一种电动汽车充电装置与方法与流程

[0001]
本发明涉及汽车充电技术领域，特别是涉及一种电动汽车充电装置与方法。


背景技术：

[0002]
新能源汽车在近些年取得了快速发展，但是充电桩等基础设计的建设依旧是掣肘新能源汽车推广的短板，也因此充电桩入选为亟待突破的新基建之一。现有的充电桩多为手动充电桩，自动化程度低，空间时间效率利用率低。自动充电桩取代手动充电桩也会是未来的大势所趋。
[0003]
在自动充电桩设计中，存在如下几点核心问题：
[0004]
(1)如何快速准确的实现充电枪和汽车充电接口的连接。为了实现充电枪空间位置的精确控制，与充电枪相连接的机械臂需要有着极高的精确度，这对机械臂的机械结构及其控制算法都有着很高的要求，成本过高。(2)现有的自动充电桩较难实现充电枪和充电接口的稳固机械连接与电气连接，且缺乏对充电枪和电动汽车充电接口连接状态的判断，容易出现虚连，有着很高的安全隐患。(3)受新冠肺炎的影响，充电桩的自动化，智能化已经是大势所趋。因此实现准确高效的完成充电枪和充电接口的连接是极为必要的，但是只单独依靠与充电枪相连接的机械臂较难实现这一要求。


技术实现要素：

[0005]
基于此，本发明的目的是提供一种电动汽车充电装置与方法，降低对机械臂的精度要求，降低成本。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007]
本发明公开了一种电动汽车充电装置，所述装置包括：
[0008]
充电枪，用于为车辆充电；
[0009]
车辆充电接口位置获取模块，用于获得车辆充电接口的位置；
[0010]
电磁吸附装置，位于所述充电枪的充电端口，用于产生电磁吸附力使所述充电枪与所述车辆充电接口连接；
[0011]
第一永磁体，设置在车辆充电接口内壁；
[0012]
机械臂，与所述充电枪固定连接，用于调整所述充电枪的位置；
[0013]
控制器，用于接收所述车辆充电接口的位置，根据车辆充电接口的位置与所述充电枪的当前位置计算所述车辆充电接口与所述充电枪的相对位置，根据所述相对位置控制机械臂使所述充电枪对准所述车辆充电接口；还用于控制所述电磁吸附装置产生电磁吸附力使所述充电枪与所述车辆充电接口机械连接。
[0014]
可选地，所述装置还包括：
[0015]
电磁吸附装置供电电路，用于为所述电磁吸附装置供电。
[0016]
可选地，所述电磁吸附装置供电电路为电流闭环的h桥电路。
[0017]
可选地，所述电磁吸附装置为电磁吸附线圈或第二永磁体，所述电磁吸附线圈环
绕在所述充电枪内的充电导线上或第二永磁体为环形套设在所述充电导线上。
[0018]
可选地，所述车辆充电接口位置获取模块设置在所述充电枪上。
[0019]
可选地，所述车辆充电接口位置获取模块包括摄像头或红外线发射装置。
[0020]
可选地，所述充电枪为直流充电枪或交流充电枪。
[0021]
本发明还公开了一种电动汽车充电方法，所述方法应用于上述的电动汽车充电装置，所述方法包括：
[0022]
通过车辆充电接口位置获取模块获得车辆充电接口的位置；
[0023]
根据所述车辆充电接口的位置和所述充电枪的当前位置计算所述车辆充电接口与所述充电枪的相对位置；
[0024]
根据所述相对位置控制机械臂使所述充电枪对准所述车辆充电接口；
[0025]
控制所述电磁吸附装置产生电磁吸附力使所述充电枪与所述车辆充电接口机械连接。
[0026]
可选地，所述控制所述电磁吸附装置产生电磁吸附力使充电枪与所述车辆充电接口机械连接之后，所述方法还包括：
[0027]
在第一设定时间内，若所述充电枪发出连接确认信号，则控制所述电磁吸附装置断电，并控制所述充电枪为所述车辆充电；
[0028]
若所述充电枪没有发出连接确认信号，则增大所述电磁吸附装置的电流强度；
[0029]
在第二设定时间内，若所述充电枪发出连接确认信号，则控制所述电磁吸附装置断电，并控制充电枪为所述车辆充电；
[0030]
若所述充电枪没有发出连接确认信号，则控制所述电磁吸附装置断电，返回步骤“通过车辆充电接口位置获取模块获得车辆充电接口的位置”。
[0031]
可选地，所述方法还包括：
[0032]
所述充电枪为所述车辆充电过程中，若检测到所述充电枪和所述车辆充电接口相互脱离，停止所述充电枪对所述车辆充电，返回步骤“通过车辆充电接口位置获取模块获得车辆充电接口的位置”。
[0033]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0034]
本发明公开了一种电动汽车充电装置与方法，通过车辆充电接口位置获取模块获得车辆充电接口的位置，控制器根据所述车辆充电接口的位置和充电枪预设的位置计算所述车辆充电接口与所述充电枪的相对位置，根据所述相对位置控制机械臂使所述充电枪对准所述车辆充电接口，并且控制所述电磁吸附装置产生电磁吸附力，通过电磁吸附装置与车辆充电接口内置的第一永磁体相互作用，使所述充电枪与所述车辆充电接口机械连接，降低了对机械臂精度的要求，从而降低了充电装置的成本。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1为本发明实施例一种电动汽车充电装置主视图；
[0037]
图2为本发明实施例一种电动汽车充电装置侧视图；
[0038]
图3为本发明实施例电磁吸附装置供电电路图；
[0039]
图4为本发明实施例一种电动汽车充电方法流程示意图。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
本发明的目的是提供一种电动汽车充电装置与方法，降低对机械臂的精度要求，降低成本。
[0042]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0043]
图1为本发明一种电动汽车充电装置主视图，图2为本发明一种电动汽车充电装置侧视图，如图1-2所示，本发明公开了一种电动汽车充电装置，包括：
[0044]
充电枪，用于为车辆充电。
[0045]
车辆充电接口位置获取模块3，用于获得车辆充电接口的位置；
[0046]
电磁吸附装置1，位于所述充电枪的充电端口，用于产生电磁吸附力使所述充电枪与所述车辆充电接口连接。
[0047]
第一永磁体，设置在车辆充电接口内壁。
[0048]
机械臂，与所述充电枪固定连接，用于调整所述充电枪的位置。
[0049]
控制器4，用于根据所述车辆充电接口的位置和所述充电枪的当前位置计算所述车辆充电接口与所述充电枪的相对位置，根据所述相对位置控制机械臂使所述充电枪对准所述车辆充电接口；还用于控制所述电磁吸附装置1产生电磁吸附力使所述充电枪与所述车辆充电接口机械连接；还用控制电磁吸附装置1中电流的大小和方向。所述充电枪的当前位置通过控制器4获得。
[0050]
所述装置还包括：
[0051]
电磁吸附装置供电电路2，用于为所述电磁吸附装置1供电。
[0052]
电磁吸附装置供电电路2位于充电枪内，还用于接收控制器4(充电枪控制电路)的控制信号，根据控制信号控制电磁吸附装置1中的电流强度和方向。
[0053]
所述电磁吸附装置供电电路2为电流闭环的h桥电路，电流闭环的h桥电路如图3所示，当管s
3
常关，管s
4
常开，管s
1
和管s
2
采用pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)互补控制，即可实现电磁吸附线圈的正向供电，通过电流闭环pid(proportional-integral-derivative比例积分微分)控制实现对电磁吸附线圈中正向电流大小的控制。
[0054]
当管s
1
常关，管s
2
常开，管s
3
和管s
4
使用pwm互补控制，即可实现电磁吸附线圈的反向供电。
[0055]
通过桥臂的选择和该桥臂上开关管占空比来实现对电磁吸附装置1中电流的方向和大小的控制。电磁吸附装置供电电路2与电磁吸附线圈和充电枪控制电路通过导线连接。
[0056]
所述电磁吸附装置1为电磁吸附线圈或第二永磁体，所述电磁吸附线圈环绕在所
述充电枪内的充电导线5上或第二永磁体为环形套设在所述充电导线5上。
[0057]
车辆充电接口位置获取模块3包括摄像头和红外线发射装置。
[0058]
所述摄像头或红外线发射装置设置在所述充电枪上，所述摄像头的型号为ov7670，ov7670摄像头位于充电枪枪体上部，采集充电枪前部图像，发送到充电枪控制电路进行图像识别，摄像头与充电枪控制电路通过导线连接。
[0059]
红外线发射装置为红外对管。
[0060]
所述充电枪为直流充电枪或交流充电枪。
[0061]
充电枪控制电路位于充电枪中部。电动汽车充电导线5位于充电枪内部，通过充电导线5可实现对电动汽车的充电，并具有回路检测，绝缘检测等功能。其标准遵循国标gb/t20234.3-2015；
[0062]
通讯导线6位于充电枪后部，其功能为实现充电枪控制电路和机械臂的通讯，使得充电枪控制电路能够与机械臂交互，调整机械臂以及和机械臂末端固连充电枪的空间位置。通讯导线6与充电枪控制电路直接连接，并提供与机械臂连接的接口。
[0063]
本实施例中第一永磁体为环形永磁体，环形永磁体内嵌到车辆充电接口内壁上。充电枪与机械臂末端固定连接，且充电枪中轴线和机械臂末端中轴线重合。当与充电枪相连接的机械臂移动至车辆的充电接口附近时，通过充电枪搭载的ov7670摄像头对车辆充电接口进行图像识别，计算得出此刻充电接口和充电枪的相对位置。控制机械臂使得充电枪和车辆的充电接口正对，且充电枪与充电接口的距离缩短至2cm内，完成对充电枪位置的微调。
[0064]
当微调结束后，设置电磁吸附线圈电流强度为i
1
，产生电磁吸附力，与预设置在充电接口内的环形永磁体相互作用，完成充电枪和充电接口的机械连接。
[0065]
当充电枪和充电接口建立can(controller area network，控制器区域网络)通讯(s+，s-触电正常连接，s+为充电通讯中高位数据线can-h，s-为充电通讯中低位数据线can-l)，当电动汽车的电池管理系统检测到电动汽车充电接口与充电枪成功连接后，电池管理系统通过充电枪向充电桩发送连接确认信号，具体的，连接确认信号通过充电枪中的can充电通讯线发送到充电桩，根据国家标准gb/t18487.1电动汽车传导充电系统第一部分：通用要求附录b直流充电控制导引电路与控制原理，完成绝缘检测，随后电动汽车的电池管理系统发送连接确认信号，控制器4接收连接确认信号后控制电磁吸附线圈断电，充电枪开始通过车辆的充电接口为车辆充电。若在第一设定时间t
1
内未收到连接确认信号，设置电磁吸附线圈的电流强度为i
2
,(i
2
＞i
1
)，增加电磁吸附力。若在第二设定时间t
2
(t
2
＞t
1
)内未收到连接确认信号，控制电磁吸附线圈断电，通过充电枪内设置的通讯导线6与机械臂通讯，机械臂再次通过摄像机对充电接口位置进行图像识别，即采集车辆充电接口的图像，控制器4根据车辆充电接口的图像通过机械臂对充电枪空间位置进行调整，再次对接。
[0066]
如果在充电中出现充电枪和充电接口相互脱离的情况，即充电桩无法检测到车辆充电接口的连接。充电桩切断对车辆的充电。充电桩立刻与控制器4通讯，控制器4接收到无法检测到车辆充电接口的连接的信息，控制器4控制电磁吸附线圈通电，设置电磁吸附线圈的电流强度为i
2
。若在第二设定时间t
2
未接收到连接确认信号，控制器4控制为电磁吸附线圈加反向电流，充电枪与控制器4通讯，控制器4接收到未接收到连接确认信号的信息，控制器4控制机械臂移动确保充电枪和充电接口的脱离。脱离后，机械臂再次对充电接口位置进
行图像识别，对充电枪空间位置进行调整，再次对接。
[0067]
如果出现例如短路漏电等安全问题。依据国家标准gb/t18487.1电动汽车传导充电系统第一部分：通用要求附录b直流充电控制导引电路与控制原理，充电桩切断对车辆的充电。充电桩通过通讯导线6与充电枪进行通讯，控制器4接收到停止充电的信号，控制器4控制为电磁吸附线圈加反向电流，加速充电枪和充电接口的脱离。同时与机械臂通讯，控制机械臂移动，断开充电枪和充电接口之间的机械连接。
[0068]
充电枪内包括低压辅助电源的连接线、充电连接确认线和can通讯线。can通讯线包括高位数据线(can-h)8和低位数据线(can-l)7。图2中，线11表示低压辅助电源正极，线12表示低压辅助电源负极，低压辅助电源为电磁吸附装置供电电路2提供电源，线9表示第一充电连接确认线，线10表示第二充电连接确认线，第一充电连接确认线和第二充电连接确认线用于电动汽车中电池管理系统检测车辆充电接口与充电枪是否正常连接。
[0069]
本发明一种电动汽车充电装置，其各个功能部分模块化设计使得其可以搭载在各种智能充电桩的机械臂上。电磁吸附使得充电枪和充电接口的连接更加稳固，同时会根据连接状态适当增加电磁吸附力，节约时间的同时防止两者虚连无法充电导致对充电桩资源的浪费。通过电磁吸附线圈实现充电枪和充电接口的稳定连接，杜绝因为虚连引起的安全隐患，除此之外还可以在出现安全隐患时断开充电枪和充电接口的机械连接，提高了电动汽车充电安全性。
[0070]
图4为一种电动汽车充电方法流程示意图，如图4所示，本发明还公开了一种电动汽车充电方法，所述方法应用于上述的电动汽车充电装置，所述方法包括：
[0071]
步骤101：通过车辆充电接口位置获取模块获得车辆充电接口的位置；
[0072]
步骤102：根据所述车辆充电接口的位置和所述充电枪的当前位置计算所述车辆充电接口与所述充电枪的相对位置；
[0073]
步骤103：根据所述相对位置控制机械臂使所述充电枪对准所述车辆充电接口；
[0074]
步骤104：控制所述电磁吸附装置产生电磁吸附力使所述充电枪与所述车辆充电接口机械连接。
[0075]
所述控制所述电磁吸附装置产生电磁吸附力使充电枪与所述车辆充电接口机械连接之后，所述方法还包括：
[0076]
在第一设定时间内，若所述充电枪发出连接确认信号，则控制所述电磁吸附装置断电，并控制所述充电枪为所述车辆充电；
[0077]
若所述充电枪没有发出连接确认信号，则增大所述电磁吸附装置的电流强度；
[0078]
在第二设定时间内，若所述充电枪发出连接确认信号，则控制所述电磁吸附装置断电，并控制充电枪为所述车辆充电；
[0079]
若所述充电枪没有发出连接确认信号，则控制所述电磁吸附装置断电，返回步骤“通过车辆充电接口位置获取模块获得车辆充电接口的位置”。
[0080]
所述方法还包括：
[0081]
所述充电枪为所述车辆充电过程中，若检测到所述充电枪和所述车辆充电接口相互脱离，停止所述充电枪对所述车辆充电，返回步骤“通过车辆充电接口位置获取模块获得车辆充电接口的位置”。
[0082]
本实施例中，电磁吸附装置供电电路位于充电枪内，还用于接收控制器(充电枪控
制电路)的控制信号，根据控制信号控制电磁吸附装置中的电流强度和方向。
[0083]
所述电磁吸附装置供电电路为电流闭环的h桥电路，电流闭环的h桥电路如图3所示，当管s
3
常关，管s
4
常开，管s
1
和管s
2
采用pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)互补控制，即可实现电磁吸附线圈的正向供电，通过电流闭环pid(proportional-integral-derivative比例积分微分)控制实现对电磁吸附线圈中正向电流大小的控制，图3中线圈l为电磁吸附线圈。
[0084]
当管s
1
常关，管s
2
常开，管s
3
和管s
4
使用pwm互补控制，即可实现电磁吸附线圈的反向供电。
[0085]
通过桥臂的选择和该桥臂上开关管占空比来实现对电磁吸附装置中电流的方向和大小的控制。电磁吸附装置供电电路与电磁吸附线圈和充电枪控制电路通过导线连接。
[0086]
所述电磁吸附装置为电磁吸附线圈或第二永磁体，所述电磁吸附线圈环绕在所述充电枪内的充电导线上或第二永磁体为环形套设在所述充电导线上。
[0087]
所述摄像头设置在所述充电枪上，所述摄像头的型号为ov7670，ov7670摄像头位于充电枪枪体上部，采集充电枪前部图像，发送到充电枪控制电路进行图像识别，摄像头与充电枪控制电路通过导线连接。
[0088]
所述充电枪为直流充电枪或交流充电枪。
[0089]
充电枪控制电路位于充电枪中部。电动汽车充电导线位于充电枪内部，通过充电导线可实现对电动汽车的充电，并且充电枪具有回路检测，绝缘检测等功能。其标准遵循国标gb/t20234.3-2015；
[0090]
通讯线缆位于充电枪后部，其功能为实现充电枪控制电路和机械臂的通讯，使得充电枪控制电路能够与机械臂交互，调整机械臂以及和机械臂末端固连充电枪的空间位置。通讯线缆与充电枪控制电路直接连接，并提供与机械臂连接的接口。
[0091]
本实施例中第一永磁体为环形永磁体，环形永磁体内嵌到车辆充电接口内壁上。充电枪与机械臂末端固定连接，且充电枪中轴线和机械臂末端中轴线重合。当与充电枪相连接的机械臂移动至车辆的充电接口附近时，通过充电枪搭载的ov7670摄像头对车辆充电接口进行图像识别，计算得出此刻充电接口和充电枪的相对位置。控制机械臂使得充电枪和车辆的充电接口正对，且充电枪与充电接口的距离缩短至2cm内，完成对充电枪位置的微调。
[0092]
当微调结束后，设置电磁吸附线圈电流强度为i
1
，产生电磁吸附力，与预设置在充电接口内的环形永磁体相互作用，完成充电枪和充电接口的机械连接。
[0093]
当充电枪和充电接口建立can(controller area network，控制器区域网络)通讯(s+，s-触电正常连接)，根据国家标准gb/t18487.1电动汽车传导充电系统第一部分：通用要求附录b直流充电控制导引电路与控制原理，完成绝缘检测，随后电动汽车的电池管理系统发送连接确认信号，控制器接收连接确认信号后控制电磁吸附线圈断电，充电枪开始通过车辆的充电接口为车辆充电。若在第一设定时间t
1
内未收到连接确认信号，设置电磁吸附线圈的电流强度为i
2
,(i
2
＞i
1
)，增加电磁吸附力。若在第二设定时间t
2
(t
2
＞t
1
)内未收到连接确认信号，控制电磁吸附线圈断电，通过充电枪内设置的通讯线缆与机械臂通讯，机械臂再次通过摄像机对充电接口位置进行图像识别，即采集车辆充电接口的图像，控制器根据车辆充电接口的图像通过机械臂对充电枪空间位置进行调整，再次对接。
[0094]
如果在充电中出现充电枪和充电接口相互脱离的情况，即充电桩无法检测到车辆充电接口的连接。充电桩切断对车辆的充电。充电桩立刻与控制器通讯，控制器接收到无法检测到车辆充电接口的连接的信息，控制器控制电磁吸附线圈通电，设置电磁吸附线圈的电流强度为i
2
。若在第二设定时间t
2
未接收到连接确认信号，控制器控制为电磁吸附线圈加反向电流，充电枪与控制器通讯，控制器接收到未接收到连接确认信号的信息，控制器控制机械臂移动确保充电枪和充电接口的脱离。脱离后，机械臂再次对充电接口位置进行图像识别，对充电枪空间位置进行调整，再次对接。
[0095]
如果出现例如短路漏电等安全问题。依据国家标准gb/t18487.1电动汽车传导充电系统第一部分：通用要求附录b直流充电控制导引电路与控制原理，充电桩切断对车辆的充电。充电桩通过通讯导线与充电枪进行通讯，控制器接收到停止充电的信号，控制器控制为电磁吸附线圈加反向电流，加速充电枪和充电接口的脱离。同时与机械臂通讯，控制机械臂移动，断开充电枪和充电接口之间的机械连接。
[0096]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0097]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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