无线充电共享电动车立体车库设计

2020-07-21孙美玲王志忠

通信电源技术 2020年8期

孙美玲，王志忠

（1.秦皇岛职业技术学院，河北秦皇岛 066100；2.22冶机电公司，河北唐山 064000）

0 引言

随着社会的发展，便民设施更加普及，共享电动车或共享电单车进入人们的视野，以快速、便捷和省力的特性为人们所喜爱。共享电动车主要集中投放在商场、车站和小区门口等人口密集的地方，方便人们取用。这一便民措施目前没有得到大力普及，因为在其发展的过程中遇到了瓶颈，制约了其健康有序的发展。

1 制约共享电动车发展的弊端

目前，市场中流行的共享电动车多为无桩[1]，通过扫码存、取车，操作方便，无需到指定位置停车，方便了使用者。但是，正是因为这种随意停放的方式，造成了环境污染和找车困难的问题。乱停乱放暴露的问题主要包括如下几个方面内容。第一，电动车辆露天放置，风吹雨淋，酷暑曝晒，各部分极易老化，增加了损毁率。第二，人为损坏。由于电动车不是个人私有，有些人使用时随心所欲，磕磕碰碰难以避免，增加了运行成本[2]。第三，电动车停放零散，公司维护人员寻找电动车保养和更换电瓶成为一件费时费力的工作。第四，不能实时监控每辆电动车的性能，以确保其可安全行驶。第五，电动车目前均采用接插件充电方式，接插头由于频繁使用，极易出现老化、破损和接触不良的情况而引起火灾。因此，建立一个健康、绿色环保、可持续发展的智能车库成为当下的首选。

2 无线充电共享电动车立体车库设计理念

随着智能交通服务网理念的提出，5G技术的应用使智能车库的普及成为可能。基于物联网的车库设计理念，主要从安全、经济、绿色、人工节约以及便捷等方面出发，实现了大数据时代下的集智能监控、物联网和电子支付于一体的共享电动车立体车库。第一，立体结构设计使车库容量更大，能够存放更多的电动车，避免了车辆随便停放，破坏环境整洁。第二，集中充电方便管理。节省了大量人力，避免了人工寻找车辆为其充电再投放运行的过程。第三，车库顶层采用太阳能电池板设计，一方面可以为车库提供夜间照明，另一方面多余的电量可以为车辆充电，绿色环保又节能。第四，车辆充电采用无线充电技术，由于没有接插件，不会出现打火和接触不良的情况，极大地保证了安全性，避免了由于充电插头老化、破损易引起火灾的情况。第五，设计中为每一辆共享电动车加装了物联网模块，监控电动车的性能，如速度、电量和运行轨迹等，确保驾驶员的安全。第六，车库的控制系统、监控系统、报警系统和云平台对接，实时监控车库的运行状态，如电动车数量统计、车辆充电情况、车库安全性能等参数。

3 共享立体车库结构设计

由于目前电动车立体停车库还停留在理论阶段，为了验证设计的可行性制作了一个模型，以演示其结构和运行。模型立体车库正面结构和侧面结构如图1和图2所示。

图1 模型立体车库正面结构图

图2 模型立体车库侧面结构图

立体车库结构主要由主框架、停车托盘、传动系统、照明系统、电源系统和控制系统等组成。模型由上下两层组成，演示为6个车位。立体车库的主框架采用钢结构设计，成本低，无毒，无污染，废弃后还可回收重复利用。钢结构的框架也方便后期车辆需求增加时进行加层扩建。钢材的刚性和机械性，也确保了车库的稳定性。

车库采用开放式设计，正面和后面敞开，方便用户同时存取车。两侧有钢支架，可以悬挂灯箱等广告牌，增加了照明和经济效益。根据车库所占位置的面积，可将其设计为单排和双排结构。为了节约成本，模型设计为单排车库结构。

模型中每层设计3个车位，托盘升降采用棘轮电机驱动具有刹车功能，由两条直线导轨定位。每个车位配有光电传感器、电磁锁和无线充电线圈。车库工作区装有AS-20人体感应开关和报警系统，确保车库运行时的安全性。车库上方装有太阳能电池板，可以把太阳能转换为电能用于照明和系统供电。车辆采用无线充电技术，应用电磁感应原理，没有接插件，不会出现打火和接触不良的情况，极大地保证了安全性。

每辆电动车加装了物联网模块，可以实时监测车辆性能，在手机APP上显示电动车的电量和运行状态，在危险地段能够提醒驾驶人员减速慢行，同时监控电动车的行驶轨迹，提高驾驶人员的骑行安全。立体停车库也加装了物联网模块，以便和云平台交换数据，监控车库运行状态。这些高性能的实现都依赖于5G技术的运营和云计算，为物联网监控提供大数据运算支持。此模型中电动车立体车库的控制核心为西门子PLC，主要工作是采集数据、控制电源、报警系统和光伏电池板，并通过物联网模块与云平台链接，实现数据交互。

4 共享立体车库工作过程设计

模型车库设计为上下两层，下层为一层，上层为二层，工作原理如图3所示。当用户取车时，可以扫描车辆二维码，电磁锁解锁，手机APP显示指定车辆的性能数据，包括电量和可行驶里程等。当一层没有车辆时，用户可以按“取车按钮”，这时二层车位托盘平台下降，红外传感器检测是否有人靠近。若有，则发出报警信号并停止下降；若无，则二层托盘下降到位后，用户可取车操作。

图3 立体车库工作原理图

当用户存车时，把车辆停放到车位指定位置，光电传感器检测到车辆，并将信号传递给PLC。PLC发出信号给电磁锁，使其工作吸合固定电动车，然后对电动车电池进行电量检测，判断其是否需要充电。如果电动车电池电量高于80%，则PLC不发送接通无线充电线圈指令，该车位处于有车断电等待状态。用户可以扫码取车，PLC和物联网模块将进行解锁和计时操作。如果电动车电池电量低于80%，则PLC发送接通无线充电线圈指令，使电动车进入快速充电状态。充满电后，该车位将进入有车断电等待状态。若车位光电传感器没有检测到该车位有车时，则该车位处于空位断电状态，等待用户进行存车操作。控制流程如图4所示。

当二层托盘车辆存满后，如果还有用户存车，则按“存车按钮”，二层车位平台会自动上升，这时用户可以对一层进行存车操作。

电源装置为照明系统、PLC、无线充电装置等设施供电。它主要有两路供配电线路：一路为太阳能电池板，为车库照明系统供电，若有剩余则存储电能，为车库提供充电电源；另一路为外接电源线路，若太阳能电池储能不足，则用于提供一切电源供给。PLC为装置的核心，一切的检测信号和输出信号均由PLC控制。主要的检测信号如下：（1）光度传感器，当夜晚降临时，光度传感器检测到光线暗信号，则启动车库照明装置；（2）人体感应开关，当平台下降时若有人或小动物在检测范围内，则平台停止下降，确保安全；（3）按钮操作，可实现对二层平台上升、下降和急停操作。本设计中采用的急停按钮为硬件急停，当按下时所有设备停电，避免故障发生造成意外伤害。每个车位有固定的光电传感器，检测车位是否有车辆停放。PLC输出信号包括控制无线充电线圈是否工作、电磁铁吸合、电机正反转和停止运行以及照明装置接通等。