一种电动汽车自动充电系统及方法与流程

本发明涉及电动汽车充电机器人自动插接的，尤其涉及一种电动汽车全自动充电系统。

背景技术：

1、电动汽车充电过程繁琐是新能源汽车，特别是日后自动驾驶的新能源汽车面临的一大难题，而通过自动充电装置实现充电自动化是解决充电过程繁杂的重要手段。目前，电动汽车停入车位后，需要人工手动的将充电枪对准插入车辆的充电口，再操作充电桩开始充电。充电操作过程耗时繁琐，尤其影响日后自动驾驶汽车使用体验。目前国内外已经开始出现无线充电和一些机械臂类的自动充电装置。但二者均存在各自问题，其中无线类充电转换率不高，该问题对于大型充电设备影响较大，如电动汽车少则四五十kw，多则一百多kw的充电功率来说损耗太多；而机械臂类的自动充电装置，成本高、械结构复杂且不易安装，同时占地面积大、不灵活，不利于大规模普及。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提供一种新型电动汽车自动充电机器人设计，通过与改进过的充电口配合可实现数据对接，并通过传感器导航定位和定位销的配合，可实现与充电口的自动对接及充电。

2、技术方案：1、一种电动汽车充电系统包括充电机器人和充电口装置。充电机器人车体包括底部驱动轮、转向电机、机器臂、充电头、集线器、应急电池、伸缩装置、定位销、摄像头、红外定位器、感应器和控制机构。所述机器人底部包含四个独立动力轮和转向电机；所述机器人内部装有集线器，四周安装有摄像头、雷达；所述机械臂设置于车体上部；所述伸缩装置安装于机械臂末端中心部位；所述定位销安装于机械臂末端周围；所述充电头安装于伸缩装置另一端侧面且通过导轨滑块与定位销连接；所述距离传感器、红外定位器和图像感知摄像头安装于充电头周围；所述应急电池位于机器人内部；所述控制机构设置于机器人内部，其分别与驱动轮，转向电机，机器臂，充电头，集线器，应急电池，伸缩装置，定位销，摄像头，红外定位器和感应器等电连接。充电口装置包括标准充电口、定位槽、充电口控制机构、红外发射器及状态指示灯等。所述充电口控制机构设置于所述充电口内部，其分别与充电口、定位销、红外发射器状态指示灯、充电口盖、车机或车联网电连接。

3、2、优选地，所述充电接头设置有用于保证非充电状态下人体接触充电接头不触电，充电过程中人体无法接触带电部件的防护装置。

4、3、优选地，所述充电机器人为立方体，下面有驱动轮，上方有机械臂，待机面向车位方向的为前方。

5、4、优选地，所述定位器为红外定位探头和图像感知摄像头。

6、5、优选地，所述万向驱动轮由轮毂电机，控制器和转向电机组成。

7、6、优选地，所述机器臂末端设置有伸缩装置，定位销，摄像头，图像感知摄像头，红外定位器，充电头。

8、7、优选地，所述集线器设置于机器人内部，一端连接控制机构，另一端连接外部供电装置，用于收放电缆线。

9、8、优选地，所述传感器包括距离传感器和图像传感器。

10、9、优选地，所述控制机构为所述充电机器人控制单元，控制包括车轮行走距离，行走方向和角度，集线器收放线的长度，储存各个车型信息，储存车辆配对信息，各个传感器的数据收集、运算、下达指令，控制所述机器臂以合适的角度插入定位销，并控制所述伸缩装置推进充电头，使其与车辆完成连接。

11、10、优选地，所述充电口装置包括：充电口，充电口控制机构，定位槽，红外发射器。

12、11、优选地，所述充电口控制机构为所述充电口控制单元，通过近场通讯与充电机器人数据对接，控制包括定位槽数据采集，定位销到位的锁定与解锁，与车机或车联网的数据对接并通过指示灯实时显示充电状态，储存车辆型号信息，控制红外发射器的运作，与充电口盖的数据对接。

13、工作原理：参见图4当安装有本发明所述的充电口装置的电动汽车停入具有安装有本发明充电机器人的车位后，通过内置按键或者设置的定时充电又或者远程操作，把需要充电的指令发送给充电口主控，充电口主控根据车辆数据信息判断是否具备充电条件。符合条件时，充电口主控发送打开指令给充电口盖，充电口盖打开后发送已打开指令给充电口主控，充电口主控接到指令确认后，通过近场通讯把充电指令和品牌、车型等车辆信息发送给充电机器人。充电机器人接到充电指令和车辆信息后，在数据库调出车辆数据，通过图像感知摄像头确认离充电机器人最近的是车头还是车尾，根据图像对比分析车辆朝向，通过雷达测出距离车辆多远，根据以上信息通过提取数据库车型数据，计算出充电口盖方位并给出导航路线，通过雷达识别周边的障碍物并按规划路径运动，集线器根据行走速度进行放线，行走过程中图像感知摄像头进行实时数据对比，直到确认充电口位置后，调整与车身距离，通过车型信息调整机械臂到大致位置，之后通过距离传感器和图像感知摄像头识别进一步调整位置，最后通过红外定位探头检测红外发射器发射出来的红外线。当红外位置锁定后通过机械臂把定位销插入到定位槽中，确定插好后进行锁定。锁定后由伸缩装置把充电头推到充电口内，直到充电头到底卡扣锁定，控制机构完成插枪指令后，开始执行充电程序，当中途停止充电或充电完成后，切断充电电压电流，充电头的锁定机构解除锁定，伸缩装置把充电头收回原位，定位销和定位槽解除锁定，由机械臂拔出定位销并恢复到原位，充电口盖自动关闭。机器人按原路径返回待命，集线器根据行进速度进行收线。

14、当遇到电源突然中断的情况下，启动备用电池并记录充电状态，之后启动拔枪程序，等电力恢复时，根据之前记录的充电状态，选择是否继续启动自动充电程序。

15、有益效果：1、相比传统的手动插枪，扫码开始充电，手机上停止充电，手动拔枪的方式，本发明能实现安装有所述充电口装置的车辆泊入装有所述充电机器人的车位后（第一次需要完成配对或以有充电协议），车辆发送充电请求，充电机器人接收到充电请求后自动对充电口对接并开始充电，当车辆充满电或是中途停止充电，接到指令的充电机器人自动与车辆分离并返回原地待命。本发明有效地简化了电动汽车充电的操作流程，为未来车辆更高级别的自动驾驶车辆提供了自动充电的基础。

16、2、相对于现今正在研究的无线充电装置，本发明采用相对成熟的有线充电方案，能以较低的成本，且对车辆机构几乎不用改动，现有的充电协议也不用改变，充电效率更高。

17、3、相对于现今正在研究的其他有线自动充电装置，本发明以灵活的机动性，更小的改动，只通过对充电口的改造能更精准的进行插拔充电枪，可有效的降低成本。

技术特征：

1.一种电动汽车的自动充电系统及方法，其特征在于，当安装有对应充电口的车辆到达装有自动充电机器人车位时，按下车内自动充电按钮或按提前的预定时间又或者远程启动自动充电程序，接到指令后，车上充电口盖自动打开，并由所诉充电机器人内的控制模块发出指令，充电机器人自动执行插枪操作，对所诉车辆进行充电，当车辆充电完成后，所述充电机器人自动执行拔枪后回到原位待命，充电车辆自动关闭充电口盖。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，充电机器人对应的充电口内置有定位槽、红外发射器及充电口主控模块。

3.根据权利要求2所述的充电口主控模块，其特征在于，主控模块（机构）内包括但不限于，近场通讯模块（如蓝牙、wlan，nfc等）、4g/5g模块、储存介质和主控芯片等，可与车机相连共用车辆内网络系统。

4.根据权利要求1所述的充电机器人，其特征在于，机器人包括车体主体，车体底部4个可独立控制轮速的驱动轮，车体上部有机械臂；其中机械臂末端中部有伸缩装置，伸缩装置末端为充电插头，机械臂四周含定位销，定位销可兼做导轨，且长度超过充电头，充电头四周有导轨滑块，导轨滑块安装于定位销上，可沿定位销前后移动，充电头连接电缆线，电缆线另一头连接控制机构，充电头周围还有距离感应器、红外定位器和图像感知摄像头。

5.根据权利要求4所述的充电机器人车体，其特征在于，车体内含集线器，集线器一端连接外部供电装置，另一端连接控制机构；除控制机构，车体内还包含转向电机、应急电池、雷达、摄像头、显示屏及充电指示灯。

6.根据权利要求5所述的控制机构，其特征在于，控制机构内部有近场通讯模块（如蓝牙、wlan，nfc等）和4g/5g模块，储存介质及主控芯片，其同时与前述驱动轮、转向电机、摄像头、雷达、机械臂、伸缩装置，红外定位探头，图像摄像头，液晶屏，状态指示灯，应急电池、充电电缆、外部供电装置等相连接。

技术总结
本专利提供了一种电动汽车自动充电机器人设计技术。该机器人可实现数据传输及充电接口自动对接。对接通过导航传感器及定位销配合完成，实现为电动汽车充电的功能。该自动充电机器人主要包含红外发射器、主控模块，机械臂、应急电池、转向电机、雷达、液晶屏及电缆等设备。当安装有所述充电口的车辆到达安装有充电机器人的车位时，按下车内自动充电按钮（或远程定时启动自动充电程序），接到指令后，车上充电口盖自动打开，并由充电口模块发出指令，以使所述充电机器人执行插枪操作，对车辆进行自动充电。该充电机器人解决了电动汽车现有无线充电技术转换率不高的缺点，同时避免了纯机械自动充电装置成本高、结构复杂，不易安装，占地面积大、不灵活等缺点，有利于大规模普及。

技术研发人员：张启林
受保护的技术使用者：张启林
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16