一种停车场智能充电系统

1.本实用新型涉及一种停车场智能充电系统，属于电动车充电系统设计领域。本专利可降低传统停车场新能源化改造的成本，提高充电系统的使用效率减少设备浪费，其应用涉及新能源高效利用技术领域。


背景技术：

2.随着化石燃料的枯竭及环境问题的日益严峻，使用新型清洁能源取代传统化石能源已成为广泛共识，作为能源转型中的重要一环，新能源交通工具的推广得到了空前的重视。当前，使用最为广泛的新能源交通工具是以动力电池作为储能元件的电动车，包括电动自行车、电动摩托车、电动乘用车、电动货车等。由于电动车相比燃油车在续航及充电时间上的劣势，使得充电过程成为了电动车使用中的重要一环。传统的停车场使用固定式充电桩作为配电装置为电动车进行充电，导致“充电车位”的数量难以合理设置，同时充电完毕的电动车对于充电车位的长时占用也造成充电桩的使用效率低下，经济效益低。
3.一种新型停车场智能充电系统的配电装置可根据实时的充电需求在停车场的各个车位间移动，解决了充电车位配置数量的难题，同时有效提高配电装置的使用效率并减少成本。该类停车场智能充电系统的设计与应用面临着两大挑战，一是如何保证固定的供电节点与移动的配电装置间的电力传输，如专利cn202122127601使用转动的收线筒来调节供电节点与配电装置间电缆的长度，但由于电缆连接配电装置的一端会随收线筒转动导致配电装置电力线路缠绕而影响工作；二是如何保证移动的配电装置与电动车间的自动化可靠连接，如专利 cn202023030973使用机械臂完成充电插头与电动车的自动化连接，实现难度较大且成本高昂。


技术实现要素：

4.本设计针对背景技术提出的问题，提出一种停车场智能充电系统。该系统通过基于固定绕线筒的绕线装置控制电缆的长度以保证供电节点与移动配电装置间的电力传输；通过电刷连接电路实现移动配电装置与电动车间的简单高效自动化连接。
5.本专利通过以下技术方案实现：
6.一种停车场智能充电系统，其特征在于，所述系统由架空轨道和移动配电装置两部分组成；架空轨道由车位之间的支柱、支柱上部横梁与支柱顶部的横轨组成，支柱上部横梁固定有与移动配电装置的电刷相接触的导电块，导电块通过支柱及横梁内部的导线与充电插头相连；
7.所述移动配电装置包括支撑结构、移动机构、绕线机构、输电结构和电气部件：
8.所述支撑结构中，左板与右板通过四个支撑柱连接固定，中板和顶板分别通过角件和螺栓与支撑柱连接固定，顶板表面加工有用来固定电气部件的网孔结构，两侧板通过铜柱分别与左板及右板连接固定；
9.所述移动机构中，一个移动电机固定于中板并通过小带轮、同步带、大带轮带动轮
轴转动，分别固定于左板和右板的两个轮轴轴承对轮轴进行支撑，具有双层结构的两轨道轮通过轨道轮毂与轮轴固定，轨道轮的小直径内圈在横轨顶部滚动，大直径外圈包裹于横轨外侧；
10.所述绕线机构的绕线电机固定于中板并通过联轴器与绕线轴相连接，两绕线轴轴承分别固定于右板与侧板并对绕线轴进行支撑，绕线器通过绕线器毂固定于绕线轴的末端，电缆的一端连接供电节点穿过绕线器边缘的孔洞后另一端与输电结构相连，通过转动绕线器将电缆缠绕于固定在侧板上的固定绕线筒上或从固定绕线筒上释放；
11.所述输电结构中，电缆的另一端分出零线与火线，分别连接至固定在两侧板上的两个电刷；
12.所述电气部件由安装在支撑结构的顶板上的单片机和电机驱动器组成，单片机通过信号线与电机驱动器连接，电机驱动器将单片机所发出的指令转换为脉冲信号驱动移动电机与绕线电机。
13.所述架空轨道的立柱、横轨和横梁由2040铝型材切割得到。
14.所述支撑结构的左板、中板、右板、侧板和顶板通过激光雕刻板材(比如亚克力pmma)得到，四个支撑柱由2040铝型材切割得到。
15.本实用新型一种停车场智能充电系统的移动配电装置可通过横轨在不同的车位间运动，实现为不同车位的电动车进行充电。
16.所述的移动配电装置支撑结构用于固定安装移动机构、绕线机构、输电结构及电器部件，可采用各类有机高分子材料、玻璃、金属板材配合铝、铜等金属棒材使用螺钉螺栓、焊接、胶连等方式组装完成。优选地，采用激光雕刻得到的板材及铝型材、铜柱以螺栓连接的方式组装得到支撑结构，简化加工与组装工艺。
17.所述的移动配电装置移动机构用于带动装置在架空轨道的横轨上水平移动，可采用齿轮机构、同步带机构、蜗轮蜗杆机构等方式实现传动。优选地，采用同步带机构实现移动电机 14与轮轴18间的传动，可使移动电机14与轮轴18的相对位置设置更灵活；采用双层结构的轨道轮20，小直径内圈在横轨2顶部滚动实现移动，大直径外圈包裹于横轨2外侧以保证移动路径正确并避免移动配电装置自架空轨道掉落。
18.所述的移动配电装置绕线机构用于收放电缆28，以确保电缆28的长度始终与供电节点及移动配电装置间的距离相匹配。优选地，采用由固定绕线筒29与绕线器26组成的绕线机构，该机构模拟人手绕线动作将电缆28电力输入侧的多余长度缠绕于固定绕线筒29上，相比转动的绕线筒，固定的绕线筒可避免电缆28的电力输出侧随绕线筒一起转动导致后续电路相互缠绕影响输电结构的正常工作。
19.所述的移动配电装置输电结构用于将电缆28输入的电力通过架空轨道输送至不同车位的电动车。优选地，将电缆28分为零线30与火线31并分别连接一电刷32，电刷32与架空轨道横梁3上的导电块4接触形成电刷连接回路，通过支柱1及横梁3内部的导线与充电插头5相连实现向相应车位的电动车的电力输送，该方法规避了自动连接充电插头与电动车的复杂过程，高效可靠地实现了配电装置与不同电动车的自动化连接。
20.所述移动配电装置电气部件包括单片机33和电机驱动器34，单片机33基于内部程序通过电机驱动34控制移动电机14和绕线电机22，实现移动配电装置在不同车位间的移动并进行相匹配的绕线动作。
21.有益效果
22.本实用新型提出一种停车场智能充电系统，可有效保证供电节点与移动配电装置间的电力传输，简单高效实现移动配电装置与电动车间的自动化连接。相比传统基于固定充电桩的停车场配电系统具有以下优势：
23.1)解决了停车场充电车位配置数量不足的难题。通过架空轨道实现配电装置在各个车位间的移动，使停车场每个车位都具备充电功能，可根据停车场实际停放电动车的比例动态调整移动配电装置的数量以适应电动车发展状况。避免了过多设置充电桩导致的资源浪费及过少设置充电桩导致的充电资源紧张。
24.2)提高了配电装置的使用效率，减少配电装置的数量。通过电刷连接电路实现了配电装置对不同电动车的充电，可在完成一辆电动车的充电后移动至其他车位为待充电的电动车充电，避免了充电完毕的电动车长时间占用充电车位导致的充电桩使用效率低下。通过高效运作的移动配电装置可以最少的装置数量完成所需工作，节约系统成本减少硬件浪费。
25.3)本专利配合智能控制程序可进一步实现停车场充电过程的时间优化和成本降低。通过将每辆电动车的充电时间与驶离时间纳入控制程序，可得到保证充电容量平稳的最优化充电策略，起到削峰平谷的作用，降低停车场所需的峰值电力容量同时减小电网波动，同时根据电价随时间的优惠浮动适时调整充电时间，降低电费支出。
附图说明
26.图1是本实用新型一种停车场智能充电系统结构示意图；
27.图2是本实用新型一种停车场智能充电系统的移动配电装置示意图；
28.图3是移动配电装置的支撑结构示意图；
29.图4是移动配电装置的移动机构示意图；
30.图5是移动配电装置的绕线机构示意图；
31.图6是移动配电装置的输电结构示意图；
32.图7是移动配电装置的电路原理图。
33.其中：1-支柱2-横轨3-横梁4-导电块5-充电插头6-左板7-中板8-右板9-侧板10-顶板11
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支撑柱12-角件13-铜柱14-移动电机15-小带轮16-同步带17-大带轮18-轮轴19-轮轴轴承20
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轨道轮21-轨道轮毂22-绕线电机23-联轴器24-绕线轴25-绕线轴轴承26-绕线器27-绕线器毂 28-电缆29-固定绕线筒30-零线31-火线32-电刷33-单片机34-电机驱动器。
具体实施方式
34.下面结合附图通过具体实施方法对本实用新型做进一步阐述，但并不限制本实用新型的保护范围。
35.一种停车场智能充电系统结构示意图见图1。该系统由架空轨道和移动配电装置两部分组成。架空轨道由使用2040铝型材切割得到的立柱1、横轨2和横梁3组成，立柱1位于两车位之间接近电动车充电口处，横轨2从上方横跨多个车位，两侧的横梁3上分别固定有铜质导电块4，横梁3与导电块4的接触位置使用电工胶带绝缘处理，导电块4通过埋设于横
梁3和立柱1中的导线与充电插头5相连，充电插头5通过手动与电动车相连。
36.本实用新型一种停车场智能充电系统的移动配电装置示意图见图2。移动配电装置由支撑结构、移动机构、绕线机构、输电结构和电气部件五部分组成，通过双层轨道轮20在架空轨道的横轨2上移动；移动过程中通过绕线器26对缠绕于固定绕线筒29上的电缆28进行收放以保证电缆28的长度与供电节点及移动配电装置间的距离相匹配；电缆28被分为零线与火线后分别与电刷32相连接，电刷32与架空轨道横梁3上的导电块4相接触，实现电力从供电节点通过电缆28到充电插头5的传输。
37.移动配电装置的支撑结构示意图见图3。支撑结构由左板6、中板7、右板8、侧板9、顶板10、支撑柱11、角件12和铜柱13组成。左板6、中板7、右板8、侧板9和顶板10通过激光雕刻板材(如亚克力(pmma)得到，左板6与右板8通过由2040铝型材切割得到的四个支撑柱11连接固定；中板7通过角件12与支撑柱11连接固定，顶板10通过螺栓与支撑柱11连接固定，顶板10表面加工有网孔结构以便于固定电气部件；两侧板9通过铜柱13 分别与左板6及右板8连接固定。
38.移动配电装置的移动机构示意图见图4。移动机构由移动电机14、小带轮15、同步带16、大带轮17、轮轴18、轮轴轴承19、轨道轮20和轨道轮毂21组成。移动电机14通过螺钉固定于中板7并通过小带轮15、同步带16、大带轮17带动轮轴18转动；分别固定于左板6和右板8的两轮轴轴承19对轮轴18进行支撑；具有双层结构的两轨道轮20通过轨道轮毂21 与轮轴18相固定。
39.移动配电装置的绕线机构示意图见图5。绕线机构由绕线电机22、联轴器23、绕线轴24、绕线轴轴承25、绕线器26、绕线器毂27、电缆28和固定绕线筒29组成。绕线电机22通过螺钉固定于中板7并通过联轴器23与绕线轴24相连接；两绕线轴轴承25分别固定于右板8 与侧板9并对绕线轴24进行支撑；绕线器26通过绕线器毂27固定于绕线轴24的末端；电缆28一端连接供电节点穿过绕线器26边缘的孔洞后另一端与输电结构相连，通过绕线器26 的转动可将电缆28缠绕于固定在侧板9上的固定绕线筒29上或从固定绕线筒29上释放。
40.移动配电装置的输电结构示意图见图6。输电结构由零线30、火线31和电刷32组成。零线30与火线31由电缆28中分出，分别连接至固定在两侧板9上的两电刷32。
41.移动配电装置的电路原理图见图7。电器部件由单片机33和电机驱动器34组成，固定于顶板10上。单片机33通过信号线与电机驱动器34连接，电机驱动器34将单片机33所发出的指令转换为脉冲信号驱动移动电机14与绕线电机22以实现所要求的运动。
42.本实用新型一种停车场智能充电系统的运行如下：电动车停放至系统覆盖的车位后，车主手动将立柱1上的充电插头5连接至电动车充电口；单片机33通过电机驱动器34控制移动配电装置在适当的时间移动至该车位，移动期间绕线机构实时控制电缆28的长度与供电节点及移动配电装置间的距离相匹配；移动配电装置到达相应的车位后通过电刷32与导电块4 的接触形成电力回路，将供电节点的电力传输至电动车实现充电；充电完毕后，移动配电装置可立即移动到其他车位为下一辆电动车充电。