车载充电装置及利用该装置自动充电的方法
【专利摘要】一种车载充电装置，车载充电装置包括控制器、位置检测装置、机械臂及充电机构，控制器分别与位置检测装置、机械臂及充电机构信号连接，位置检测装置用于采集车体附近的充电插孔以及机械臂与充电机构的位置信息，机械臂与车体相连，充电机构可滑动的设置于机械臂上，且充电机构的前端设有一充电插头，控制器控制充电机构在机械臂上滑动至使充电插头与充电插孔相对应的位置，并控制机械臂带动充电机构将充电插头插入充电插孔中。本发明通过控制器、位置检测装置与机械臂的配合，能够自行判断充电插孔位置，并自行伸出机械臂连接插孔进行充电，充电完毕后自动收回机械臂，整合了现有成熟的工业技术，成本低，使用方便。
【专利说明】车载充电装置及利用该装置自动充电的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车技术，特别是关于一种车载充电装置及利用该装置自动充电的方 法。
【背景技术】
[0002] 因受当前动力电池能量密度的限制，目前纯电动汽车的巡航里程仅大约100km左 右。而据相关调查，人们一天的行车里程大约为60km，这就意味着充一次电不能满足两天的 行车需要，而需每天对车辆进行充电。然而，每天手工充电极为不便，且会存在忘记充电而 影响行程的问题。
[0003] 无线充电被认为是未来电动车充电技术的发展方向，但无线充电目前尚处于试验 阶段，仍有很多技术难题待解决，比如充电线圈和受电线圈的轴心要极为吻合才会有较高 的充电效率，如果二者同心度不够，则会大大降低充电效率，而达到极为吻合将对车主的驾 驶水平提出很高的要求，在操作上存在一定的难度。
[0004] 专利CN 103425073A提供了一种充电插头自动伸缩控制系统，然而其应用于充电 桩上，虽能达到自动充电的目的但结构复杂，生产成本较高，且仅能用于充电桩充电，使电 动汽车充电存在一定的不灵活性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明目的在于提供一种生产成本相对较低的车载充电装置。
[0006] 为达上述优点，本发明提供一种车载充电装置，所述车载充电装置包括控制器、位 置检测装置、机械臂及充电机构，所述控制器分别与所述位置检测装置、所述机械臂及所述 充电机构信号连接，所述位置检测装置用于采集车体附近的充电插孔以及所述机械臂与所 述充电机构的位置信息，所述机械臂与车体相连，用于带动所述充电机构向靠近或远离充 电插孔的位置移动，所述充电机构可滑动的设置于所述机械臂上，且所述充电机构的前端 设有一充电插头，所述控制器控制所述充电机构在所述机械臂上滑动至使所述充电插头与 所述充电插孔相对应的位置，并控制所述机械臂带动所述充电机构将所述充电插头插入所 述充电插孔中。
[0007] 在本发明的一个实施例中，所述充电机构还包括一修正电机，所述修正电机与所 述充电插头连接，所述修正电机接收所述控制器的信号并带动所述充电插头进行角度修 正，使所述充电插头的角度与所述充电插孔的角度吻合。
[0008] 在本发明的一个实施例中，所述机械臂包括一外伸杆与一旋转轨道，所述外伸杆 与所述车体相连，带动所述旋转轨道沿垂直于所述车体的方向运动，所述旋转轨道可绕所 述外伸杆进行旋转，所述充电机构可滑动的设于所述旋转轨道上。
[0009] 在本发明的一个实施例中，所述外伸杆的表面沿长度方向设有齿条，所述车体在 所述外伸杆的齿条一侧设有外伸驱动电机，所述外伸驱动电机与所述控制器信号连接，所 述外伸驱动电机具有与所述齿条配合的齿轮。
[0010] 在本发明的一个实施例中，所述旋转轨道的一端设有转盘，所述转盘与所述外伸 杆的一端通过一旋转驱动电机相连，所述旋转驱动电机与所述控制器信号连接，所述旋转 轨道在所述旋转驱动电机的带动下以所述外伸杆为轴进行旋转。
[0011] 在本发明的一个实施例中，所述旋转轨道包括丝杠与导轨，所述丝杠与所述导轨 平行，所述充电机构具有可滑动的套设于所述丝杠与所述导轨上的滑座，所述转盘上设有 丝杠驱动电机，所述丝杠在所述丝杠驱动电机的驱动下旋转，带动所述充电机构沿所述导 轨来回运动。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述位置检测装置为摄像头，所述控制器根据所述摄 像头采集的图像获取车体附近的充电插孔以及所述机械臂与所述充电机构的位置信息。
[0013] 在本发明的一个实施例中，所述的车载充电装置还包括能源诊断系统，所述能源 诊断系统与所述控制器信号连接，所述能源诊断系统用于诊断电动汽车的能源状态。
[0014] 本发明还提供一种自动充电方法，所述自动充电方法包括：
[0015] 控制器接收充电需求信号，启动摄像头搜寻车体附近是否有充电插孔；
[0016] 当摄像头检测到充电插孔时，控制器控制机械臂伸出车体，摄像头在机械臂的伸 出过程中反馈机械臂的位置信息；
[0017] 摄像头反馈的信息显示机械臂到达指定位置时，控制器控制丝杠驱动电机运转， 带动充电机构运动至充电插孔的前方；
[0018] 摄像头检测充电机构的充电插头的角度信息，控制器根据所述角度信息控制修正 电机修正充电插头的角度直至与充电插孔的角度吻合；
[0019] 控制器控制外伸驱动电机运转，使机械臂推动充电机构前进，将充电插头插入充 电插孔中进行充电；
[0020] 控制器接收充电结束信号，控制机械臂退回车体内。
[0021 ] 在本发明的一个实施例中，所述控制器控制所述机械臂伸出车体的步骤包括：
[0022] 控制器控制外伸驱动电机运转，驱动外伸杆伸出车体，摄像头检测外伸杆的伸出 位置并将检测到的信息传送给控制器，控制器根据外伸杆的位置信息与系统预置信息的比 对判断外伸杆是否到达指定位置，当外伸杆到达指定位置时，外伸驱动电机停止运转；
[0023] 控制器控制旋转驱动电机带动旋转轨道旋转，摄像头检测旋转轨道的位置并将检 测到的信息传送给控制器，控制器根据摄像头反馈的信息修正旋转角度，直至旋转轨道转 动至充电插孔的前方。
[0024] 综上所述，本发明提供的车载充电装置，通过控制器、位置检测装置与机械臂的配 合，能够自行判断充电插孔位置，并自行伸出机械臂连接插孔进行充电，充电完毕后自动收 回机械臂，整合了现有成熟的工业技术，成本低，使用方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明一个实施例中车载充电装置的整体结构示意图。
[0026] 图2为本发明一个实施例中车载充电装置的工作状态示意图。
[0027] 图3为本发明一个实施例中车载充电装置位于另一个角度时的示意图。
[0028] 图4为本发明一个实施例中车载充电装置的充电机构的结构不意图。
【具体实施方式】
[0029] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0030] 图1为本发明一个实施例中车载充电装置的整体结构示意图。图2为本发明一个 实施例中车载充电装置的工作状态示意图。如图1和图2所示，本发明的车载充电装置10 包括控制器11、位置检测装置12、机械臂13、充电机构14及能源诊断系统（图未示）。
[0031] 其中，控制器11分别与位置检测装置12、机械臂13、充电机构14及能源诊断系统 信号连接。该能源诊断系统用于诊断电动汽车的能源状态，并在电动汽车的能源低于一预 定值时向控制器11发出充电需求信号。位置检测装置12可以为摄像头、雷达、红外传感器 等，本实施例优选为摄像头，其用于采集车体20附近的充电插孔31以及机械臂13与充电 机构14的图像，由控制器11根据采集的图像获取车体20附近的充电插孔31以及机械臂 13与充电机构14的位置信息。机械臂13与车体20相连，用于带动充电机构14向靠近或 远离充电插孔31的位置移动，充电机构14可滑动的设置于机械臂13上，充电机构14的前 端设有一充电插头141，控制器11控制充电机构14在机械臂13上滑动至使充电插头141 与充电插孔31相对应的位置，并控制机械臂13带动充电机构14将充电插头141插入充电 插孔31中。
[0032] 需要说明的是，本发明的车载充电器装置10可安装于车体20的任意位置，只要可 以满足汽车的充电需求即可，优选的，本实施例中车载充电器装置10安装于车体20的头 部。此外，充电插孔31可设于墙体或充电桩上，本实施例中，充电插孔31设于墙体30上， 且为市售的符合国家标准的家用220V三相插口。
[0033] 请结合图3,机械臂13包括外伸杆131与旋转轨道132,外伸杆131与车体20相 连，外伸杆131的表面沿长度方向设有齿条131a，车体20在外伸杆131的齿条131a-侧设 有外伸驱动电机133,外伸驱动电机133具有与齿条131a配合的齿轮133a，该外伸驱动电 机133与控制器11信号连接，当外伸驱动电机133运转时，齿轮133a带动齿条131a沿垂 直于车体20的方向前进或后退而使外伸杆131伸出车体20或收回车体20中。
[0034] 接上述，旋转轨道132的一端设有转盘132a，转盘132a与外伸杆131的一端通过 旋转驱动电机134相连，该旋转驱动电机134通过固定座134a固定至外伸杆131的一端， 旋转驱动电机134与控制器11信号连接，旋转轨道132可在旋转驱动电机134的带动下以 外伸杆131为轴进行旋转。进一步地，旋转轨道132包括丝杠132b与导轨132c，丝杠132b 与导轨132c平行且均与转盘132a连接，充电机构14具有可滑动的套设于丝杠132b与导轨 132c上的滑座142,转盘132a上设有丝杠驱动电机132d，丝杠132b在丝杠驱动电机132d 的驱动下旋转，从而带动充电机构14沿导轨132c来回运动。
[0035] 如图4所示，由于旋转轨道132旋转后可能造成充电插头141与充电插孔31的角 度不一致，因此，充电机构14还进一步包括修正电机143,修正电机143与充电插头141连 接并用于对充电插头141进行角度修正。当充电插头141与充电插孔31之间的角度产生 偏离时，修正电机143接收控制器11的信号并带动充电插头141转动，使其角度与充电插 孔31的角度吻合。
[0036] 在本实施例中，外伸驱动电机133、旋转驱动电机134、丝杠驱动电机132d以及修 正电机143均为微型步进电机。可以理解的，在本发明的其它实施例中，这些电机也可以是 其它可满足上述使用要求的电机。此外，在本发明的其它实施例中，充电插头141及充电插 孔31也可分别为可无线充电的充电线圈及受电线圈，机械臂13也可为多段组合式以增加 伸缩、转动的灵活性和准确度。
[0037] 下面，将具体介绍利用上述车载充电器装置10的自动充电方法，该方法包括如下 步骤：
[0038] 首先，利用能源诊断系统诊断电动汽车的能源状态，当汽车能源不足时，能源诊断 系统发送充电需求信号至控制器11，控制器11接收充电需求信号后，启动位置检测装置12 搜寻车体20附近是否有充电插孔31。
[0039] 位置检测装置12检测车体20周围的环境状况，并将检测到的信息反馈给控制器 11。当控制器11根据检测到的信息判断附近有充电插孔31时，控制机械臂13伸出车体 20,位置检测装置12在机械臂13的伸出过程中实时采集和反馈机械臂13的位置信息。具 体地，控制器11先控制外伸驱动电机133运转，从而驱动外伸杆131向外伸出车体20,在此 过程中位置检测装置12实时检测外伸杆131的位置，并将其位置信息反馈给控制器11，控 制器11根据外伸杆131的位置信息与系统预置信息的比对判断外伸杆131是否到达指定 位置，当外伸杆131到达指定位置（如距离墙体30特定距离）时，控制器11停止外伸驱动 电机133的运转，并控制旋转驱动电机134带动旋转轨道132旋转，位置检测装置12在此 过程中实时检测旋转轨道132的位置并将检测到的信息传送给控制器11，控制器11根据位 置检测装置12反馈的信号修正旋转角度，直至旋转轨道132转动至充电插孔31的前方。
[0040] 当位置检测装置12反馈的信号显示旋转轨道132已转动至充电插孔31的前方 时，控制器11控制旋转驱动电机134停止转动，并控制丝杠驱动电机132d运转，使充电机 构14运动至充电插孔31的前方，当位置检测装置12反馈的信号显示充电机构14已运动 至充电插孔31的前方时，控制器11停止丝杠驱动电机132d的运转。接着，控制器11根据 位置检测装置12反馈的信息判断充电插头141的角度，并控制修正电机143修正充电插头 141的角度直至与充电插孔31的角度吻合。
[0041] 当充电插头141的角度与充电插孔31的角度吻合时，控制器11控制外伸驱动电 机133运转，使机械臂12推动充电机构14前进，从而将充电插头141插入充电插孔31中 进行充电，同时，能源诊断系统对电动汽车的能源状态进行判断，当能源诊断系统认定充电 完成时发出充电结束信号。
[0042] 控制器11在接收到充电结束信号时，控制机械臂12和充电机构14退回车体20 内，充电完毕。
[0043] 综上所述，本发明的车载充电装置具有以下有益效果：
[0044] 1.本发明采用机器视觉摄像头技术、微电机技术及简单的机械臂结构，【技术领域】 较为普及，生产成本较低、使用方便；
[0045] 2.本发明只需配套市售的充电插座，可在家用车库及公共充电站使用，充电灵活 性较高；
[0046] 3.本发明对停车位置的准确度要求低，只要将车停在充电插孔附近即可。
[0047] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种车载充电装置，其特征在于：所述车载充电装置包括控制器、位置检测装置、机 械臂及充电机构，所述控制器分别与所述位置检测装置、所述机械臂及所述充电机构信号 连接，所述位置检测装置用于采集车体附近的充电插孔以及所述机械臂与所述充电机构的 位置信息，所述机械臂与车体相连，用于带动所述充电机构向靠近或远离充电插孔的位置 移动，所述充电机构可滑动的设置于所述机械臂上，且所述充电机构的前端设有一充电插 头，所述控制器控制所述充电机构在所述机械臂上滑动至使所述充电插头与所述充电插孔 相对应的位置，并控制所述机械臂带动所述充电机构将所述充电插头插入所述充电插孔 中。
2. 如权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于：所述充电机构还包括一修正电机， 所述修正电机与所述充电插头连接，所述修正电机接收所述控制器的信号并带动所述充电 插头进行角度修正，使所述充电插头的角度与所述充电插孔的角度吻合。
3. 如权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于：所述机械臂包括一外伸杆与一旋 转轨道，所述外伸杆与所述车体相连，带动所述旋转轨道沿垂直于所述车体的方向运动，所 述旋转轨道可绕所述外伸杆进行旋转，所述充电机构可滑动的设于所述旋转轨道上。
4. 如权利要求3所述的车载充电装置，其特征在于：所述外伸杆的表面沿长度方向设 有齿条，所述车体在所述外伸杆的齿条一侧设有外伸驱动电机，所述外伸驱动电机与所述 控制器信号连接，所述外伸驱动电机具有与所述齿条配合的齿轮。
5. 如权利要求3所述的车载充电装置，其特征在于：所述旋转轨道的一端设有转盘，所 述转盘与所述外伸杆的一端通过一旋转驱动电机相连，所述旋转驱动电机与所述控制器信 号连接，所述旋转轨道在所述旋转驱动电机的带动下以所述外伸杆为轴进行旋转。
6. 如权利要求3所述的车载充电装置，其特征在于：所述旋转轨道包括丝杠与导轨， 所述丝杠与所述导轨平行，所述充电机构具有可滑动的套设于所述丝杠与所述导轨上的滑 座，所述转盘上设有丝杠驱动电机，所述丝杠在所述丝杠驱动电机的驱动下旋转，带动所述 充电机构沿所述导轨来回运动。
7. 如权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于：所述位置检测装置为摄像头，所述 控制器根据所述摄像头采集的图像获取车体附近的充电插孔以及所述机械臂与所述充电 机构的位置信息。
8. 如权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于：所述的车载充电装置还包括能源 诊断系统，所述能源诊断系统与所述控制器信号连接，所述能源诊断系统用于诊断电动汽 车的能源状态。
9. 一种自动充电方法，其特征在于：所述自动充电方法包括： 控制器接收充电需求信号，启动摄像头搜寻车体附近是否有充电插孔； 当摄像头检测到充电插孔时，控制器控制机械臂伸出车体，摄像头在机械臂的伸出过 程中反馈机械臂的位置信息； 摄像头反馈的信息显示机械臂到达指定位置时，控制器控制丝杠驱动电机运转，带动 充电机构运动至充电插孔的前方； 摄像头检测充电机构的充电插头的角度信息，控制器根据所述角度信息控制修正电机 修正充电插头的角度直至与充电插孔的角度吻合； 控制器控制外伸驱动电机运转，使机械臂推动充电机构前进，将充电插头插入充电插 孔中进行充电； 控制器接收充电结束信号，控制机械臂退回车体内。
10.如权利要求9所述的自动充电方法，其特征在于：所述控制器控制所述机械臂伸出 车体的步骤包括： 控制器控制外伸驱动电机运转，驱动外伸杆伸出车体，摄像头检测外伸杆的伸出位置 并将检测到的信息传送给控制器，控制器根据外伸杆的位置信息与系统预置信息的比对判 断外伸杆是否到达指定位置，当外伸杆到达指定位置时，外伸驱动电机停止运转； 控制器控制旋转驱动电机带动旋转轨道旋转，摄像头检测旋转轨道的位置并将检测到 的信息传送给控制器，控制器根据摄像头反馈的信息修正旋转角度，直至旋转轨道转动至 充电插孔的前方。
【文档编号】H02J7/00GK104124736SQ201410359051
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王之风, 王冰, 乐志国, 吴成明, 冯擎峰 申请人:浙江吉利控股集团有限公司, 浙江吉利汽车研究院有限公司