一种电动汽车自动充电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车自动充电系统及其控制方法，从车辆泊车入位开始监测，到车辆充电完成后断开充电连接复位装置并生成用户账单，包括充电插头对接和充电过程实时监控，软件系统部分全程监控充电过程涉及到的各项数据，控制硬件机械部分运行完成下一步动作，硬件部分完成指令后将新的信号量传回软件部分参与新指令运算，软硬结合，提高整个充电系统的系统性和智能性；使用基于机器视觉和机器学习算法的充电接口对接方案，保证对接的可行性和准确度；使用三维度长行程的丝杆导轨机构，增加充电接头的可活动范围，适应多种车型；为自动充电系统配备支付扫码器，通过手机端支付工具的支付条形码扫码功能即可完成相关费用的支付，使支付更智能。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车自动充电系统及其控制方法
本专利技术涉及电动汽车自动充电技术及控制方法，具体涉及一种全自动化高精度电动汽车自动充电系统及其控制方法。
技术介绍
中国国民经济的飞速发展，促进居民汽车保有量的增长。据国家统计局数据,2005-2014年年均增长高达15.61％。然而汽车数量的增长带来了石油能源减少、环境污染、城市空间拥挤等问题，于是电动汽车得到飞速发展。2014年全球市场共销售353522辆电动汽车,同比增长53％。据工信部统计，2015年1-6月，中国电动汽车累计生产7.85万辆，同比增长3倍。新能源汽车市场拥有巨大的前景，这一点毋庸置疑。而电动汽车的使用必定离不开充电桩，截至2015年底，国内已建成的充换电站3600座，公共充电桩4.9万个。2015年10月，国家发改委、能源局、工信部和住建部四个部门联合印发了《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》，文件提出到2020年，国内新增集中式充换电站1.2万座，分散式充电桩480万个，以满足全国500万辆电动车的充电需求。现有的电动汽车充电装置包括了各类交流和直流充电桩和充电站，使用这些充电装置时，需要使用者手动将充电装置上的充电插头插入电动汽车的充电插座内，然后启动充电。而在充电完成后，同样需要使用者手动移除充电插头并将其放置在充电装置上。在交流充电装置的充电插头上，除了有供电触头外，还有保护接地触头、控制确认触头、充电连接确认触头等共计7个触头。而在直流充电装置的充电插头上，除了供电触头外，还有保护接地触头等共计9个触头。在充电过程中，首先接通保护接地触头，最后接通控制确认触头与充电连接确认触头；在脱开的过程中，首先断开充电连接确认触头和控制确认触头，最后断开保护接地触头。尤其是对于租赁或其他专用的电动汽车，在无人值守的还车网点，需要用户停车后自己动手操作。根据以上使用环境，目前的充电桩主要存在1、由于错误操作或设备破损带来的安全隐患问题；2、操作较为繁琐，使用便捷性不够；3、充电桩系统复杂，作为公用设施维护难度大且成本高。因此，如何实现安全、自动化、智能化的充电桩是一个重要的问题。现在存在的自动充电专利公开方案，在充电系统的便捷性、准确性、安全性、灵活性和自动化程度上都存在一定的不足，且控制方法不够迅速、精确。中国专利公开号CN105539190A公开了一种三自由度电动汽车自动充电装置及其控制方法，该专利技术主要涉及到自动充电装置的机械部分。由于该方案的系统1、只设计了充受电端的对接控制，且对接方案工作范围太小，没有车辆泊入检测、车身姿态检测等保证精确对接的手段和费用支付手段，便捷性很低；2、使用霍尔传感器进行对接，很容易受周围磁场干扰且工作可信范围很小；没有车身检测，很难保证准确的对接角度，准确性较低；3、对接角度、精度没有保障；没有充电状态监测，发生异常无法处理，安全性很低；4、充电插头活动范围仅限车身一侧且行程小，难以适应各种车型，灵活性低；5、只涉及了机械装置如何带动充电端完成对接，对车辆泊入、车身姿态检测、充电状态监控、异常处理以及相关费用计算缴纳都未涉及，自动化程度较低。该方案的控制方法仅为基于霍尔传感器的机械部分的驱动和对接方法，没有泊车信号检测方法和车身姿态检测方法，方法准确性较低，且充受电端对接方法过于简单，方法控制效率较低。中国专利公开号CN106114268A公开了一种电动汽车自动充电连接装置，将充电接口改造至车辆顶端,使用红外线传感器进行对接。由于该方案的系统1、需要用户自己加装位于车顶的充受电端对接模块，并手动进行该模块与车辆的对接，便捷性较低；2、使用红外对接，工作范围较小，对接角度的精确度难以保证，准确度一般；3、对接角度没有保障；没有充电状态监测和异常情况处理，安全性很低；4、固定于车身上侧，不同高度的车辆难以通用；对接过程仍需手动，需要加装受电装置，灵活性低；5、只涉及了机械装置如何带动充电端完成对接，且受电端与汽车充电接口还需要手动对接，自动化程度很低。该方案的控制方法包含基于红外线传感器的机械部分的驱动方法和对接方法，没有车身姿态检测方法，方法准确性较低，且充受电端对接方法过于简单，方法控制效率较低。中国专利公开号CN105515111A公开了一种电动汽车自动充电系统，其所述方案通过托盘将电动汽车与充电桩连接完成充电，用户将车辆停入托盘并将充电接口与托盘上的充电插头相连，系统会移动托盘与充电桩进行对接。由于该方案的系统1、需要用户手动进行充受电端的对接，且没有费用支付手段，用户泊入和驶出都要等待托盘调度，便捷性很低；2、需要用户手动进行对接，若用户不熟悉对接方式可能产生连接错误，准确度一般；3、带电端需要手动连接，很可能造成误操作发生危险，安全性较低；4、车辆上了托盘便无法自行控制移动，只能等待调度；驶入和离开都要等待调度，灵活性很低；5、车体与托盘的充电连接需要人工完成，车辆泊入信号也需要人工发送，充电完成后的缴费过程也未涉及，自动化程度很低。该方案的控制方法主要涉及待充电车辆与充电桩的调度问题，且泊入信号和对接采用手动方式，并未解决手动操作的不便和安全问题。中国专利公开号CN105244971A公开了一种电动汽车自动充电系统，该专利技术对车载的充电接口进行了改造，车载受电端改为置于汽车底盘上的受电线圈，并且在受电端增加了用于实现对接的红外线传感器。由于该方案的系统1、要使用需要用户自己加装位于车底的对接模块，且充电装置位于车底易损坏，便捷性较低；2、使用红外对接，工作范围较小，对接角度的精确度难以保证，准确度一般；3、充电端在地面，容易进水漏电或破损漏电；没有充电状态监测，发生异常无法处理，安全性很低；4、固定于车身下侧，需要对充电接口位置进行改造；受车辆停靠位置影响很大，灵活性低；5、增加了车辆泊入信号的发送，使用加装的车载单元将信号发送给充电装置，但充电状态监控、异常处理以及相关费用计算缴纳仍都未涉及，自动化程度低。该方案的控制方法主要包含基于红外线传感器的机械部分的驱动方法和对接方法，没有车身姿态检测方法，方法准确性较低，且充受电端对接方法过于简单，方法控制效率较低。中国专利公开号CN104795868A公开了一种电动汽车自动充电系统，通过CCD传感器独立移动式的充电插头自动插拔装置实现将电动汽车充电插头插入或拔出充电插座中，在一定程度上解决了手动充电所存在的隐患，但由于该方案的系统1、没有相关费用计算和缴纳系统且车辆姿态检测与对接精度不高，给实际使用带来麻烦，便捷性一般；2、车辆姿态检测误差分析不足，导致对接角度不够准确；对接算法粗糙，识别率较低导致对接准确度低；3、由于姿态检测和对接算法的不足，对接精确度低，可能造成未正确接入的危险，安全性一般；4、机械部分活动范围仅限车身一侧且行程较小，难以适应各种车型，灵活性低；5、有比较自动化的车辆泊入信号检测、车身姿态检测和充电状态监测，但缺少安全快捷的相关费用计算和缴纳系统，自动化程度一般。该方案的控制方法主要包括基于CCD传感器的充电插头自动插拔控制方法，该方案中虽然有泊车检测方法和车身姿态检测方法，但其方法没有阈值设置和误差消除，方法准确性较低，易产生误判，且充受电端对接方法过于简单，方法控制效率和对接准确度都较低。中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车自动充电系统，其特征在于：包括充电桩、自动充电控制装置、充电目标识别与插拔装置、自动充电机械装置和支付装置；所述充电桩与所述充电目标识别与插拔装置相连用于提供充电电源；所述自动充电控制装置与所述充电桩相连用于对充电状态进行实时监测及对充电进行启停控制；所述自动充电控制装置与所述充电目标识别与插拔装置相连用于监听泊车信号、检测车身姿态、调整充电目标识别与插拔装置位置及识别汽车充电接口；所述自动充电控制装置与所述自动充电机械装置相连用于对自动充电机械装置进行驱动，所述自动充电机械装置与所述充电目标识别与插拔装置相连用于根据所述驱动带动所述充电目标识别与插拔装置移动至汽车充电接口处进行充电；所述自动充电控制装置与所述支付装置相连用于充电完成后启动支付装置等待车主支付。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车自动充电系统，其特征在于：包括充电桩、自动充电控制装置、充电目标识别与插拔装置、自动充电机械装置和支付装置；所述充电桩与所述充电目标识别与插拔装置相连用于提供充电电源；所述自动充电控制装置与所述充电桩相连用于对充电状态进行实时监测及对充电进行启停控制；所述自动充电控制装置与所述充电目标识别与插拔装置相连用于监听泊车信号、检测车身姿态、调整充电目标识别与插拔装置位置及识别汽车充电接口；所述自动充电控制装置与所述自动充电机械装置相连用于对自动充电机械装置进行驱动，所述自动充电机械装置与所述充电目标识别与插拔装置相连用于根据所述驱动带动所述充电目标识别与插拔装置移动至汽车充电接口处进行充电；所述自动充电控制装置与所述支付装置相连用于充电完成后启动支付装置等待车主支付。2.根据权利要求1所述的电动汽车自动充电系统，其特征在于，所述充电目标识别与插拔装置包括超声波传感器组、激光测距传感器组、视频图像传感器、充电插头、电磁铁、第一齿轮传动机构、第二齿轮传动机构、第一伺服电机、底座和第二伺服电机；所述视频图像传感器、超声波传感器组、激光测距传感器组、第一伺服电机放置在所述底座上方；所述第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构固定在所述第一伺服电机的同一侧面且上下设置，所述第一伺服电机用于驱动所述第一齿轮传动机构和所述第二齿轮传动机构动作；所述充电插头固定在所述第一齿轮传动机构前方用于插入汽车的充电接口；所述电磁铁固定在所述第二齿轮传动机构前方用于打开所述充电接口的保护盖；所述第二伺服电机放置在所述底座下方用于驱动所述底座进行角度调整；所述自动充电控制装置与所述第一伺服电机相连用于控制所述第一伺服电机驱动所述第一齿轮传动机构控制所述充电插头伸出与收回，还用于驱动所述第二齿轮传动机构控制所述电磁铁伸出与收回；所述自动充电控制装置与所述第二伺服电机与相连用于根据所述激光测距传感器传回的汽车泊车姿势，控制第二伺服电机转动以驱动所述底座旋转；所述超声波传感器组包括两个超声波传感器；所述激光测距传感器组包括两组，每组包括两个激光测距传感器，所述自动充电控制装置与所述超声波传感器组、激光测距传感器组和视频图像传感器分别相连；所述充电桩与所述充电插头相连用于提供充电电源。3.根据权利要求2所述的电动汽车自动充电系统，其特征在于，所述视频图像传感器设置有照明LED。4.根据权利要求2或3所述的电动汽车自动充电系统，其特征在于，所述自动充电机械装置包括横向丝杆双导轨机构、纵向丝杆导轨机构和水平丝杆机构；所述横向丝杆双导轨机构包括横向丝杆双导轨底座和第三伺服电机；所述纵向丝杆导轨机构包括纵向丝杆导轨和第四伺服电机；所述水平丝杆机构包括水平丝杆和第五伺服电机；所述纵向丝杆导轨和第四伺服电机固定在所述横向丝杆双导轨底座的滑块上，所述第三伺服电机用于驱动所述纵向丝杆导轨机构的水平横向移动；所述水平丝杆和第五伺服电机固定在所述纵向丝杆导轨的滑块上，所述第四伺服用于驱动所述水平丝杆机构垂直纵向移动；所述充电目标识别与插拔装置固定在所述水平丝杆的滑块上，所述第五伺服电机用于驱动所述充电目标识别与插拔装置水平纵向移动；所述自动充电控制装置与所述第三伺服电机、第四伺服电机和第五伺服电机分别相连。5.根据权利要求4所述的电动汽车自动充电系统，其特征在于，所述充电桩包括桩体，以及桩体内的电气模块、计量模块、桩体状态检测模块；所述电气模块包括与交流电网连接的充电插座；所述电气模块与计量模块相连用于监测充电状态和充电时长；所述桩体状态检测模块与电气模块、计量模块分别相连用于检测电气模块和计量模块的工作状态；所述充电桩还包括用于在断电情况下仍然能够执行充电任务的UPS电源系统。6.根据权利要求5所述的电动汽车自动充电系统，其特征在于，所述自动充电控制装置包括中央处理单元、单片机模块、伺服电机驱动模块，所述中央处理单元与单片机模块相连；所述单片机模块与伺服电机驱动模块相连；所述伺服电机驱动模块与所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机和第五伺服电机分别相连；所述中央处理单元包括汽车泊入检测模块、车身姿态检测检测模块、充电插头自动化对接模块、充电状态及时间检测模块、智能付费模块和桩体工作状态监测模块；所述汽车泊入检测模块，用于实时监听所述超声波传感器组传回的泊车信号，当超声波传感器组中的两个超声波传感器都检测到遮挡物距离在第一设定阈值距离范围内且持续时间大于第二设定阈值时间时，判断有汽车泊入，向车身姿态检测检测模块发送泊车信号；所述车身姿态检测检测模块，用于接收所述汽车泊入检测模块发送的泊车信号，控制所述激光测距传感器组开启，实时监听所述激光测距传感器组传回的距离信号；根据距离信号计算出车身姿态并发送车身姿态信号给所述单片机模块以驱动所述充电目标识别与插拔装置进行角度调整；然后向所述充电插头自动化对接模块发送对接信号；所述充电插头自动化对接模块，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王太宏，段峥祺，肖松华，苏瑞福，郭姗姗，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35