机械式立体车库智能充电系统

摘 要：本文提出一种充电转换装置及使用此装置的机械式立体车库智能充电系统。详细介绍了一种充电转换装置的系统组成及其工作原理，解决了在无载车板的基于搬运机器人智能机械式立体车库中存车、充电一体化的难题。最后提出了基于此装置的机械式立体车库智能充电系统组成及其工作流程。本文所提出的机械式立体车库智能充电解决方案，无需载车板等中间载体，采用模块化设计，结构紧凑，适配性好，具有广阔的市场应用前景，助力新能源汽车产业发展。

关键词：智能充电;立体车库;新能源汽车

1 引言

新能源汽车作为我国七大新兴产业之一，在国家经济发展和政策扶持的大背景向出现了欣欣向荣的局面，其保有量日益增加。但从现在城市发展的形态和现状来开，充电难和停车难仍是制约新能源汽车发展的两大难题。机械式立体充电车库将仓储式立体停车和新能源汽车充电进行有机结合，充分向空中拓展资源，并且统一停车、充电的控制与管理，为用户提供便利，具有巨大的市场发展潜力和应用价值。

一般而言，机械式立体车库中的充电车位是用户不可达区域，新能源汽车充电枪的拔插动作只能在车库缓存口完成。因此需要结合具体立体车库的库型，由专用充电接插装置来完成充电枪在车库缓存口与充电车位之间的转接，实现在充电存车位充电终端的授电。

目前国内外车库厂家也提出了各种解决方案，但这些方案基本前提都是基于载车板式或类似载车板式，其应用的库型也仅限于升降横移式、有载车板式平面移动、垂直升降式等。在缓存口将充电枪与载车板上的插座对插，再整体搬运转移至充电存车位，由载车板上的连接器与配电终端连接构成充电回路，在此车的整个停车充电周期内，该载车板将和此汽车共存。载车板的存在显然增加了车库的建设成本，而且也与现今主流基于搬运机器人的智能机械式立体车库背道而驰，极大的制约了充电式立体车库的推广应用。[1，2]

本文提出一种充电转换装置及基于此装置的机械式立体车库智能充电系统。在机械式立体车库中与搬运机器人配套使用，在搬运车辆的同时同步转移载有充电枪的转换过渡装置，自动实现充电枪在缓存口与充电存车位之间的插接转移，同步完成车辆的存放与充电。

2 充电转换装置

充电转换装置由地面端组件（含缓存口端组件和充电存车位端组件）、转换过渡装置、搬运器端组件模块组成，如图1所示。借助搬运器行走动力，转换过渡装置可在地面端组件与搬运器端组件之间自动完成插接锁紧状态切换与位置转移，完成插接在转换过渡装置上的新能源汽车充电枪从车库缓存口到充电存车位的转接，并行实现停车与充电。

2.1转换过渡装置

转换过渡装置可在地面端组件与搬运器端组件之间自动完成插接锁紧切换与位置转移[3]。如图2所示，分别在顶部和侧端面设置有供电端插座和电连接器母头，其中顶部供电端插座为符合GB/T 20234.2-2015要求的7kW/32A交流供电端插座[4，5]，与双头充电枪供电端插头耦合配套;侧端面电连接器母头与存车位端组件电连接公头耦合配套。

实现转换过渡装置插接锁紧状态切换与位置转移的关键在其中所使用的对插锁紧机构。如图3所示，工作原理为：①初始状态，机构外侧套筒处于右侧位，压迫左侧钢珠落入左侧锥形插针凹型槽中，使得左侧插针与其锁紧保持。②右侧插针向机构右侧孔中插入到位后，机构内部多级滑块在内部弹簧力驱动下发生位置变化，同时带动外侧套筒滑向左侧位。③外侧套筒压迫右侧钢珠落入右侧锥形插针凹型槽中，使得右侧插针与其锁紧保持;左侧钢珠压迫状态解除，左侧插针解锁释放弹出，此时机构与前述初始①状态呈镜像关系。重复上述步骤，可多次连续重复实现接插锁紧状态切换与位置转移。

2.2地面端组件

地面端组件有缓存口端组件和存车位端组件两种形式，均以地面导向组件为基础分别安装在车库缓存口与充电存车位，如图4、5所示。其中，地面导向组件前端配置喇叭形导向，与搬运器端组件导向轮配合;后端配置四组螺柱，用于安装地面端组件并可进行高度调整。缓存口端组件和存车位端组件均采用轴向（X向）滑动支座的设计，可自适应±10mm的搬运器行走轴向定位误差;滑动座上均安装有锥形插针，可与转换过渡装置内部对插锁紧机构配合使用。另外，存车位端组件上设置有与配电系统相连的电连接器公头，与转换过渡装置电连接器母头耦合，构成电气回路，将配电系统的电能输送至新能源汽车实现充电。

2.3搬运器端组件

搬运器端组件安装在立体车库搬运机器人上，采用横向（Y向）滑动支座的设计，底部导轮配合地面导向组件可自适应±20mm的搬运器行走横移误差;同样，滑动座上安装有锥形插针，可与转换过渡装置内部对插锁紧机构配合使用。如图6所示

3 机械式立体车库智能充电系统

3.1系统组成

典型机械式立体车库智能充电系统一般包含四个部分：①群充电箱变;②人机交互系统;③充电终端;④充电转换装置，如图7所示。其中，群充电箱变实现对充电设施进行配电和充电控制，可以使用较为成熟的充电站群充技术和充电桩配电技术;人机交互系统实现充电启停与状态监测、以及充电费用收取，需要结合立体车库停车调度系统定制开发，达到停车、充电一体化;充电终端一般为符合国标规定的充电枪、充电座，也是较为成熟的货架产品;充电转换装置实现新能源汽车充电插枪从车库缓存口到充电存车位的自动转接，并完成群充电箱变和充电终端的连接，构建新能源汽车充电回路并进行有效的电力传输。[6-7]

3.2存车充电操作流程

如图8所示，给出了在立体车库中存车充电的操作流程;取车流程与此相逆，不再赘述。

①驾车驶入立体车库缓存口，取合适长度双头充电枪，将供电端插头插入转换过渡装置供电插座、车辆端插头插入车身充电插座;适当固定充电枪电缆确保其不拖挂地面。

②在出入口存取车交互终端，选择专用充电存车流程;系统启动自动存车流程，搬运器在缓存口取车，并同步将转换过渡装置接插转移到搬运器端组件上。

③搬运器载车搬运至充电存车位放车，并同步将转换过渡装置插接转移到存车位端组件上，电连接器公母头耦合、充电回路连通就绪。

④搬运器复位，存车流程闭环，充电控制系统发送充电指令，群充电箱变启动充电，开始在库中停车充电。

4 结论

本文提出一种充电转换装置及基于此装置的机械式立体车库智能充电系统。借助于一种无源机械对插锁紧切换装置，借助于搬运器的行走动力，自动实现转换过渡装置的插接锁紧状态切换与位置转移。在立体车库搬运机器人搬运车辆的同时，同步转移载有充电枪的转换过渡装置，自动实现充电枪在缓存口与充电存车位之间的插接转移，同步完成车辆的存放与充电。并且，给出了基于此装置的机械式立体车库智能充电系统组成及其详细工作流程。

本文所提出的立体车库充电解决方案无需载车板等中间载体，锁紧与解锁状态的切换动作由機构内部机械蓄能驱动，无需额外的有源动力驱动;采用模块化设计，结构紧凑，超薄型、通过性好，适配于市面上大多数汽车搬运器，具有广阔的市场应用前景。

参考文献：

[1] 贝太学，李鑫，等. 智能立体车库电动汽车自动充电的实现[J]. 起重运输机械， 2018， No.519（05）：112-117.

[2] 崔英刚，张梦婕，等. 立体车库和充电设施集成研究[J]. 科技成果管理与研究， 2017， 000（008）：36-42.

[3] 杨帅，仲崇峰，等. 充电式立体车库的充电转换连接装置：， CN211351141U[P]. 2020.

[4] GB/T 20234.1-2015 电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求[S]

[5] GB/T 20234.2-2015 电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口[S]

[6] GB/T 18487.1 电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求[S]

[7] GB/T 18487.3 电动汽车传导充电系统 第3部分：电动车辆交流/直流充电机（站）[S]

（1.中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031;2.安徽博微联控科技有限公司，安徽 合肥 230031）