发送至车辆信息识别模块，车辆信息识别模块将车辆信息发送至充电调度模块，车辆调度模块将合法车辆信息发送至充电调度模块，充电调度模块将收到的车辆信息与合法车辆信息进行比对，并基于“先入先出”的原则确定所有合法的车辆的充电顺序。

所述的充电弓模块的移动方是：

步骤4.1：充电柜的充电控制模块控制充电弓模块沿x轴和y轴水平移动到待充电的车辆所在的充电停车位的上方，完成充电弓的初步定位；

步骤4.2：位置识别模块自动识别充电弓对接端模块的位置，并将位置信息发送至充电调度模块；

步骤4.3：充电调度模块通过充电柜的充电控制模块控制充电弓模块经移动导轨沿x轴和y轴水平移动，直到能与车辆的充电弓对接端模块匹配对接的位置，完成充电弓的精细定位。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明采用充电调度模块对所有车辆进行排序，并通过充电柜控制充电弓模块自动移动到位，从而依次完成车辆的集中充电，整个过程无需移动车辆，也无需人为干预，大大节省了人力资源，并缩短了充电时间，大大提高了充电场站的充电效率。

2、本发明采用车辆信息识别模块采集待充电车辆的车辆信息，并结合车辆调度模块的合法车辆信息，对车辆进行识别，并基于“先入先出”的原则进行排序，确保了车辆集中充电的有序性、可靠性和安全性。

3、本发明采用充电架、移动导轨和充电弓框架实现了充电弓沿x轴、y轴和z轴的移动，从而实现了充电弓与充电弓对接端模块的精细定位，确保了接触式充电的良好接触和高效充电。

4、本发明的控制流程简单，易于操作，具有非常高的应用价值和经济效益，尤其适用于纯电动商用车(包括客车)、混合动力商用车、燃料电池商用车、超级电容商用车等采用顶部接触式充电系统的车辆的集中全自动充电。

综上所述，本发明能对集中充电的车辆进行排序，并通过合理的排序、配电以及充电弓的移动控制，极大的提升了充电场站对车辆的充电效率，整个过程无需移动车辆，也无需人为干预，对于车辆顶部接触式充电系统的推广和应用具有非常大的价值。

附图说明

图1是本发明用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电系统的布设示意图；

图2是本发明用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电系统的原理框图；

图3是本发明用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电方法的流程图。

图中，1充电停车位，2车辆，21充电弓对接端模块，22第一通信模块，23车辆信息模块，24储能控制模块，3充电架，31充电弓模块，311充电弓，312第二通信模块，313位置识别模块，314充电弓框架，32移动导轨，4充电柜，41配电模块，42充电控制模块，5充电调度模块，6车辆信息识别模块，7车辆调度模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1和附图2，一种用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电系统，包括：

充电停车区域，所述的充电停车区域由若干个充电停车位1构成，每个充电停车位1能停放一辆待充电的车辆2。

充电架3，所述的充电架3设置在充电停车区域上方；充电架3包括移动导轨32和设置在移动导轨32上的充电弓模块31，充电弓模块31通过移动导轨32水平移动至待充电的车辆2上方，并降弓至与车辆2的充电弓对接端模块21接触式充电。

充电柜4，所述的充电柜4设置在充电场站内；充电柜4与充电弓模块31连接，充电柜4为充电弓模块31配电并控制充电弓模块31沿移动导轨32水平移动。

充电调度模块5，所述的充电调度模块5设置在充电场站后台，充电调度模块5与充电柜4连接，用于控制充电柜4启动充电程序；充电调度模块5能根据接收到的充电控制模块42、车辆信息识别模块6及车辆调度模块7的信息，进行分析、判断，做出决策，调度分配充电场站、充电弓模块31及充电功率，同时把待充电的车辆2所在的充电停车位1的位置信息发送给充电柜4。

车辆信息识别模块6，所述的车辆信息识别模块6设置在充电停车区域内，车辆信息识别模块6的输出端与充电调度模块5的输入端连接，用于识别充电停车位1内的车辆2并将车辆信息及其对应的停车位信息发送至充电调度模块5。

所述的集中式全自动顶部接触充电系统还包括车辆调度模块7，车辆调度模块7设置在充电场站后台并与充电调度模块5连接，用于将合法车辆信息发送至充电调度模块5，使充电调度模块5能在确定充电车辆顺序时甄别合法充电车辆。

所述的车辆2上设有第一通信模块22，充电弓模块31上设有第二通信模块312，第一通信模块22与第二通信模块312无线连接，使车辆2能与充电弓模块31相互通信。车辆2与充电弓模块31的通信方式可以采用wifi，wifi通信需要遵循ieee802.11a/b/g/n协议。wifi通讯的安全机制为wpa2，加密类型为aes，wifi通讯的tcp/ip层协议使用udp协议。

所述的车辆2上设有车辆信息模块23，车辆信息模块23与车辆信息识别模块6无线连接，在车辆2达到充电停车位1后，车辆信息模块23可通过wifi或蓝牙等无线通信的方式向车辆信息识别模块6发送车辆信息，并通过车辆信息识别模块6发送至充电调度模块5，便于充电调度。

所述的车辆2上设有储能控制模块24，充电柜4内设有充电控制模块42，储能控制模块24通过第一通信模块22与充电控制模块42无线连接，第一通信模块22与充电控制模块42之间可采用wifi实现无线通信，储能控制模块24主要用于对安装在车辆2上的储能系统进行管理和控制，尤其在充电时可与充电柜4进行通信，用于交互充电信息。

所述的充电弓模块31包括充电弓311、位置识别模块313和充电弓框架314；充电弓311通过机械装置安装在充电弓框架314上并能通过机械装置沿z轴纵向升降，充电弓311与充电柜4的配电模块41连接，由配电模块41为充电弓311配电并经充电弓对接端模块21为车辆2充电；移动导轨32的输入端与充电柜4的充电控制模块42的输出端连接，充电弓框架314安装在移动导轨32上，充电控制模块42能控制充电弓框架314沿移动导轨32在y轴方向上水平移动，同时控制移动导轨32沿充电架3在x轴方向上水平移动，使充电弓311与充电弓对接端模块21初步定位。配电模块41负责将电网的交流电转换为车辆储能系统可接受的直流电或交流电（主要是电的频率和电压），并根据接收到的充电控制模块42的指令，把电能配送给相应的充电弓模块31。其中，x轴方向为平行于充电停车位1长度方向的水平方向，y轴方向为平行于充电停车位1宽度方向的水平方向，z轴方向为垂直于地面的方向。

所述的充电弓311移动范围应当能覆盖整个充电停车区域，确保所有充电停车位1上的车辆2均能被有序、可靠的充电。

所述的充电弓模块31还包括位置识别模块313，位置识别模块313的输出端与充电调度模块5的输入端连接，位置识别模块313识别充电弓对接端模块21的精确位置并发送至充电调度模块5；充电调度模块5的输出端与充电柜4的充电控制模块42的输入端连接，充电调度模块5通过充电控制模块42控制充电弓模块31和移动导轨32移动，实现充电弓311与充电弓对接端模块21的精细定位，确保充电弓311与充电弓对接端模块21在x轴和y轴方向上的误差不超过±10cm，该误差范围可根据充电弓311和充电弓对接端模块21的对接口形状、尺寸等因素调整，位置识别模块313可采用坐标信息等方式确定充电弓对接端模块21的位置及充电弓311与充电弓对接端模块21的距离。充电控制模块42用于接收充电调度模块5的信息和指令，并根据指令控制移动导轨32和充电弓模块31的位置移动、充电弓模块31的配电和充电操作。

所述的车辆2包括纯电动商用车、插电式混合动力商用车、燃料电池商用车等，车辆2需要充电时，进入充电场站内划定的充电停车位1即可。车辆2的充电弓对接端模块21在充电时与充电弓311接触，通过传导方式接收来自充电弓311的电能。

请参见附图3，一种用于充电场站的集中式全自动顶部接触充电方法，包括以下步骤：

步骤1：一辆或若干辆车辆2分别进入充电场站的充电停车位1，并通过车辆信息识别模块6识别车辆信息。

步骤2：车辆信息识别模块6将车辆信息发送至充电调度模块5，并通过充电调度模块5进行充电调度，即确定所有车辆2的充电顺序。

所述的充电调度模块5进行充电调度的方法具体是：车辆2的车辆信息模块23将车辆信息发送至车辆信息识别模块6，车辆信息识别模块6将车辆信息发送至充电调度模块5，车辆调度模块7将合法车辆信息发送至充电调度模块5，充电调度模块5将收到的车辆信息与合法车辆信息进行比对，并基于“先入先出”的原则确定所有合法的车辆2的充电顺序，确保所有的车辆2均能被依次有序充电。

步骤3：充电调度模块5将车辆2的车辆信息及其所在的充电停车位1的位置信息和充电指令发送至充电柜4，启动充电程序，并同时执行步骤4和步骤5。

步骤4：充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31通过移动导轨32移动并对准待充电的车辆2的充电弓对接端模块21。

所述的充电弓模块31的移动方是：

步骤4.1：充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31沿x轴和y轴水平移动到待充电的车辆2所在的充电停车位1的上方，完成充电弓311的初步定位。

步骤4.2：位置识别模块313自动识别充电弓对接端模块21的位置，并将位置信息发送至充电调度模块5。

步骤4.3：充电调度模块5通过充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31经移动导轨32沿x轴和y轴水平移动，直到能与车辆2的充电弓对接端模块21匹配对接的位置，完成充电弓311的精细定位。

步骤5：启动充电弓模块31的第二通信模块312与车辆2的第一通信模块22之间的通信功能。车辆2与充电弓模块31之间传递握手信息、升/降弓信息、启动充电信息、充电信息、和停止充电信息等。

步骤6：位置识别模块313判断充电弓311是否移动到位，若是，则执行步骤7，若否，则返回步骤4。

所述的充电弓311移动到位的条件是：充电弓311的位置与充电弓对接端模块21的位置在x轴和y轴方向上的误差均不超过±10cm，从而确保充电弓311能与充电弓对接端模块21匹配对接。

步骤7：充电弓311通过充电弓框架314上的机械装置降弓到位，充电弓311与充电弓对接端模块21匹配对接，开始为车辆2充电。该机械装置可采用现有技术的可调整高度和角度的充电弓高度调节结构，确保充电弓311能与充电弓对接端模块21可靠对接即可，此处不再赘述。

步骤8：充电调度模块5判断该车辆2是否充电完成，若是，则执行步骤9，若否，则继续充电。

步骤9：通过充电弓框架314上的机械装置将充电弓311升弓到位（即原始高度），充电调度模块5判断所有待充电车辆2是否均完成充电，若是，则执行步骤10，若否，则返回步骤4，根据指令继续为下一辆待充电的车辆2充电。

步骤10：充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31经移动导轨32沿x轴和y轴水平移动并返回到原始位置。

步骤11，断开充电弓模块31的第二通信模块312的通信功能，结束充电任务。

实施例：

某充电场站的充电停车区域有50个充电停车位1，有2辆待充电的车辆2（以下简称车辆a和车辆b）驶入停车场，当车辆a和车辆b先后驶入充电停车区域并停在其中两个充电停车位1（以下简称停车位x和停车位y）上时,车辆a和车辆b的车辆信息模块23分别将车辆信息通过wifi发送至充电停车区域上的车辆信息识别模块6，车辆信息识别模块6将车辆信息发送至充电调度模块5，车辆调度模块7预先将合法车辆信息发送至充电调度模块5，充电调度模块5将收到的车辆a和车辆b的车辆信息与预先存储的合法车辆信息进行比对，确认车辆a和车辆b都是合法待充电车辆后充电调度模块5基于“先入先出”的原则确定两辆车的充电顺序为车辆a、车辆b。

充电调度模块5将车辆a的车辆信息及其所在的停车位x的位置信息和充电指令发送至充电柜4，启动充电程序。充电柜4的充电控制模块42能控制充电弓框架314沿移动导轨32在y轴方向上水平移动，同时控制移动导轨32沿充电架3在x轴方向上水平移动，使充电弓311移动到车辆a所在的停车位x的上方，完成充电弓311与车辆a的充电弓对接端模块21初步定位。位置识别模块313自动识别充电弓对接端模块21的位置，并将位置信息发送至充电调度模块5。同时，启动充电弓模块31的第二通信模块312与车辆a的第一通信模块22之间的wifi通信功能，完成wifi通信连接。

充电调度模块5通过充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31经移动导轨32沿x轴和y轴水平移动，当充电弓311移动到其位置与充电弓对接端模块21的位置在x轴和y轴方向上的误差均不超过±10cm时，位置识别模块313判断充电弓311已经移动到位。

充电弓311通过充电弓框架314上的机械装置降弓到位，充电弓311与充电弓对接端模块21匹配对接，充电控制模块42检测到降弓到位并将信息传递给充电调度模块5后，充电调度模块5启动充电过程，开始为车辆a充电。一旦充电调度模块5判断充电完成，充电调度模块5通知充电控制模块31进行升弓，充电控制模块31控制充电弓框架314上的机械装置将充电弓311升弓到位（即升高到原始高度）。同时，充电弓模块31的第二通信模块312断开与车辆a的第一通信模块22之间的wifi通信连接。

充电弓311升弓到位后，充电调度模块5将车辆b的车辆信息及其所在的充电停车位y的位置信息和充电指令发送至充电柜4。充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31沿x轴和y轴水平移动到待充电的车辆b所在的停车位y的上方，完成充电弓的初步定位。位置识别模块313自动识别车辆b的充电弓对接端模块21的位置，并将位置信息发送至充电调度模块5。同时，启动充电弓模块31的第二通信模块312与车辆b的第一通信模块22之间的wifi通信功能，完成wifi通信连接。充电调度模块5通过充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31经移动导轨32沿x轴和y轴水平移动，当充电弓311移动到其位置与充电弓对接端模块21的位置在x轴和y轴方向上的误差均不超过±10cm时，位置识别模块313判断充电弓311已经移动到位。充电弓311通过充电弓框架314上的机械装置降弓到位，充电弓311与充电弓对接端模块21匹配对接，充电控制模块42检测到降弓到位并将信息传递给充电调度模块5后，充电调度模块5启动充电过程，开始为车辆b充电。一旦充电调度模块5判断充电完成，充电调度模块5通知充电控制模块31进行升弓，充电控制模块31控制充电弓框架314上的机械装置将充电弓311升弓到位（即原始高度）。同时，充电弓模块31的第二通信模块312断开与车辆b的第一通信模块22之间的wifi通信连接。

充电调度模块5判两辆车均完成充电，充电调度模块5通知充电柜4的充电控制模块42控制充电弓模块31经移动导轨32沿x轴和y轴水平移动并返回到原始位置，结束充电任务。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。