一种用于船舶无线充电的充电装置、船舶及充电方法与流程

1.本发明属于电能传输技术领域，具体涉及一种用于船舶无线充电的充电装置、船舶及充电方法。


背景技术：

2.船舶停留在水上充电过程中，船舶摇晃幅度大，如何保证无线充电装置耦合度稳定一直是无线船岸技术的难点。当前主流的船岸连接方式一般是基于视觉传感或者激光的定位对准技术，实现岸上发射端设备在充电过程中随船舶接收端设备移动；另一种方式是以瓦锡兰公司为代表的无缆绳系泊技术，实现船岸相对静止。这些船岸连接方法多采用发射单元主动跟随的方式，对船岸通信的实时性和准确性非常高，或者只能在特定场景下使用，抑或对位设施复杂、机械出力大、建设成本高，不利于无线船岸系统的工程推广。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于船舶无线充电的充电装置、船舶及充电方法，从而解决现有的船岸连接方法设计复杂、成本高且可靠性不高的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
5.第一方面，本发明提供了一种用于船舶无线充电的充电装置，所述充电装置包括设置于供电载体上的机械随动单元以及设置于机械随动单元上的发射单元；所述机械随动单元包括沿供电载体边缘设置的滑动机构、固定于滑动机构上的机械臂以及固定于发射单元端面上的吸附机构，所述发射单元固定于机械臂的端部，所述机械随动单元用于实现发射单元与船舶充电端的对接操作和随动连接。
6.可选的，所述发射单元上还设置有发射控制器，所述发射控制器包括第一电能变换模块、第一补偿网络、第一控制单元以及第一通信单元；所述第一电能变换模块的输入端和输出端分别连接市电和第一补偿网络，所述第一电能变换模块的控制端连接第一控制单元，所述第一控制单元还与第一通信单元连接；所述第一补偿网络用于与船舶充电端进行无线电能传输，所述第一通信单元与船舶信号端进行无线数据交互。
7.可选的，所述吸附机构为电动真空吸盘，所述电动真空吸盘连接至第一控制单元。
8.可选的，所述发射单元上还设置有视觉传感识别单元。
9.可选的，所述滑动机构包括沿供电载体边缘设置的基座、设置于基座上的滑轨、滑动配置于滑轨上的滑块以及固定于滑块上的滑动平台，所述机械臂安装于滑动平台上。
10.可选的，所述机械臂包括至少两个臂体。
11.第二方面，本发明提供了一种用于船舶无线充电的充电装置的充电方法，包括：
12.当船舶到达预设充电区域后，发射单元和船舶信号端进行数据交互；
13.当发射单元接收到充电请求时，通过滑动机构在y轴方向、机械臂在x轴和z轴方向调节发射单元完成与船舶充电端的对接操作；
14.当对接操作完成后，通过吸附机构将发射单元和船舶充电端吸附连接，滑动机构
和机械臂均保持被动跟随状态；
15.根据发射单元和船舶充电端进行耦合度检测，并判断是否达到预设充电条件，若达到预设充电条件，则发射单元响应充电请求，执行充电操作。
16.可选的，若未达到预设充电条件，则再次执行对接操作，并再次进行耦合度检测，直至达到预设充电条件。
17.可选的，当发射单元接收到停止充电请求后，发射单元响应停止充电请求，执行停止充电操作；
18.吸附机构停止工作，发射单元和船舶充电端断开连接，滑动机构和机械臂复位。
19.可选的，所述判断是否达到预设充电条件包括：通过发射单元产生预设的充电电压，并检测船舶充电端对发射单元的感应电压，若感应单元处于预设的电压范围内，则耦合度达到预设充电条件。
20.第二方面，本发明提供了一种船舶，所述船舶包括设置于船舶外壁上的接收单元以及设置于船舶内部的储能单元，所述储能单元通过接收单元外接如上述的充电装置。
21.可选的，所述接收单元上还包括接收控制器，所述接收控制器包括第二电能变换模块、第二补偿网络、第二控制单元以及第二通信单元；所述第二电能变换模块的输入端和输出端分别连接第二补偿网络和储能单元，所述第二电能变换模块的控制端连接第二控制单元，所述第二控制单元还与第二通信单元连接；所述第二补偿网络用于与充电装置充电端进行无线电能传输，所述第一通信单元与充电装置信号端进行无线数据交互。
22.可选的，所述储能单元上设置有电压检测模块，所述电压检测模块连接至第二控制单元。
23.可选的，所述接收单元周边设置有多个用于视觉识别的参考点。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明提供一种用于船舶无线充电的充电装置、船舶及充电方法，通过机械随动单元既可以实现发射单元和接收单元的对接，又可以实现被动跟随连接，一方面保证无线充电过程中的连接稳定，保证充电效率和稳定性；另一方面，采用被动跟随方式，相比传统主动跟随方式，成本低，可靠性高，有利于无线船岸系统的工程推广。
附图说明
26.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
27.图1是本发明实施例提供的充电装置和船舶的结构图；
28.图2是本发明实施例提供的滑动机构的结构图一；
29.图3是本发明实施例提供的滑动机构的结构图二；
30.图4是本发明实施例提供的接收单元与发射单元的连接示意图；
31.图5是本发明实施例提供的充电装置的充电方法流程图；
32.图6是本发明实施例提供的船舶侧视图；
33.图中标记为：
34.1.接收单元，2.发射单元，3.机械随动单元，4.滑动机构，41.基座，42.滑轨，43.滑块，44.滑动平台，5.机械臂，6.吸附机构，7.参考点，8.船舶，9.供电载体。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.实施例一：
37.如图1所示，本发明实施例提供了一种用于船舶无线充电的充电装置，充电装置包括设置于供电载体9上的机械随动单元3以及设置于机械随动单元3上的发射单元2；机械随动单元3包括沿供电载体9边缘设置的滑动机构4、固定于滑动机构4上的机械臂5以及固定于发射单元2端面上的吸附机构6，发射单元2固定于机械臂5的端部，机械随动单元3用于实现发射单元2与船舶充电端的对接操作和随动连接。
38.在本实施例中吸附机构6采用电动真空吸盘，电动真空吸盘可以方便进行吸附和断开操作；同时还可以在发射单元2上设置视觉传感识别单元，通过视觉传感识别单元可以寻找船舶充电端，便于机械随动单元驱动发射单元2与船舶充电端的对接操作。
39.如图2-3所示，滑动机构4包括沿供电载体9边缘设置的基座41、设置于基座41上的滑轨42、滑动配置于滑轨42上的滑块43以及固定于滑块43上的滑动平台44，机械臂5安装于滑动平台44上。
40.由于滑动机构4只能在y轴方向上调节发射单元，则机械臂包括至少两个臂体，从而满足在x和z轴方向上调节发射单元。
41.如图4所示，发射单元2上还设置有发射控制器，发射控制器包括第一电能变换模块、第一补偿网络、第一控制单元以及第一通信单元；第一电能变换模块的输入端和输出端分别连接市电和第一补偿网络，第一电能变换模块的控制端连接第一控制单元，第一控制单元还与电动真空吸盘和第一通信单元连接；第一补偿网络用于与船舶充电端进行无线电能传输，第一通信单元与船舶信号端进行无线数据交互。
42.实施例二：
43.如图5所示，基于实施例一的充电装置，本发明实施例提供了一种用于船舶无线充电的充电装置的充电方法，包括以下步骤：
44.1、当船舶到达预设充电区域后，发射单元2和船舶信号端进行数据交互；数据交互包括进行握手信息、参数信息等互操作信息交互。
45.2、当发射单元2接收到充电请求时，通过滑动机构4在y轴方向、机械臂5在x轴和z轴方向调节发射单元2完成与船舶充电端的对接操作；
46.3、当对接操作完成后，通过吸附机构6将发射单元2和船舶充电端吸附连接，滑动机构4和机械臂5均保持被动跟随状态；
47.4、根据发射单元2和船舶充电端进行耦合度检测，并判断是否达到预设充电条件，若达到预设充电条件，则发射单元2响应充电请求，执行充电操作。
48.若未达到预设充电条件，则再次执行对接操作，并再次进行耦合度检测，直至达到预设充电条件。
49.判断是否达到预设充电条件包括：通过发射单元产生预设的充电电压，并检测船舶充电端对发射单元的感应电压，若感应单元处于预设的电压范围内，则耦合度达到预设
充电条件。
50.其中，当发射单元2接收到停止充电请求后，发射单元2响应停止充电请求，执行停止充电操作；吸附机构6停止工作，发射单元2和船舶充电端断开连接，滑动机构4和机械臂5复位。
51.实施例三：
52.基于实施例一的充电装置，本发明实施例提供了一种船舶，船舶包括设置于船舶外壁上的接收单元以及设置于船舶内部的储能单元，储能单元通过接收单元外接所述充电装置。
53.储能单元上设置有电压检测模块，通过电压检测模块可以判断储能单元的储电量，从而制定充电请求和停止充电请求。
54.如图6所示，接收单元周边设置有多个用于视觉识别的参考点，通过设置参考点可以方便与充电装置进行对接操作。
55.如图4所示，接收单元上还包括接收控制器，接收控制器包括第二电能变换模块、第二补偿网络、第二控制单元以及第二通信单元；第二电能变换模块的输入端和输出端分别连接第二补偿网络和储能单元，第二电能变换模块的控制端连接第二控制单元，第二控制单元还与电压检测模块和第二通信单元连接；第二补偿网络用于与充电装置充电端进行无线电能传输，第一通信单元与充电装置信号端进行无线数据交互。
56.本发明提供的一种用于船舶无线充电的充电装置、船舶及充电方法，其工作原理分为4个阶段：
57.建立通信阶段：船舶8到达预设充电区域，接收单元1和发射单元2建立通信连接；接收单元1和发射单元2进行握手信息、参数信息等互操作信息交互，完成互操作性判断信息交互进入等待充电阶段。
58.充电准备阶段：接收单元1向发射单元2发起充电请求，通过机械随动单元3进行随动连接，满足船舶8无线充电的实际作业需要。通过发射单元2底部的吸附机构6将发射单元2、接收单元1固定在一起，发射单元2在收到充电请求后，执行充电操作。
59.充电过程阶段：发射单元2响应接收单元1的充电请求，并执行充电流程直至充电完成。充电过程中发射单元2和接收单元1保持信息交互，具体地，接收单元1定时上送充电信息，发射单元2据此回复控制信息。
60.充电结束阶段：接收单元1检测到储能单元充满时，发起停止充电请求指令，发射单元2响应停止请求并停止充电。
61.本发明通过机械随动单元3既可以实现发射单元2和接收单元1的对接，又可以实现被动跟随连接，一方面保证无线充电过程中的连接稳定，保证充电效率和稳定性；另一方面，采用被动跟随方式，相比传统主动跟随方式，成本低，可靠性高，有利于无线船岸系统的工程推广。
62.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。