一种可移动式智能充电桩
阅读说明：本技术 一种可移动式智能充电桩 (Movable intelligent charging stake ) 是由 季炎炎 郑东阳 吕凤娟 肖承仟 王锴 张彦兵 张姝 乔恺 刘延增 赵宇丹 王瑾 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种可移动式智能充电桩,属于电动设备充电技术领域,包括充电桩基础和设置在所述充电桩基础上的充电桩本体；所述充电桩本体包括壳体、设置在所述壳体上的显示屏、与所述壳体相连接的充电枪、设置在所述壳体下部的万向轮、设置在所述壳体内部的智能控制系统。本发明解决了老式充电桩设备移动困难,充电位置受限等一系列难题。未来车位紧缺这一难题仍然存在,现有充电桩的充电技术无法满足在非停车位上的电动汽车的充电需求,可移动式智能充电桩位置通过添加万向轮可自行灵活移动,通过智能控制系统可自动跟踪到需要充电的车辆,充电完毕后,自行回到原充电地点,操作方便,使用灵活,定位精确,便于推广运用。(The invention provides a movable intelligent charging pile, which belongs to the technical field of charging of electric equipment and comprises a charging pile foundation and a charging pile body arranged on the charging pile foundation; the charging pile body comprises a shell, a display screen arranged on the shell, a charging gun connected with the shell, universal wheels arranged on the lower portion of the shell, and an intelligent control system arranged inside the shell. The invention solves a series of problems of difficult movement, limited charging position and the like of the old-fashioned charging pile equipment. This difficult problem of following parking stall shortage still exists, and the current charging technology of filling electric pile can't satisfy the demand of charging at the electric automobile on non-parking stall, and the portable intelligent charging stake position can be nimble by oneself removed through adding the universal wheel, can trail the vehicle that needs to charge automatically through intelligent control system, and the back that finishes of charging is got back to former place of charging by oneself, convenient operation, and it is nimble to use, and the location is accurate, convenient to popularize and apply.)
技术领域
本发明涉及电动设备充电技术领域，具体涉及一种可移动式智能充电桩。
背景技术
汽车的发明和应用在很大程度上推动了世界经济的发展和社会的进步，也给人民的生活提供了极大的便利；电动汽车作为新能源汽车的发展核心，以可持续再生的电能作为动力来源，低尾气排放甚至零排放的能源和环保优势，成为当代主要的交通工具之一。近年来国家各省市政府陆续出台一系列政策大力推广电动汽车的应用，随着电动汽车的购买数量日益上升，电动汽车的充电问题成为影响电动汽车发展的关键因素。小区和停车场位置有限，老式充电桩位置固定无法灵活移动等问题给电动汽车充电带来了极大的不便。为了更好地服务电动汽车市场，电动汽车充桩的合理化设计尤为重要。
公开号为CN 112373341 A的专利文献公开了一种移动式充电桩，以提高充电桩的利用率。该移动式充电桩包括具有电源线、充电枪的充电桩本体，充电桩本体内设有控制充电过程的控制器；关键在于，所述充电桩还包括导轨，所述充电桩本体活动架设于导轨上。该充电桩本体可以在充电结束后移动，以用于其它电动车的充电，避免因为充电位置被占据而无法使用充电桩的问题，提高了充电桩的利用率；同时，还可以在充电过程中锁紧充电桩本体的位置，避免因充电桩本体移动而造成充电枪或电动车充电口的损坏，提高了安全性，但是，该移动充电桩只能在设定的导轨上移动，行动轨迹受限，不利于灵活充电。
公开号为CN 113291182 A的专利文献公开了一种智能可移动式直流快速充电桩和智能充电方法。智能可移动式直流快速充电桩包括本体、充电枪、固设装置、驱动装置、图像检测模块和调度控制模块；本体通过驱动装置可以活动地设置在固设装置上；充电枪可活动地设置在本体上；图像检测模块和调度控制模块均设置在本体上；图像检测模块、驱动装置均与调度控制模块电连接，调度控制模块用于操纵驱动装置使得本体移动至预设车位而实现空闲车位来车时进行充电作业。其能够自动高效地完成充电桩的移动，并进一步实现手动或者自动充电。该充电桩也是只能在设定的滑轨上移动，不能对充电过程中的状态进行监控。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可移动式智能充电桩。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种可移动式智能充电桩，包括充电桩基础和设置在所述充电桩基础上的充电桩本体；所述充电桩本体包括壳体、设置在所述壳体上的显示屏、与所述壳体相连接的充电枪、设置在所述壳体下部的万向轮、设置在所述壳体内部的智能控制系统。
进一步的，所述智能控制系统包括充电模块、通信模块、处理模块、定位模块、障碍物识别模块、监测模块和驱动模块。
进一步的，所述充电模块包括交流接触器、与所述交流接触器相连接的AC/DC转换器、与所述AC/DC转换器相连接的IGBT模块、与所述IGBT模块相连接的高频变压器、与所述高频变压器相连接的电池组、与所述电池组相连接的微处理单元。
进一步的，所述通信模块与处理模块相连接，同时接收无线终端发出的控制信号。
进一步的，所述处理模块用于获取信息并发送指令，包括处理器和控制器。
进一步的，所述障碍物识别模块包括发射红外脉冲信号的红外发射管、接收红外脉冲信号的红外接收管、与所述红外接收管相连接的单片机、及与所述单片机相连接的激光测距传感器。
进一步的，所述监测模块包括与所述处理模块相连接的温度传感器、湿度传感器、电压传感器。
进一步的，所述驱动模块包括底盘和驱动电机。
随着电动汽车的发展更新和电动汽车示范运营的开展，建立了不同规模的充电桩，可以为多辆电动汽车同时充电。我国的电动汽车行业起步较晚，对电动汽车充电技术方面的研究也较晚。移动充电桩由于可以移动，能够满足多种需求的使用，深受人们的喜爱。
比如，公开号为CN212737803U的专利公开了一种可移动的新能源汽车用充电桩，包括底座，所述底座下表面的左右两侧均固定连接有支撑腿，所述支撑腿下表面的中部固定连接有万向轮，所述底座背面的中部固定连接有移动控制杆。该可移动的新能源汽车用充电桩，通过移动控制杆推动万向轮转动，使得万向轮带动充电桩本体进行移动，使得使用者可以根据使用需求对充电桩本体进行移动。再比如，公告号为CN207697536U的专利公开了一种轨道式可移动充电桩，用于给多个固定车位提供充电服务，包括充电桩本体，充电桩本体设置在底板上，充电桩本体上设置有充电枪，可移动充电桩还包括导轨架，导轨架上在设置有导轨，导轨相互连通，在每个固定车位的上方对应的导轨的末端均设置有电源架，电源架的内侧设置有电源正极块和电源负极块；充电桩本体设置在导轨上方，底板的底部设置有可沿导轨滚动的滚轮，充电桩本体上设置有能与电源正极块接触电性连接的正极接电块和能与电源负极块接触电性连接的负极接电块，具有一个充电桩可对应多个停车位，减少充电桩大量闲置的现象的效果；同时还具有智能化控制，使得整个充电过程更加方便安全的优势。这些充电桩需要人工推运，移动轨迹固定，理论上能够满足一定的使用需求。但，现实中，有些地方车位紧张，电动汽车不一定都能够停放在指定的位置上。因此，需要对充电桩进行智能化设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
与传统的充电桩相比，可移动式智能充电桩更好地解决了老式充电桩设备移动困难，充电位置受限等一系列难题。未来车位紧缺这一难题仍然存在，现有充电桩的充电技术无法满足在非停车位上的电动汽车的充电需求。可移动式智能充电桩位置通过添加万向轮可自行灵活移动，通过智能控制系统可自动跟踪到需要充电的车辆，充电完毕后，自行回到原充电地点。
本申请智能控制系统包括充电模块、通信模块、处理模块、定位模块、障碍物识别模块、监测模块和驱动模块；充电模块包括交流接触器、AC/DC转换器、IGBT模块、高频变压器、电池组、微处理单元，通过把充电枪插入待充电车辆的充电接口，启动充电模块，将交流转化为直流，即为待充电车辆充电。通信模块接收无线终端发出的控制信号，同时控制充电桩本体与充电桩基础之间的数据传输，为本可移动式智能充电桩的信息传递的枢纽，处理模块用于获取信息并发送指令，为可移动式智能充电桩的核心。定位模块识别充电桩本体与待充电车辆的位置信息，对充电桩本体的位置信息进行监控；障碍物识别模块选用红外探测，采用脉冲方式发射红外光和接收滤波算法结合激光测距传感器，能够在现场障碍物分布多变复杂的情况下使用，智能充电桩本体在不触碰到障碍物的情况下识别跟踪到需要充电的电动汽车停车处，测量精度高，性能稳定。监测模块对充电桩本体的温度、湿度和电压进行监控，确保充电安全运行。驱动模块包括底盘和驱动电机，接收处理模块的指令，控制充电桩本体的移动。本发明操作方便，使用灵活，定位精确，便于推广运用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例1的原理图。
图3是本发明实施例4的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-3，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供一种可移动式智能充电桩，包括充电桩基础1和设置在所述充电桩基础1上的充电桩本体4；充电桩本体4位于充电基础1上，高压配电网引入电源到充电桩基础1，可对充电桩本体4进行充电。
所述充电桩本体4包括壳体、设置在所述壳体上的显示屏3、与所述壳体相连接的充电枪2、设置在所述壳体下部的万向轮5、设置在所述壳体内部的智能控制系统。所述智能控制系统包括充电模块、通信模块、处理模块、定位模块、障碍物识别模块、监测模块和驱动模块。
所述充电模块包括交流接触器、与所述交流接触器相连接的AC/DC转换器、与所述AC/DC转换器相连接的IGBT模块、与所述IGBT模块相连接的高频变压器、与所述高频变压器相连接的电池组、与所述电池组相连接的微处理单元。
显示屏为触摸屏，为用户提供人机交互界面，指引用户进行操作使用。当处理模块接收到充电信号，启动充电模块，连接充电枪对车辆进行充电。
所述通信模块与处理模块相连接，同时接收无线终端发出的控制信号，同时控制充电桩本体与充电桩基础之间的数据传输。所述通信模块与遥控器之间采用Remote-Control 协议，该通信模块采用CAN+以太网双网冗余的数据传输方式，确保各个模块之间的信号和数据安全顺畅传输。CAN 是一种串行通信协议，分为高速 CAN 和低速 CAN 两个通信标准，CAN通信的最远距离是 10Km，最大传输速率为 1Mbps，CAN 通信具有成本低，数据传输距离远，数据传输速率高，灵活性强等特点。CAN 节点由CAN 收发器和 CAN 控制器两部分组成，CAN 收发器和控制器共同合作完成对CAN 报文的收发，CAN 控制器实现对CAN 协议的解析，CAN 收发器完成 CAN控制器的逻辑电平与 CAN 总线的差分电平的互相转换，MCU 主要负责对 CAN 控制器进行控制，通过 CAN 控制器读取和发送 CAN 数据帧。
所述处理模块用于获取信息并发送指令，包括处理器和控制器。处理器采用AM3352处理器，控制器为MCU微控制器，采用32 位STM32F207ZET6 芯片作为主控制芯片，其拥有 2 路 CAN，3 路 SPI，2 路 IIC，4 路 UART，2 路 USART，114 路 I/O等，内置1MBFlash 存储器。
所述障碍物识别模块包括发射红外脉冲信号的红外发射管、接收红外脉冲信号的红外接收管、与所述红外接收管相连接的单片机、及与所述单片机相连接的激光测距传感器。
红外发射管选用IR11-21C/TR8，红外接收管采用HPI-6FER2，单片机使用EM78P153，红外接收管接收到红外发射管发射的红外脉冲信号后，传输给单片机，经过放大滤波后，根据脉冲宽度测量信号强度，从而判断出障碍物距离。激光测距传感器选用MICRO（1550），具有精准的测距能力，将充电桩本体与待充电车辆或障碍物之间的距离传输给单片机，然后传递给处理模块，根据判断结果，发出指令。
所述监测模块包括与所述处理模块相连接的温度传感器、湿度传感器、电压传感器，对充电桩本体的温度、湿度和电压进行监控，确保充电安全运行。
所述驱动模块包括底盘和驱动电机。所述底盘上设有底盘控制板，控制板上包括STM32 微控制器、继电器、电源稳压器、保险管、陀螺仪等元器件，驱动模块接收处理模块的指令，通过控制板控制驱动电机开启或闭合，进而带动万向轮行走或停止。
定位模块采用GPS定位系统，识别充电桩本体与待充电车辆的位置信息，对充电桩本体的位置信息进行监控，当然也可以采用其他定位系统。
本申请控制终端为人工遥控控制装置，设有显示屏与操作按键，与通信模块无线连接，使用时，启动遥控，通信模块将接收到的信号传输给处理模块，处理模块接收到信号后发起指令，启动定位模块和障碍识别模块进行测距和路线规划，之后启动驱动模块，充电桩本体将移动到待充电车辆旁边，最后启动充电模块和监测模块，需要人工将充电枪插入待充电车辆的充电接口进行充电，并对充电过程中的状态进行监控，确保充电安全、顺利完成，充电完毕后可自行返回至充电桩基础处，或者手动把智能充电体通过万向轮移动至充电本体处。
实施例2
本实施例提供一种可移动式智能充电桩，是在实施例1的基础上进行的改进，所述驱动电机选用直流伺服电机，电机转速控制信号为频率可变的脉冲信号，脉冲信号将通过定时器捕捉模式产生，当捕获到预设定的捕获值时触发定时器中断，并对相应引脚电平进行翻转，以产生一定频率的脉冲信号。冲频率与电机转速关系为：250KHz
对应转速 3000rpm。
实施例3
如图2所示，本实施例提供一种可移动式智能充电桩，是在实施例2的基础上进行的改进，本实施例中的定位模块采用蒙特卡洛定位算法，它主要分为以下四个步骤来进行：
(1)先在已经建立好的地图中均匀的产生模拟充电桩本体运动的粒子。
(2)根据充电桩本体的运动方程，计算每一个粒子下一时刻可能出现的位置，并记录充电桩本体的真实运动情况。
(3)通过计算每个粒子的位置和充电桩本体真实位置的距离绝对值，给每个粒子赋予对应的权重值，充电桩本体的位置和粒子的位置贴合的越好，权重值越大，反之越小。
(4)对所有粒子的权重值进行统计，权重高的粒子更有机会被挑选，权重低的粒子被选中的机会较低，然后将选中的的粒子再重新输入进步骤 2，直到粒子逐渐聚集，完成定位。
蒙特卡罗定位算法通过对粒子不断地进行采集，然后经过大量的迭代过程即能够得出充电桩本体的正确位置。
实施例4
如图3所示，本实施例提供一种可移动式智能充电桩，是在实施例3的基础上进行的改进，所述处理模块连接电度表和读卡模块，所述读卡模块为ZLG522S模块，所述充电桩本体的充电情况，剩余电量，进行监测，并在显示屏上显示，可供读取。所述可移动式智能充电桩的馈出电缆中设置漏电火灾探测器和漏电火灾控制器，漏电火灾探测器能够检测出电缆中的漏电电流，将检测值传递到漏电火灾控制器。漏电火灾控制器记录漏电电流值，并根据漏电电流值发出警报；漏电火灾探测器和消防联动控制器联网，在漏电电流较大时，控制断路器切断电流。漏电火灾探测器选择 TWA-X4D/100J，漏电火灾控制器选择 TWA-J2。
由于电动汽车其本身具有随机性和接入电网的波动性，当大规模电动汽车通过充电设施接入电网进行能量补充时，将对电网的正常安全运行带来新的挑战，特别是在用电高峰期集中接入电网充电，可能会造成区域内电网负荷过载、配电变压器过载、配电网网络的损耗增加等问题。本申请变压器选择干式变压器，采用在变压器低压侧集中设置无功补偿装置的方式，在低压母线上并联多个电力电容器组，电力电容器组的投切受到由补偿装置自动控制，根据采集得到的实时功率因数数据，控制设备能够直接控制电容器组的投切。设置无功补偿装置后，提高了变压器的利用率、降低了网损、经济性较高。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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