具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提出一种移动充电系统，包括至少一台移动充电装置、一台受电装置、一台固定充电装置和充电管理系统。移动充电装置可在停车场、停车库自由移动，在需要给车辆充电时可依靠导航系统引导找到受电装置并通过后者对车辆进行充电操作；在自身需要充电时可依靠导航系统引导找到固定充电装置进行充电操作。图1给出了所述移动充电装置的结构示意图，由图可见该装置包括移动小车A1、电能收发盘A2、伸缩支撑杆A3以及连接A1和A2的电缆A4和将A2底边固定在A1上的转动轴A5。受电装置如图2所示，包括受电盘B1、安装支架B2、充电枪B3、连接电缆B4；在安装支架下部装配有反射板，上面有两条用于近距离引导上述移动小车的竖直凹槽B5和B6。固定充电装置的结构和受电装置类似，区别在于B1是充电盘，同时电缆B4末端没有连接充电枪，而是直接连接场地电网，为固定充电装置输入交流电源，如图3所示。

在如图4所示的一个本发明的实施例中，将受电装置B部署在每个停车位末端位置，如图中左侧停车位；或者两个停车位之间的位置，如图中右侧停车位。在停车场或停车库集中设置移动充电装置充电区，部署若干固定充电装置C，如图中右上和右下区域。部署若干移动充电装置供停车库所有车位共享使用。在车主需要充电时，只需在充电应用界面输入充电请求信息，包括车牌号、停车位、充电额度和预约充电时间等；同时将车位对应的受电装置上的充电枪插入车辆充电口；充电管理系统根据请求信息调度待命状态的移动充电装置前往指定位置为车辆充电。移动充电装置接到调度指令后，按照指令下达的信息，利用导航系统沿指令信息内包含的行驶路线前往指定位置，在接近目标受电装置后通过近距离引导将自身的电能收发盘对准受电盘，启动充电流程。在移动充电装置检测到自身电量低于阈值时，向充电管理系统发出充电请求；后者根据固定充电装置使用情况返回充电指令，指定移动充电装置返回充电的路线以及充电位置；移动充电装置根据指令通过导航系统引导自动返回目标位置，找到指定的固定充电装置进行充电，完成充电后进入待命状态。所述充电管理系统是运行着充电管理软件的计算机系统，充电应用界面是手机应用软件用户界面或安装在停车场所的用户终端界面。所述导航系统包括充电管理系统和移动充电装置中的停车场所电子地图、现场引导磁条、移动充电装置中的导航子系统，所述导航子系统包括近距离无线传感器、陀螺仪、地磁传感器、加速度传感器、机器视觉以及运行着导航算法的嵌入式微处理器。

移动充电装置通过导航系统引导找到目标位置后，还需进一步通过近距离对准方法靠近并对准受电装置的受电盘或固定充电装置的充电盘，二者对准之后的侧视图如图5所示。由图可见，受电装置或固定充电装置的安装支架B2的上部前倾一个固定角度α，使用卡槽结构将受电盘或充电盘固定在前倾的支架中；移动充电装置在自动导航寻找目标过程中伸缩支撑杆A3收回，电能收发盘A2处于水平位置，此时移动充电装置外形总高度最小，有利于移动充电装置在车库狭窄空间内运行，特别是可以从待充电的车辆下面穿过从而接近受电装置；在接近并对准受电装置或固定充电装置后，伸缩支撑杆A3伸出，将电能收发盘A2抬起并翻转90-α角度，使得电能收发盘A2和受电装置的受电盘或固定充电装置的充电盘正面对准。以下通过图6和图7进一步说明上述近距离对准方法。图6给出的是移动充电装置通过自动导航接近目标受电装置后与后者的相对位置示意图。由于自动导航的误差，移动充电装置在接近目标时不能保证完全对准目标，此时移动充电装置可以通过以下方法修正方向实现准确对准：

1)移动充电装置的移动小车A1前端中心位置装有激光测距电路，此时启动激光测距，同时在原地来回转动车头方向，探寻受电装置下方反射板的左右边界，即测距结果的突变点；

2)转动车头方向在发射板左右边界之间进行扫描测距，获得系列距离变化数据，距离和转动角度的关系曲线如图7所示，图上两个小突变点是测距仪对准反射板上两条竖直凹槽B5和B6时导致的距离增加；

3)此时所述曲线的最低点即距离最小值点m对应的车头方向β₀是正对目标的方向，两个小突变点对应的车头方向β₁和β₂的中间值β₃是目标中心方向；将车头调整到β₃方向，前进一段距离d，然后重复上述扫描测距过程，直到β₀和β₃差值的绝对值小于阈值；

4)此时车头方向已调整至接近对准所述反射板中心方向，调整扫描测距范围至两个凹槽B5和B6之间，继续按照两个凹槽引起的距离小突变方向中间值和距离最小值方向应保持一致的策略对车子方向进行微调，最终准确对准反射板中心，继续接近至距离反射板D位置结束对准过程。

上述最终距离D根据移动充电装置与受电装置或固定充电装置的机械尺寸确定，确保电能收发盘A2抬起后正好对准受电盘。上述测距结果的突变点在实际应用中是容易检测的，由于反射板的位置距离周边其它反射体如后方的墙壁、车辆等，总是保持一段距离，因此测距结果在扫描点越过反射板边缘后会突然增大。并且这种边缘突变和反射板上两条竖直凹槽B5和B6引起的小突变很容易区分，后者变化量是预知的，总是在d₀±Δd范围，这是由反射板和凹槽的加工精度，以及激光测距的测量误差决定的。

移动充电装置的功能框图如图8所示，在移动小车A1中装配有电池单元、电池管理单元、控制单元、双向逆变单元、传感单元和电机驱动单元；在电能收发盘A2中装配有电磁耦合单元、检测单元和通信单元。所述电池单元由支持高倍率充放电的电芯通过串并联构成，可以确保为车辆充电时提供足够功率输出，以及自身充电的高效率，如中国专利CN201910736838.X所述的储能密度达到120Wh/kg、功率密度达2kW/kg、循环寿命达数万次的新能源电池。与一般锂离子电池相比，后者虽然储能密度可达150-200Wh/kg，但是功率密度仅为0.2kW/kg左右、循环寿命仅数千次，可见本发明采用的电池方案在充电效率、输出功率和产品生命周期上具有明显优势。而对于停车场共享移动充电的运行场景来说，效率和运行成本是至关重要的因素。电池管理单元即俗称电池管理系统(BMS)，负责电池包运行状态监测、充放电均衡管理、电池包热管理等。双向逆变单元包括DC/AC逆变电路、AC/DC整流及电压变换电路、模式切换电路和参数调节电路。控制单元负责处理传感单元输入信息，通过移动小车自动导航算法或充放电工作逻辑输出电机驱动控制信号，与BMS单元交互电池充放电管理信息，根据控制逻辑输出双向逆变单元工作模式切换信号和参数调节信号，接收并处理检测单元和通信单元的输入信号并给出控制信号。电机驱动单元根据控制单元控制信号驱动相应电机完成移动小车A1行走和转向、伸缩杆A3的伸出和回缩。传感单元包括激光测距电路和用于采集自动导航驾驶所需信息的近距离无线传感器、陀螺仪、地磁传感器、加速度传感器、机器视觉传感设备等。电能收发盘A2中的电磁耦合单元包括感应线圈和谐振电容；检测单元包括电压、电流和相位检测电路；通信单元包括局域网或广域网通信模块，如WiFi模块或4G/5G移动通信模块，用于和充电管理系统交互信息，以及近距离通信模块，如RFID模块或蓝牙模块或红外模块或ZigBee模块等，用于和受电装置或固定充电装置交互信息。

图9给出的是一种受电装置的受电盘和充电枪实施例的功能框图，其中充电接口单元提供电动车直流充电所需的高压直流充电电源正负极、车辆充电控制器和/或BMS系统所需的低压辅助电源正负极、接口插入状态或充电就绪状态检测信号、与车辆充电控制器和/或BMS系统互发报文所需的通信接口信号，所述电源正负极和检测、通信信号线封装在与车辆充电插座匹配的充电枪中。安装在受电盘中的功能模块包括电磁耦合单元、检测单元、通信单元、整流调压单元和控制单元。电磁耦合单元包括感应线圈和谐振电容；检测单元包括电压、电流和相位检测电路。通信单元包括近距离通信模块，如RFID模块或蓝牙模块或红外模块或ZigBee模块等。整流调压单元负责将电磁耦合单元输出的交流电信号通过桥式整流电路变换成直流信号，并通过调压电路输出高压充电电源和低压辅助电源。控制单元根据检测单元输出信息调整整流调压单元工作参数；提供上述充电接口单元中接口插入状态或充电就绪状态检测信号中的输出信号，并对输入检测信号进行检测判断并将结果通过通信单元通知移动充电装置；提供所述充电接口单元中的通信接口信号与通信单元之间的收发信息桥接功能。值得指出的是，上述实施例最终输出的是直流充电枪，如需要的是交流充电枪，只需将充电信号从电磁耦合单元输出的交流信号中引出至充电接口单元即可，同时直流调压单元不再提供直流高压充电信号。

固定充电装置的外形结构和受电装置类似，但充电盘内部功能结构和受电盘不同。图10给出了一种充电盘内部功能框图：电源输入端连接场地交流电网，功率因数校正电路PFC单元通过PFC电路抑制交流输入端谐波畸变，提高输入端功率因数，输出稳定的直流电压，所述PFC电路包括桥式整流电路、DC/DC变换电路和电压电流双环反馈电路；逆变单元通过DC/AC变换电路将直流电压变换为交流输出；电磁耦合单元包括感应线圈和谐振电容；检测单元包括电压、电流和相位检测电路。通信单元包括近距离通信模块，如RFID模块或蓝牙模块或红外模块或ZigBee模块等。

图11给出了移动充电装置从接收场地充电管理系统指令开始，到最终通过非接触方式通过受电装置为汽车充电的过程。首先，待命状态的移动充电装置收到充电管理系统的充电指令，其中包括目标位置信息、导航路线信息、目标ID信息等；随后移动充电装置按指令信息在自动导航系统的帮助下自动行驶到目标附近；接近目标后，启动激光扫描测距，通过受电装置上的反射板引导，正面对准并行驶至距离受电装置D，此距离D由移动充电装置和受电装置的机械结构和几何尺寸确定；升起伸缩杆，翻转电能收发盘至角度90-α，此角度即受电装置安装支架上用于安装受电盘部分的前倾角度；开始充电前的连接状态自检，移动充电装置以功率P1通过电磁耦合单元输出电能，受电装置通过电磁耦合单元获取电能后各功能单元自动启动工作，控制单元通过通信单元与移动充电装置建立通信连接并上报自身ID，通过后者身份验证后上报充电枪插入状态检测结果、反馈受电检测信息，同时在充电接口上输出充电就绪状态信号并控制整流调压单元输出低电压辅助电源信号，然后建立移动充电装置控制单元到充电枪接口通信信号的桥接，使得移动充电装置控制单元能通过此桥接链路与车辆充电控制器和车辆电池BMS系统交互充电管理报文；在上述连接自检完成后，移动充电装置将输出功率增加至P2，受电装置控制单元控制整流调压单元在充电枪接口上输出充电电压，开始给车辆充电，充电期间保持与车辆充电控制器和车辆电池BMS系统交互充电管理报文。上述输出功率P1可以较小，只需满足受电盘内电路自身工作即可，P2为大功率输出，具体大小可通过上述充电管理报文确定。

上述实施例中，受电装置配置在每个车位边上，方便需要充电的车主按需使用。由于停车场并发的充电需求总是远小于停车位数量的，通过移动共享充电装置可以获得更高的效率，优化运营成本。上述方案还可通过适当变形，进一步降低运营成本。例如，受电装置通过电动滑轨装置吊装在天花板上，车库按n:1的比例配置受电装置。在某车位的车辆需要充电时，充电管理系统可以通过滑轨网络移动空闲受电装置到指定位置，为该车辆提供非接触无线充电服务。或者将受电装置的安装支架和充电盘、充电枪设计成临时插拔方式固定，在每个车位边上只安装支架，充电盘和充电枪在使用时再插入，空闲充电盘则集中在场地租赁中心供用户临时租用，这种方式也可按n:1的比例配置受电盘。充电管理系统可根据运营数据随时调整移动充电装置、受电装置和固定充电装置的配比。例如，以平均停车时长T为统计窗口，统计T时间内并发充电需求最大值N和平均充电时间t，t应该小于T，以N*t/T取整后加一定余量作为移动充电装置的配置数量；以N放大一定比例，如N*1.2,作为受电装置的配置数量；以移动充电装置数量为基数，缩小一定比例配置固定充电装置。

上述实施例中受电装置的受电盘和固定充电装置的充电盘都以前倾方式安装，与通常的水平方式安装相比，如此设计可以显著减少装置占地面积，利于车库部署。同时，为了正面对准受电盘或充电盘，移动充电装置需升起并翻转电能收发盘至接近竖直状态，这也有利于去除其表面异物，避免非接触充电时发生涡流。

应用本发明，可以在车库灵活部署、开展移动共享充电服务，降低综合运营成本，使得车库每个车位都可提供充电服务，同时又无需在开始阶段就投入巨大成本建设充电基础设施。随着运营的开展，系统可视需求有序扩容。本发明方案利用高倍率电池进行电能存储和转移，还有利于充电系统发挥调度算法优势，充分利用电网谷时进行电能存储，降低运营成本。较之使用通常的锂离子电池，本发明方案充电效率更高，充电时间更短，因此只需配置更少的固定充电装置和移动充电装置即可达到相同的服务效果。

本发明的描述是为了示例而给出的，并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

凡是属于本发明的基本构思、构建原则和精神框架内，通过简单的变形、修改、等同替换、改进而实现的新实施例，都应纳入本发明保护范围。本发明的范围由所附权利要求书确定。