機械式立體車庫智能充電系統

摘 要：本文提出一種充電轉換裝置及使用此裝置的機械式立體車庫智能充電系統。詳細介紹了一種充電轉換裝置的系統組成及其工作原理，解決了在無載車板的基于搬運機器人智能機械式立體車庫中存車、充電一體化的難題。最后提出了基于此裝置的機械式立體車庫智能充電系統組成及其工作流程。本文所提出的機械式立體車庫智能充電解決方案，無需載車板等中間載體，采用模塊化設計，結構緊湊，適配性好，具有廣闊的市場應用前景，助力新能源汽車產業發展。

關鍵詞：智能充電;立體車庫;新能源汽車

1 引言

新能源汽車作為我國七大新興產業之一，在國家經濟發展和政策扶持的大背景向出現了欣欣向榮的局面，其保有量日益增加。但從現在城市發展的形態和現狀來開，充電難和停車難仍是制約新能源汽車發展的兩大難題。機械式立體充電車庫將倉儲式立體停車和新能源汽車充電進行有機結合，充分向空中拓展資源，并且統一停車、充電的控制與管理，為用戶提供便利，具有巨大的市場發展潛力和應用價值。

一般而言，機械式立體車庫中的充電車位是用戶不可達區域，新能源汽車充電槍的拔插動作只能在車庫緩存口完成。因此需要結合具體立體車庫的庫型，由專用充電接插裝置來完成充電槍在車庫緩存口與充電車位之間的轉接，實現在充電存車位充電終端的授電。

目前國內外車庫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板式或類似載車板式，其應用的庫型也僅限于升降橫移式、有載車板式平面移動、垂直升降式等。在緩存口將充電槍與載車板上的插座對插，再整體搬運轉移至充電存車位，由載車板上的連接器與配電終端連接構成充電回路，在此車的整個停車充電周期內，該載車板將和此汽車共存。載車板的存在顯然增加了車庫的建設成本，而且也與現今主流基于搬運機器人的智能機械式立體車庫背道而馳，極大的制約了充電式立體車庫的推廣應用。[1，2]

本文提出一種充電轉換裝置及基于此裝置的機械式立體車庫智能充電系統。在機械式立體車庫中與搬運機器人配套使用，在搬運車輛的同時同步轉移載有充電槍的轉換過渡裝置，自動實現充電槍在緩存口與充電存車位之間的插接轉移，同步完成車輛的存放與充電。

2 充電轉換裝置

充電轉換裝置由地面端組件（含緩存口端組件和充電存車位端組件）、轉換過渡裝置、搬運器端組件模塊組成，如圖1所示。借助搬運器行走動力，轉換過渡裝置可在地面端組件與搬運器端組件之間自動完成插接鎖緊狀態切換與位置轉移，完成插接在轉換過渡裝置上的新能源汽車充電槍從車庫緩存口到充電存車位的轉接，并行實現停車與充電。

2.1轉換過渡裝置

轉換過渡裝置可在地面端組件與搬運器端組件之間自動完成插接鎖緊切換與位置轉移[3]。如圖2所示，分別在頂部和側端面設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;側端面電連接器母頭與存車位端組件電連接公頭耦合配套。

實現轉換過渡裝置插接鎖緊狀態切換與位置轉移的關鍵在其中所使用的對插鎖緊機構。如圖3所示，工作原理為：①初始狀態，機構外側套筒處于右側位，壓迫左側鋼珠落入左側錐形插針凹型槽中，使得左側插針與其鎖緊保持。②右側插針向機構右側孔中插入到位后，機構內部多級滑塊在內部彈簧力驅動下發生位置變化，同時帶動外側套筒滑向左側位。③外側套筒壓迫右側鋼珠落入右側錐形插針凹型槽中，使得右側插針與其鎖緊保持;左側鋼珠壓迫狀態解除，左側插針解鎖釋放彈出，此時機構與前述初始①狀態呈鏡像關系。重復上述步驟，可多次連續重復實現接插鎖緊狀態切換與位置轉移。

2.2地面端組件

地面端組件有緩存口端組件和存車位端組件兩種形式，均以地面導向組件為基礎分別安裝在車庫緩存口與充電存車位，如圖4、5所示。其中，地面導向組件前端配置喇叭形導向，與搬運器端組件導向輪配合;后端配置四組螺柱，用于安裝地面端組件并可進行高度調整。緩存口端組件和存車位端組件均采用軸向（X向）滑動支座的設計，可自適應±10mm的搬運器行走軸向定位誤差;滑動座上均安裝有錐形插針，可與轉換過渡裝置內部對插鎖緊機構配合使用。另外，存車位端組件上設置有與配電系統相連的電連接器公頭，與轉換過渡裝置電連接器母頭耦合，構成電氣回路，將配電系統的電能輸送至新能源汽車實現充電。

2.3搬運器端組件

搬運器端組件安裝在立體車庫搬運機器人上，采用橫向（Y向）滑動支座的設計，底部導輪配合地面導向組件可自適應±20mm的搬運器行走橫移誤差;同樣，滑動座上安裝有錐形插針，可與轉換過渡裝置內部對插鎖緊機構配合使用。如圖6所示

3 機械式立體車庫智能充電系統

3.1系統組成

典型機械式立體車庫智能充電系統一般包含四個部分：①群充電箱變;②人機交互系統;③充電終端;④充電轉換裝置，如圖7所示。其中，群充電箱變實現對充電設施進行配電和充電控制，可以使用較為成熟的充電站群充技術和充電樁配電技術;人機交互系統實現充電啟停與狀態監測、以及充電費用收取，需要結合立體車庫停車調度系統定制開發，達到停車、充電一體化;充電終端一般為符合國標規定的充電槍、充電座，也是較為成熟的貨架產品;充電轉換裝置實現新能源汽車充電插槍從車庫緩存口到充電存車位的自動轉接，并完成群充電箱變和充電終端的連接，構建新能源汽車充電回路并進行有效的電力傳輸。[6-7]

3.2存車充電操作流程

如圖8所示，給出了在立體車庫中存車充電的操作流程;取車流程與此相逆，不再贅述。

①駕車駛入立體車庫緩存口，取合適長度雙頭充電槍，將供電端插頭插入轉換過渡裝置供電插座、車輛端插頭插入車身充電插座;適當固定充電槍電纜確保其不拖掛地面。

②在出入口存取車交互終端，選擇專用充電存車流程;系統啟動自動存車流程，搬運器在緩存口取車，并同步將轉換過渡裝置接插轉移到搬運器端組件上。

③搬運器載車搬運至充電存車位放車，并同步將轉換過渡裝置插接轉移到存車位端組件上，電連接器公母頭耦合、充電回路連通就緒。

④搬運器復位，存車流程閉環，充電控制系統發送充電指令，群充電箱變啟動充電，開始在庫中停車充電。

4 結論

本文提出一種充電轉換裝置及基于此裝置的機械式立體車庫智能充電系統。借助于一種無源機械對插鎖緊切換裝置，借助于搬運器的行走動力，自動實現轉換過渡裝置的插接鎖緊狀態切換與位置轉移。在立體車庫搬運機器人搬運車輛的同時，同步轉移載有充電槍的轉換過渡裝置，自動實現充電槍在緩存口與充電存車位之間的插接轉移，同步完成車輛的存放與充電。并且，給出了基于此裝置的機械式立體車庫智能充電系統組成及其詳細工作流程。

本文所提出的立體車庫充電解決方案無需載車板等中間載體，鎖緊與解鎖狀態的切換動作由機構內部機械蓄能驅動，無需額外的有源動力驅動;采用模塊化設計，結構緊湊，超薄型、通過性好，適配于市面上大多數汽車搬運器，具有廣闊的市場應用前景。

參考文獻：

[1] 貝太學，李鑫，等. 智能立體車庫電動汽車自動充電的實現[J]. 起重運輸機械， 2018， No.519（05）：112-117.

[2] 崔英剛，張夢婕，等. 立體車庫和充電設施集成研究[J]. 科技成果管理與研究， 2017， 000（008）：36-42.

[3] 楊帥，仲崇峰，等. 充電式立體車庫的充電轉換連接裝置：， CN211351141U[P]. 2020.

[4] GB/T 20234.1-2015 電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求[S]

[5] GB/T 20234.2-2015 電動汽車傳導充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口[S]

[6] GB/T 18487.1 電動汽車傳導充電系統 第1部分：通用要求[S]

[7] GB/T 18487.3 電動汽車傳導充電系統 第3部分：電動車輛交流/直流充電機（站）[S]

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