王麗霞 楊裕祥 邱榮賢 丁學(xué)恭

(杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院友嘉機(jī)電學(xué)院1，浙江 杭州 310018;杭州友佳精密機(jī)械有限公司研發(fā)中心2，浙江 杭州 310018)

0 引言

全球能源危機(jī)和日益惡化的環(huán)境，嚴(yán)重制約了燃油汽車行業(yè)的發(fā)展。電動(dòng)汽車將成為汽車的主要發(fā)展方向，但充電難和停車難限制了電動(dòng)汽車的發(fā)展。

我國(guó)已開(kāi)始有組織有計(jì)劃地推動(dòng)電動(dòng)汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化［1］。目前，市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車充電設(shè)備有充電站和充電樁兩種［2］。充電樁方式，充電時(shí)間長(zhǎng)且不能節(jié)約占地面積;充電站方式，投資大、建造數(shù)量少，目前只適合示范運(yùn)營(yíng)的公共交通電動(dòng)汽車。立體停車設(shè)備有效地解決了土地供需緊張的問(wèn)題［3］，其種類有升降橫移式［4］、巷道堆垛式、垂直提升式等［5］。但目前市場(chǎng)上的立體停車設(shè)備都只能停車，不能充電。如果能讓電動(dòng)汽車停在車庫(kù)時(shí)能自動(dòng)充電，將在很大程度上促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。

1 充電方式的選擇

電動(dòng)汽車的充電方式一般有以下3種［6］。

①普通充電方式，充電電纜通過(guò)符合 GB 2099.1要求的額定電流不小于16 A的插頭插座與交流電網(wǎng)進(jìn)行連接。一般需要5～8 h，適合家庭和停車場(chǎng)等場(chǎng)所。

②快速充電方式，充電的電流值要求較高，一般在150～400 A之間［7］。在20～30 min內(nèi)，為電池充電50%～80%。存在成本高和降低電池壽命等缺點(diǎn)。

③更換電池方式，電動(dòng)汽車在充電站把用完的電池卸下來(lái)，更換上充滿電的電池［8］。更換電池方式有兩大局限性:一是需要電池規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化;二是需要人工操作，不適合全自動(dòng)化。

因此，電動(dòng)汽車全自動(dòng)立體停車庫(kù)采用普通充電方式，用智能充電機(jī)或市電進(jìn)行充電。

2 立體停車設(shè)備的控制系統(tǒng)

立體停車設(shè)備的控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 車庫(kù)控制系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 The composition of the control system for parking facilities

立體車庫(kù)控制系統(tǒng)由PLC可編程序控制器(FX2N)PLC控制、接觸器 S-P11執(zhí)行［9］。采用串口RS-485通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)(工業(yè)控制計(jì)算機(jī))與PLC的通信傳輸［10］，組成局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整體停車場(chǎng)所有立體車庫(kù)的管理。

3 智能充電系統(tǒng)

充電收費(fèi)管理系統(tǒng)原理圖如圖2所示。充電管理系統(tǒng)由立體車庫(kù)控制系統(tǒng)控制，包括IC卡刷卡裝置、人機(jī)操作界面、充電裝置和充電狀態(tài)監(jiān)視裝置等［11］。

圖2 充電收費(fèi)管理系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic of charging payment management system

控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進(jìn)行用戶鑒權(quán)、余額查詢和計(jì)費(fèi)查詢等功能。用戶也可根據(jù)人機(jī)操作界面指示選擇按時(shí)計(jì)費(fèi)充電、按電量充電、自動(dòng)充滿、按里程充電等充電模式。電動(dòng)汽車充電控制系統(tǒng)與車庫(kù)控制系統(tǒng)利用有線互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。電動(dòng)汽車充電機(jī)控制器與電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

3.1 人機(jī)操作界面

人機(jī)操作界面是使用者與設(shè)備溝通的界面，采用按鈕操作方式，用于車位調(diào)度、存取車、充電等操作。界面操作方式有手動(dòng)與自動(dòng)兩種模式。將選擇開(kāi)關(guān)旋到手動(dòng)檔為手動(dòng)模式，僅供維修保養(yǎng)人員使用;旋到自動(dòng)檔進(jìn)入自動(dòng)模式，為停車用戶使用。

3.2 IC卡刷卡裝置

立體停車設(shè)備的進(jìn)出口處設(shè)有IC卡刷卡裝置，用于停車、充電的開(kāi)始和結(jié)束、費(fèi)用計(jì)算和扣費(fèi)以及打印票據(jù)等。刷卡付費(fèi)采用先存車后扣費(fèi)的形式。打印票據(jù)單內(nèi)容包括車位號(hào)、用電量、電費(fèi)、停車時(shí)間、停車費(fèi)、合計(jì)費(fèi)用和日期等內(nèi)容。

3.3 安全充電裝置

在立體停車庫(kù)中，每個(gè)車位側(cè)板后部與電動(dòng)汽車充電電纜對(duì)應(yīng)的位置上安裝有專用的安全充電插座。此裝置應(yīng)防水防踩踏，其結(jié)構(gòu)安裝示意圖如圖3所示。

圖3 安全充電插座安裝示意圖Fig.3 Illustration of the installation of safety charging socket

3.4 充電狀態(tài)監(jiān)視裝置

充電狀態(tài)監(jiān)視裝置由安裝在立體停車庫(kù)控制箱內(nèi)的電流表、電壓表、智能電表、電源接觸器和傳感器等組成。該裝置作用有兩個(gè):測(cè)量用電量和保護(hù)充電線路和設(shè)備。充電線路示意圖如圖4所示。線路采用智能電表，用串行接口與立體停車設(shè)備的收費(fèi)系統(tǒng)連接，將用電量及電費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸給收費(fèi)系統(tǒng)。在充電線路中安裝傳感器，以將電流和電壓信號(hào)傳給立體停車設(shè)備PLC控制器，由PLC控制器控制電源接觸器。

圖4 充電線路示意圖Fig.4 Schematic of the charging circuit

4 立體停車設(shè)備操作程序

汽車入庫(kù)時(shí)，由車主按下人機(jī)操作界面上的“存車”按鈕，將車位指令傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)度被呼叫車位到達(dá)指定位置。門禁系統(tǒng)打開(kāi)，車主將汽車駛?cè)胲囄?，如需充電則把電動(dòng)汽車的充電線插入車位上的專用充電插口。車主到出入口IC卡刷卡裝置處刷卡，此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)且智能充電系統(tǒng)開(kāi)始釋放電能并通過(guò)立體車庫(kù)控制系統(tǒng)，將充電電流輸送至該停車位為所停電動(dòng)汽車充電。同時(shí)，充電狀態(tài)監(jiān)視裝置開(kāi)始監(jiān)視充電電流、電壓等參數(shù)。門禁系統(tǒng)關(guān)閉，人機(jī)操作界面指示車主可離開(kāi)立體停車設(shè)備，入庫(kù)完成。

汽車出庫(kù)時(shí)，由車主按下人機(jī)操作界面的“取車”按鈕，將車位指令傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)度被呼叫車位到達(dá)指定位置。門禁系統(tǒng)打開(kāi)，車主到出入口IC卡刷卡裝置處刷卡，此時(shí)系統(tǒng)結(jié)束計(jì)時(shí)且智能充電系統(tǒng)關(guān)閉電能輸出。IC卡刷卡裝置顯示收費(fèi)金額并完成IC卡內(nèi)金額扣費(fèi)，打印出收費(fèi)憑證。車主將電動(dòng)汽車的充電線拔出車位上的專用充電裝置并收回到電動(dòng)汽車內(nèi)后直接駛出立體停車設(shè)備，門禁系統(tǒng)關(guān)閉，出庫(kù)完成。車庫(kù)操作程序框圖如圖5所示。

圖5 停車設(shè)備操作程序流程Fig.5 Operational program of the parking facilities

5 結(jié)束語(yǔ)

研發(fā)的停車設(shè)備充電收費(fèi)管理系統(tǒng)采用IC卡，方便快捷。每個(gè)車位側(cè)板后部安裝的安全充電插座具有防水防踩踏功能，保障了汽車和停車設(shè)備的安全。電動(dòng)汽車立體停車設(shè)備既實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車停車、充電、收費(fèi)智能化，又大量地節(jié)約了土地資源，為電動(dòng)汽車事業(yè)的發(fā)展提供了有效的保障。

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