機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)

摘 要：本文提出一種充電轉(zhuǎn)換裝置及使用此裝置的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了一種充電轉(zhuǎn)換裝置的系統(tǒng)組成及其工作原理，解決了在無(wú)載車(chē)板的基于搬運(yùn)機(jī)器人智能機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)中存車(chē)、充電一體化的難題。最后提出了基于此裝置的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)組成及其工作流程。本文所提出的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電解決方案，無(wú)需載車(chē)板等中間載體，采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，適配性好，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，助力新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能充電;立體車(chē)庫(kù);新能源汽車(chē)

1 引言

新能源汽車(chē)作為我國(guó)七大新興產(chǎn)業(yè)之一，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政策扶持的大背景向出現(xiàn)了欣欣向榮的局面，其保有量日益增加。但從現(xiàn)在城市發(fā)展的形態(tài)和現(xiàn)狀來(lái)開(kāi)，充電難和停車(chē)難仍是制約新能源汽車(chē)發(fā)展的兩大難題。機(jī)械式立體充電車(chē)庫(kù)將倉(cāng)儲(chǔ)式立體停車(chē)和新能源汽車(chē)充電進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，充分向空中拓展資源，并且統(tǒng)一停車(chē)、充電的控制與管理，為用戶(hù)提供便利，具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值。

一般而言，機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)中的充電車(chē)位是用戶(hù)不可達(dá)區(qū)域，新能源汽車(chē)充電槍的拔插動(dòng)作只能在車(chē)庫(kù)緩存口完成。因此需要結(jié)合具體立體車(chē)庫(kù)的庫(kù)型，由專(zhuān)用充電接插裝置來(lái)完成充電槍在車(chē)庫(kù)緩存口與充電車(chē)位之間的轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)在充電存車(chē)位充電終端的授電。

目前國(guó)內(nèi)外車(chē)庫(kù)廠家也提出了各種解決方案，但這些方案基本前提都是基于載車(chē)板式或類(lèi)似載車(chē)板式，其應(yīng)用的庫(kù)型也僅限于升降橫移式、有載車(chē)板式平面移動(dòng)、垂直升降式等。在緩存口將充電槍與載車(chē)板上的插座對(duì)插，再整體搬運(yùn)轉(zhuǎn)移至充電存車(chē)位，由載車(chē)板上的連接器與配電終端連接構(gòu)成充電回路，在此車(chē)的整個(gè)停車(chē)充電周期內(nèi)，該載車(chē)板將和此汽車(chē)共存。載車(chē)板的存在顯然增加了車(chē)庫(kù)的建設(shè)成本，而且也與現(xiàn)今主流基于搬運(yùn)機(jī)器人的智能機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)背道而馳，極大的制約了充電式立體車(chē)庫(kù)的推廣應(yīng)用。[1，2]

本文提出一種充電轉(zhuǎn)換裝置及基于此裝置的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)。在機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)中與搬運(yùn)機(jī)器人配套使用，在搬運(yùn)車(chē)輛的同時(shí)同步轉(zhuǎn)移載有充電槍的轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)充電槍在緩存口與充電存車(chē)位之間的插接轉(zhuǎn)移，同步完成車(chē)輛的存放與充電。

2 充電轉(zhuǎn)換裝置

充電轉(zhuǎn)換裝置由地面端組件（含緩存口端組件和充電存車(chē)位端組件）、轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置、搬運(yùn)器端組件模塊組成，如圖1所示。借助搬運(yùn)器行走動(dòng)力，轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置可在地面端組件與搬運(yùn)器端組件之間自動(dòng)完成插接鎖緊狀態(tài)切換與位置轉(zhuǎn)移，完成插接在轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置上的新能源汽車(chē)充電槍從車(chē)庫(kù)緩存口到充電存車(chē)位的轉(zhuǎn)接，并行實(shí)現(xiàn)停車(chē)與充電。

2.1轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置

轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置可在地面端組件與搬運(yùn)器端組件之間自動(dòng)完成插接鎖緊切換與位置轉(zhuǎn)移[3]。如圖2所示，分別在頂部和側(cè)端面設(shè)置有供電端插座和電連接器母頭，其中頂部供電端插座為符合GB/T 20234.2-2015要求的7kW/32A交流供電端插座[4，5]，與雙頭充電槍供電端插頭耦合配套;側(cè)端面電連接器母頭與存車(chē)位端組件電連接公頭耦合配套。

實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置插接鎖緊狀態(tài)切換與位置轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵在其中所使用的對(duì)插鎖緊機(jī)構(gòu)。如圖3所示，工作原理為：①初始狀態(tài)，機(jī)構(gòu)外側(cè)套筒處于右側(cè)位，壓迫左側(cè)鋼珠落入左側(cè)錐形插針凹型槽中，使得左側(cè)插針與其鎖緊保持。②右側(cè)插針向機(jī)構(gòu)右側(cè)孔中插入到位后，機(jī)構(gòu)內(nèi)部多級(jí)滑塊在內(nèi)部彈簧力驅(qū)動(dòng)下發(fā)生位置變化，同時(shí)帶動(dòng)外側(cè)套筒滑向左側(cè)位。③外側(cè)套筒壓迫右側(cè)鋼珠落入右側(cè)錐形插針凹型槽中，使得右側(cè)插針與其鎖緊保持;左側(cè)鋼珠壓迫狀態(tài)解除，左側(cè)插針解鎖釋放彈出，此時(shí)機(jī)構(gòu)與前述初始①狀態(tài)呈鏡像關(guān)系。重復(fù)上述步驟，可多次連續(xù)重復(fù)實(shí)現(xiàn)接插鎖緊狀態(tài)切換與位置轉(zhuǎn)移。

2.2地面端組件

地面端組件有緩存口端組件和存車(chē)位端組件兩種形式，均以地面導(dǎo)向組件為基礎(chǔ)分別安裝在車(chē)庫(kù)緩存口與充電存車(chē)位，如圖4、5所示。其中，地面導(dǎo)向組件前端配置喇叭形導(dǎo)向，與搬運(yùn)器端組件導(dǎo)向輪配合;后端配置四組螺柱，用于安裝地面端組件并可進(jìn)行高度調(diào)整。緩存口端組件和存車(chē)位端組件均采用軸向（X向）滑動(dòng)支座的設(shè)計(jì)，可自適應(yīng)±10mm的搬運(yùn)器行走軸向定位誤差;滑動(dòng)座上均安裝有錐形插針，可與轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置內(nèi)部對(duì)插鎖緊機(jī)構(gòu)配合使用。另外，存車(chē)位端組件上設(shè)置有與配電系統(tǒng)相連的電連接器公頭，與轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置電連接器母頭耦合，構(gòu)成電氣回路，將配電系統(tǒng)的電能輸送至新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)充電。

2.3搬運(yùn)器端組件

搬運(yùn)器端組件安裝在立體車(chē)庫(kù)搬運(yùn)機(jī)器人上，采用橫向（Y向）滑動(dòng)支座的設(shè)計(jì)，底部導(dǎo)輪配合地面導(dǎo)向組件可自適應(yīng)±20mm的搬運(yùn)器行走橫移誤差;同樣，滑動(dòng)座上安裝有錐形插針，可與轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置內(nèi)部對(duì)插鎖緊機(jī)構(gòu)配合使用。如圖6所示

3 機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成

典型機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)一般包含四個(gè)部分：①群充電箱變;②人機(jī)交互系統(tǒng);③充電終端;④充電轉(zhuǎn)換裝置，如圖7所示。其中，群充電箱變實(shí)現(xiàn)對(duì)充電設(shè)施進(jìn)行配電和充電控制，可以使用較為成熟的充電站群充技術(shù)和充電樁配電技術(shù);人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電啟停與狀態(tài)監(jiān)測(cè)、以及充電費(fèi)用收取，需要結(jié)合立體車(chē)庫(kù)停車(chē)調(diào)度系統(tǒng)定制開(kāi)發(fā)，達(dá)到停車(chē)、充電一體化;充電終端一般為符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的充電槍、充電座，也是較為成熟的貨架產(chǎn)品;充電轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)充電插槍從車(chē)庫(kù)緩存口到充電存車(chē)位的自動(dòng)轉(zhuǎn)接，并完成群充電箱變和充電終端的連接，構(gòu)建新能源汽車(chē)充電回路并進(jìn)行有效的電力傳輸。[6-7]

3.2存車(chē)充電操作流程

如圖8所示，給出了在立體車(chē)庫(kù)中存車(chē)充電的操作流程;取車(chē)流程與此相逆，不再贅述。

①駕車(chē)駛?cè)肓Ⅲw車(chē)庫(kù)緩存口，取合適長(zhǎng)度雙頭充電槍?zhuān)瑢⒐╇姸瞬孱^插入轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置供電插座、車(chē)輛端插頭插入車(chē)身充電插座;適當(dāng)固定充電槍電纜確保其不拖掛地面。

②在出入口存取車(chē)交互終端，選擇專(zhuān)用充電存車(chē)流程;系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)存車(chē)流程，搬運(yùn)器在緩存口取車(chē)，并同步將轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置接插轉(zhuǎn)移到搬運(yùn)器端組件上。

③搬運(yùn)器載車(chē)搬運(yùn)至充電存車(chē)位放車(chē)，并同步將轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置插接轉(zhuǎn)移到存車(chē)位端組件上，電連接器公母頭耦合、充電回路連通就緒。

④搬運(yùn)器復(fù)位，存車(chē)流程閉環(huán)，充電控制系統(tǒng)發(fā)送充電指令，群充電箱變啟動(dòng)充電，開(kāi)始在庫(kù)中停車(chē)充電。

4 結(jié)論

本文提出一種充電轉(zhuǎn)換裝置及基于此裝置的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)。借助于一種無(wú)源機(jī)械對(duì)插鎖緊切換裝置，借助于搬運(yùn)器的行走動(dòng)力，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置的插接鎖緊狀態(tài)切換與位置轉(zhuǎn)移。在立體車(chē)庫(kù)搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)車(chē)輛的同時(shí)，同步轉(zhuǎn)移載有充電槍的轉(zhuǎn)換過(guò)渡裝置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)充電槍在緩存口與充電存車(chē)位之間的插接轉(zhuǎn)移，同步完成車(chē)輛的存放與充電。并且，給出了基于此裝置的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)智能充電系統(tǒng)組成及其詳細(xì)工作流程。

本文所提出的立體車(chē)庫(kù)充電解決方案無(wú)需載車(chē)板等中間載體，鎖緊與解鎖狀態(tài)的切換動(dòng)作由機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械蓄能驅(qū)動(dòng)，無(wú)需額外的有源動(dòng)力驅(qū)動(dòng);采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，超薄型、通過(guò)性好，適配于市面上大多數(shù)汽車(chē)搬運(yùn)器，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[4] GB/T 20234.1-2015 電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置 第1部分：通用要求[S]

[5] GB/T 20234.2-2015 電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口[S]

[6] GB/T 18487.1 電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求[S]

[7] GB/T 18487.3 電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第3部分：電動(dòng)車(chē)輛交流/直流充電機(jī)（站）[S]

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031;2.安徽博微聯(lián)控科技有限公司，安徽 合肥 230031）