CN103038975B - 用于电动车在充电站自动连接和充电的系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于将电动车或混合动力电动车连接到充电站的系统和方法。可以提供自动充电和接驳过程。在一些实施方式中,可检测车辆的驶抵和位置。可以用充电臂对车辆进行充电,并且可以进行一定程度的自动车辆定位。车辆可被充电和脱开。可以进行故障检测。
Description
交叉引用
本申请要求于2010年4月26日提交的美国临时申请号61/328,152的权益,该申请通过援引整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于电动车在充电站自动连接和充电的系统与方法。
发明背景
重型电池动力车辆可能需要相对频繁的充电以在正常服务中运转。在预定充电站地点频繁充电使得储能系统的尺寸能够更为明确,而这导致系统的尺寸、质量和成本减小。所需的这种充电频率意味着与充电器的手动连接,比如将车辆物理地插入充电器,是不可接受的。传统上,手动连接车辆要求司机泊车并继而搬动高压线缆以插入车辆。在转运中心,从公交车到充电站设备的距离可能很远,从而导致要让长度很长的粗笨高压线缆伸至车辆。这不仅是一种干扰,而且也不是司机的典型工作任务。
因此,需要用于连接电动车至充电站的改进系统和方法。还需要提供用于自动提供这样的连接以及用于随后给车载电池充电的控制策略的系统和方法。
发明内容
本发明提供用于连接电动车或混合动力电动车至充电站的系统和方法。本发明还提供用于随后给车载电池充电的控制策略。本文所述的本发明的多个方面可以应用于下文所述的任何具体应用场合或者任何其他类型的车辆。本发明可用作独立系统或方法,或者作为诸如公交系统或其他公共交通运输系统之类综合交通运输系统的部分。应当理解,本发明的不同方面可以个别地、协同地或者彼此结合地考虑。
(1)本发明提供一种用于连接电动车与充电站的方法,包括:
当所述电动车靠近所述充电站时识别该电动车;
确定所述电动车相对于所述充电站的位置;
自动地控制所述电动车从而将所述电动车定位在期望的地点;以及
将所述电动车与所述充电站电连接。
(2)根据项目(1)所述的方法,还包括经由所述充电站给所述电动车的储能系统充电。
(3)根据项目(1)所述的方法,其中,识别所述电动车包括感测来自所述电动车的RFID标签。
(4)根据项目(1)所述的方法,其中,确定所述电动车的位置包括接收来自所述充电站处的传感器的信号,该传感器感测有关所述电动车的测位位置。
(5)根据项目(1)所述的方法,其中,自动控制所述电动车包括基于确定的位置来控制车速。
(6)根据项目(1)所述的方法,其中,将所述电动车与所述充电站电连接包括从所述充电站自动地降下充电臂。
(7)根据项目(6)所述的方法,还包括从所述充电臂伸出刷以接触所述电动车。
(8)根据项目(1)所述的方法,还包括检测伴随所述充电站、电动车或其间连接的故障。
(9)根据项目(8)所述的方法,其中,所述故障包括以下至少之一:电动车未就位;充电臂未降下;未设置制动;充电刷未伸出;温度超出期望范围;电流超出期望范围;充电未在指定时间内完成;充电刷未脱开;或者充电臂未抬起。
(10)根据项目(1)所述的方法,还包括检测何时充电完成,脱开电刷以及抬起充电臂。
(11)本发明还提供一种电动车,包括:
接触板,配置用于与充电站的充电接口形成电连接;
信号发射器,配置用于与所述充电站中的信号接收器通信;以及
车辆控制器,配置用于基于所述信号发射器与所述信号接收器之间的通信来影响所述电动车的移动。
(12)根据项目(11)所述的电动车,还包括识别所述电动车的标签ID。
(13)根据项目(12)所述的电动车,其中,所述通信包括所述电动车的识别或所述电动车的位置。
(14)根据项目(11)所述的电动车,其中,所述车辆控制器控制电动车的速度和/或停靠。
(15)根据项目(11)所述的电动车,还包括显示器,该显示器配置用于给所述电动车的司机提供指令。
(16)本发明还提供用于连接电动车与充电站的系统,包括:
充电站,其带有充电接口、信号接收器以及一个或多个传感器;
电动车,包括接触板和信号发射器,所述接触板配置用于与所述充电接口形成电连接,而所述信号发射器配置用于与所述信号接收器通信;
其中所述传感器检测所述电动车相对于所述充电站的位置。
(17)根据项目(16)所述的系统,其中,所述电动车具有可被所述传感器检测到的多个重置点。
(18)根据项目(16)所述的系统,其中,所述通信包括所述电动车的识别和/或位置。
(19)根据项目(16)所述的系统,其中,所述电动车具有在所述电动车的车顶上的接触板。
(20)根据项目(19)所述的系统,其中,所述充电接口悬于所述电动车之上,并且与所述接触板电接触。
根据本发明的一些方面,可能期望接驳和充电过程的绝对可靠性和可重复性以确保连续运转。由于相对恶劣的重型车辆运行环境,接驳和电池充电过程本身可能都优选地能够应对较宽范围的系统变化性和条件。
可能期望的一些具体规范包括以下。充电优选在路线中执行,以免车辆不得不取消服务和驶往特定充电站并因此减少工作循环。在路线上的充电站优选允许不同的非电池动力车辆穿行该站,而同时在电池动力车辆处于端点并需要充电时能正确识别。例如,压缩天然气(CNG)或柴油动力车辆可被允许使用与电池动力车辆同样的端点。这意味着接驳和充电设备优选地在需要使用之前保持不介入。
车辆与充电器的接近和接驳优选地是安全、可靠和可重复的。车辆连接过程可有利地具有减少的或最小化的司机交互和有限的司机行为改变。
本发明的一个方面可以是使电动车的整个充电过程全部或几乎全部自动化。车辆可自动化连接(接驳)充电站,并且电池充电过程可以自动地进行。这种自动化过程确保了每次正确充电,并且允许连续高效的车辆运行。
当结合下文说明以及附图进行考虑之后,将可进一步认识和理解本发明的其他目标和优点。尽管下文说明可能含有描述本发明特定实施方式的具体细节,但这不应解释为对本发明范围的限制,而是作为优选实施方式的示意。对于本发明的每个方面,在本文启示下可以有本领域技术人员已知的多种变型。可以在本发明的范围内做出多种改变或变化而不背离本发明的精神。
援引并入
本说明书中所提及的所有公开文献、专利和专利申请均通过引用而以相同程度并入本文,犹如每个单独的公开文献、专利或专利申请特别地和单独地被指出为通过引用而并入。
附图说明
本发明的新颖特征在所附的权利要求书中具体阐明。通过对阐明了运用发明原理的示意性实施方式的下文具体说明以及附图进行参考,可更好地理解本发明的特征和优点,在附图中:
图1示出了接近充电站的车辆的示例。
图2示出了与充电站接合的车辆的示例。
图3示出了充电站的充电连接的示例。
图4提供了自动充电方法的高度概要的描述。
图5提供了对根据本发明一个实施方式的自动充电方法的简述。
图6A-图6F提供了本发明的一个实施方式提供的接驳和充电程序的框图。
图7A-图7G提供了描述自动化接驳和充电程序的步骤的表格。
具体实施方式
尽管在本文已经示出和描述本发明的优选实施方式,但对于本领域技术人员来说,显然这些实施方式仅作为示例提供。本领域技术人员现将可想到许多变型、改变和替换,而不背离本发明。应当理解,可以采用本文所述的本发明实施方式的多种不同替代方式来实践本发明。
本发明提供用于将电动车连接至充电站的系统和方法。本发明还包括用于在充电站给电动车充电的系统和方法。本发明的一个方面提供车辆与充电站之间的自动连接以便给车载电池充电。该充电站可以用于向任何电动车、混合动力电动车辆或者可包含诸如电池、超级电容器或任何其他储能系统等推进动力源的任何其他车辆输送电力。在一些实施方式中,电动力车辆可以是重型车辆,例如公交车或卡车。
例如,由所述系统驱动的电动车可包括运输公交车、校车、送货车、往返班车、牵引车挂车、5级卡车(重16,001-19,500磅,两轴,六轮单节)、6级卡车(重19,501-26,000磅,三轴单节)、7级卡车(重26,001-33,000磅,四轴或更多轴单节)、8级卡车(重33,000磅以上,四轴或更少轴单节挂车)、车辆总重额定值(GVWR)重达超过14,000磅的车辆、具有15:1或以上的货物与载具质量比的车辆、具有六个或更多个轮的车辆、具有三个或更多个轴的车辆、或者任何其他类型的高承载车辆或重型车辆。在一些实施方式中,充电站可以给包括客运车辆在内的任何其他电动车充电。在此对电动车或者电动力车辆的任何讨论可以涉及所讨论的任何车辆类型,且反之亦然。
系统
电池动力车辆的自动化接驳和充电的一个示例涉及按固定循环路线运行的城市公交车。该公交车可具有存储足够能量的车载电池以完成其指定路线的一趟或多趟完整循环或者其指定路线的一个或多个航段。路线上的一个或多个站点可以位于充电站处。当司机进行其正常歇息时,车辆自动接驳并且电池得到充电以供接下来的路线循环。充电站可以与乘客站点相结合或者不与其结合。当车辆相对于充电器最终定位时(车辆被接驳),门可以打开,并且允许乘客进出。可以提供控制系统以使得车辆的接驳和充电除常规公交车驾驶技术之外不需或者几乎不需额外的司机干预。优选地,该过程的每一步骤或者许多步骤是自动化和容错的。
该过程可获得适合于安置在典型的转运中心站的系统,而无需仅有特殊的电池动力公交车充电站的公交车站。
在本发明的一些实施方式中,充电站可以包括从充电座悬吊下来的充电连接,诸如充电底架或悬架,以便在充电站与电动力车辆之间建立电连接。充电连接可以具有任何配置,其可包括可从充电站的侧部或底座提供的充电臂或底座。充电连接可以具有任何取向,其可包括向下悬垂取向、向上延伸取向、水平延伸取向、倾斜取向或它们的任何组合。充电连接可包括用于控制充电连接的位置和取向的定位装置。可以为充电站或在充电站提供电力源。在一些例子中,电力源可以是电网设施、电池、电容、超级电容、燃料电池、发电机、可再生能源(例如,太阳能、风能、水力、地热等)或任何其他电力源。所述电力源可以与充电连接电连通。
本发明的另一方面提供了电动车,其包括用于建立与充电站电连接的接触板。该接触板可位于电动车的顶面上且位于与车辆移动方向相对平行的方向上。例如,接触板可以在电动车的顶面上间隔开。备选地,接触板可以提供在车辆的侧面上,或者车辆下方,或者沿车辆表面的任何位置。该接触板可以暴露在车辆的表面上或者提供在盖板之下。电动车可以具有一个或多个储能系统(例如,电池、电容、超级电容、燃料电池等)。所述一个或多个储能系统可以与接触板电连通。
本发明的方法包括使用充电站向车辆输送电力。向车辆输送电力可包括将车辆定位在充电站的充电座之下并且接合充电连接,例如受电弓、悬链臂、充电底架或框架、或充电悬架,以便在充电站与车辆之间建立电连接。输送电力可包括在充电连接(其可具有任何位置和取向)与一个或多个接触板(其可位于车辆上任何位置)之间的任何形式的电连接。车辆可以通过在电力源与电动车储能系统之间建立电连通而得到充电和/或放电。例如,可以在电力源与充电连接之间、在充电连接与接触板之间以及在接触板与储能系统之间形成电连接。
用于充电站和/或电动车的配置示例可以包括以下文献中所提供的方面、组件、特征或步骤,这些文献为:在2009年7月1日提交的美国专利申请序列号12/496569、在2009年12月23日提交的美国专利申请序列号61/289755、在2010年4月26日提交的美国专利申请序列号61/328,143(705.101)、美国专利号5,461,298、美国专利号5,821,731、美国专利号RE 29,994、欧洲专利申请号2014505、欧洲专利申请号1997668、PCT公开号WO 2008/107767、PCT公开号WO2009/014543,上述文献通过援引以其整体并入本文。
图1示出了根据本发明的实施方式提供的车辆充电系统中车辆接近充电站的示例。车辆充电系统可包括充电站100和配置用于与充电站相配合的车辆110。
在一些实施方式中,充电站100可提供在便携式、或半便携式、或永久固定式平台上。在一些情况下,充电站可从一个地点移动到另一地点。在一些情况下,它可以容易地部署在一个地点,但一般保持固定在该地点。它还可以固定地整合到永久性结构之中。一个示例可涉及半便携式挂车或者橇装式快速充电站。快速充电站可包括充电杆120和车辆连接器头122、固定储能模块124、一个或多个信号接收器126、以及一个或多个传感器128。
充电站可包括固定储能系统124与充电接口之间的电连接器,该充电接口可提供在车辆连接器头122上。该电连接器可由导电材料,诸如金属,如铜、铝、银、金或其任何组合或合金来形成。在一些情况下,也可使用非金属导电材料。在一些实施方式中,电连接器可由一个或多个线、棒、板或者任何其他形状或构造来形成。
充电站可包括充电杆120。在一些实施方式中,该充电杆可折叠。该充电杆可包括外伸臂,其可在车辆与充电站相配合时伸抵车辆之上。例如,悬链臂可从车辆之上的突出部悬垂下来,并且向下和/或以某一角度延伸至车辆。备选地,充电杆可从结构突出,或者从底座或地面突出。充电杆可以使得在车辆顶部上、车辆侧面上或车辆下方与车辆实现电连接。充电杆可以是可折叠式,或者能够拆卸,以易于运输。充电杆可具有细长形状,或者可具有任何其他形状。充电杆可与某一结构相融合或与另一结构相分离。
充电杆120可连接至车辆连接器头122。车辆连接器头可以为充电站100提供电接口,用于与车辆110的电接口电连接。如前所述,车辆连接器头可在沿车辆表面的任何位置处与车辆电连接。车辆连接器头和充电站的任何其他部分可以具有可电连接至车辆储能系统的配置,以便能给车辆储能系统充电和/或放电。
在一些示例中,充电站上的充电接口可包括正电极和负电极。正负电极可彼此电隔绝和绝缘。正负电极各自可与固定储能系统电连通。可在充电站上提供一个或多个导向特征,其可使车辆能够驶抵充电站并与充电站配合。例如,车辆可在带有快速充电电接口的充电站的外伸悬链臂之下行驶,并且用车辆顶部上的电接口来接触该快速充电电接口。充电站的结构和/或导向特征可包括可以适应车辆尺寸、形状或行进方向变化的柔性组件或特征。充电站还可包括可确保充电站的电接口与车辆的电接口之间的牢固电连接的接口。例如,可使用一个或多个压力组件来确保充电站与车辆之间的接触,该压力组件可采用诸如弹簧或弹性表面,或者诸如电刷等不规则表面之类的特征。
充电站可包括固定储能系统124。备选地,充电站可直接连接至外部能源,而无需固定储能系统。固定储能系统可包括一个或多个电池、超级电容、电容、燃料电池、或任何其他储能形式。在一些示例中,固定储能系统可包括一个或多个电化学电池。固定储能系统可包括具有任何现有技术已知的或以后开发的电池化学成分的电池。一些电池可包括但不限于铅酸电池(“富液式”和阀控式(VRLA)铅酸蓄电池)、镍镉电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池、锂离子聚合物电池、钛酸锂电池、锌空气电池或熔盐电池。可以使用相同的储存单元或电池单元,或者可以使用储能单元或电池单元的不同组合。储能单元可以串联连接,并联连接,或者以任何组合相连接。在一些实施方式中,可以串联或并联或者以任何组合来提供成组的储能单元。
在一些实施方式中,固定储能系统可提供在充电站的壳体内。在一些实施方式中,储能单元可全部提供在单一壳体或封包内,或者可分布在多个壳体或封包之间。如前所述,固定储能系统可与快速充电接口122电连接。在一些实施方式中,一组或多组储能单元(例如,电池单元)可经由一个或多个电连接而直接或间接地连接至快速充电接口。
外部能源可以是设施或电网。在其他实施方式中,外部能源可以是能量发生器,比如任何形式的发电机。外部能源可以包括或者可以不包括诸如发电厂等电力源,或者诸如太阳能、风能、水能、生物燃料或地热能等可再生能源。在一些实施方式中,外部能源可包括外部储能系统,其可包括电池、超级电容、燃料电池等。
外部能源可电连接至固定储能系统124。备选地,外部能源可电连接至车辆连接器头122,而无需固定储能系统。
充电站可包括控制器。该控制器可能有能力控制外部能源为固定储能系统的充电速率。控制器还可允许或不允许向固定储能系统充电。在一些实施方式中,控制器可确定固定储能系统是被充电、放电、还是什么都没有发生。在一些情况下,控制器可能有能力检测或接收与固定储能系统充电状态相关的信息。可将任何控制系统合并或分布在多个组件之中。由控制器采取的任何动作或者在车辆充电系统中的任何动作可由有形的计算机可读介质、代码、指令或其逻辑来加以引导。这些可存储在存储器中。
车辆充电系统还可包括车辆110。任何车辆均可能有能力与充电站相配合。车辆可以是电动车或混合动力电动车。在一些实施方式中,车辆可以是公交车。如前所述,车辆还可以是其他的重型或高承载车辆。本文关于车辆的任何讨论可涉及任何车辆类型,并且任何关于具体车辆类型的讨论可涉及其他车辆类型。
车辆110可具有车辆储能系统130。车辆储能系统可用作车辆的推进动力源。车辆储能系统可包括电池。在本发明的一些实施方式中,车辆可具有一个或多个额外的动力源,比如内燃机或燃料电池。车辆可以是电池动力车辆或混合动力电动车,且无论车辆是全电池车辆或混合动力车辆,都能够使用相同的基本电池配置、驱动马达和控制器。
在本发明的一个实施方式中,车辆储能系统可包括钛酸锂电池。在一些实现中,推进动力源可包括仅为钛酸锂电池的电池,而无需任何其他类型的电池。钛酸锂电池可包括任何现有技术已知的样式或成分。例如,见美国专利公开号2007/0284159,美国专利公开号2005/0132562,美国专利公开号2005/0214466,美国专利号6,890,510,美国专利号6,974,566和美国专利号6,881,393,它们通过引用以其整体并入本文。
根据本发明另一实施方式,车辆储能系统可包括具有任何现有技术已知的或以后开发的电池化学成分的电池。这样的电动车或混合动力电动车电池可包括但不限于铅酸电池(“富液式”和阀控式铅酸蓄电池)、镍镉电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池、锂离子聚合物电池、锌空气电池或熔盐电池。在一些备选实施方式中,车辆储能系统可包括钛酸锂电池和其他类型电池或超级电容的组合。
钛酸锂电池的使用可以使得车辆能够快速充电和使电池寿命长。在本发明的一些实施方式中,车辆储能系统可能有能力在数分钟内充电至非常高的充电状态。例如,在优选实施方式中,车辆储能系统可能有能力在10分钟内充电至95%以上的充电状态。在本发明的其他实施方式中,车辆储能系统可能有能力在10分钟、9分钟、7分钟、5分钟、3分钟或1分钟内充电至65%以上的充电状态、70%以上的充电状态、75%以上的充电状态、80%以上的充电状态、85%以上的充电状态、90%以上的充电状态或者95%以上的充电状态。
在一些实施方式中,车辆,诸如重型车辆,可以按预定路线行进,并且在预定点停靠以便重新充电。例如,见美国专利号3,955,657,其通过援引以其整体并入本文。
车辆110可具有车辆充电接口132,该接口132可能有能力与充电站100进行电接触。车辆充电接口可包括导电材料,所述导电材料可包括本文其他各处所讨论的任何导电材料。在一些实施方式中,车辆充电接口可提供在车辆顶部,而在其他实施方式中,其可提供在车辆侧面或底部。车辆充电接口可与车辆储能系统130电连接。它们可经由车辆的电连接而连接起来。电连接器可由导电材料形成。在一些实施方式中,车辆充电接口可包括正电极和负电极。在一些实施方式中,电连接可包括用于车辆储能系统的正电极和负电极的分别的电连接器。正负电极可彼此电绝缘和/或隔绝。
车辆110可包括一个或多个信号发射器134。该信号发射器可以向充电站100处的信号接收器126发送来自车辆的信号。可以从车辆向充电站提供任何类型的信号。在一些情况下,可以从车辆向充电站提供单向信号。备选地,可以从充电站向车辆提供信号,以及/或者可在车辆与充电站之间建立双向通信。因此,信号发射器134和信号接收器126可能有能力发射和接收信号。优选地,信号可在车辆与充电站之间无线传输。无线信号的示例可以包括但不限于射频(例如,RFID)信号、蓝牙、控制局域网络(CAN)消息、或者任何其他通信形式。当车辆和充电站彼此接近到一定程度内时,可接收到车辆与充电站之间的信号。例如,当它们彼此间为大约1/2英里、1/4英里、1/8英里、100米、50米、40米、30米、25米、20米、15米、10米、5米、3米或1米时可以接收到该信号。
信号可包括关于车辆相对于充电站的地点或位置、车辆取向、车辆识别、车辆储能系统充电状态的信息或任何其他信息。
本发明的一个方面可在车辆靠近充电站时提供对车辆的自动检测,以及识别是哪辆车正进入哪个特定的充电站。在一些实施方式中,可以经由在车辆与充电站之间交换的一个或多个信号来提供在车辆靠近时对车辆的检测和/或对车辆的识别。在一些实施方式中,这样的识别可使用RFID来提供。
RFID读取器可在驶来的公交车进入充电站时读取位于其上的标签。RFID读取器可以是充电站上的信号接收器,而标签可以是车辆上的信号发射器。所读取的标签ID可借助于以二进制数激活的数字输出而被传达到充电站控制器(示例:公交车标签ID 4被输出为0100)。该二进制数可由充电站控制器解译并通过CAN广播。这样就不需要用额外的计算机系统对RFID读取器的输出加以解译。
在一些实施方式中,每辆车可具有唯一的标签ID。这可允许充电站识别和/或追踪具体的车辆。例如,公共车队中的每辆公交车可具有唯一的标签ID。该标签ID可以用或可以不用二进制提供。备选地,一辆或多辆车可具有相同的标签ID。在一些实施方式中,标签ID可标示一组车辆,或者一类车辆。例如,所有的具有特定配置的公交车可具有特定的标签ID,而具有不同特性的另一组车辆可具有另一标签ID。标签ID可被提供具有足够的特异性,以便确定充电站应如何对车辆作出反应。例如,第一车辆类别可具有第一组尺寸,这可能需要充电站适应该第一组尺寸,而第二车辆类别可具有第二组尺寸,这可能需要充电站采取不同的配置以适应该第二组尺寸。在一些实施方式中,可以提供多个标签ID(例如,用于特定车辆的标签ID和用于一类车辆的标签ID)。
车辆与充电站之间的控制局域网(CAN)通信可经由无线通信链路(例如,蓝牙链路)来提供。如果检测到正在接近的车辆为非电池动力车辆,则将不会自动采取任何行动。例如,如果车辆不打算在该充电站充电,则可允许该车辆穿过或经过充电站而不与该充电站接合。在另一示例中,如果车辆配置成能够与充电站配合,但是却检测到在此时不希望充电,则可以允许该车辆穿过或经过充电站而不与该充电站接合。
如果正在接近的车辆被检测到是可与充电站配合的车辆和/或处于可能希望给该车辆充电的充电状态,则可开始充电程序。在一些实施方式中,每辆车可以在进入特定充电站时识别它自身的广播ID(例如,来自从充电站发送的RFID ID CAN消息)并可自动地开始传输在该特定充电站接驳和充电所需的、正确的响应CAN消息。驶来的车辆可在收到特定充电站发送的该车辆ID广播时开始与该充电站通信。
在一些实施方式中,充电站可具有一个充电连接。备选地,充电站可具有多个充电连接。当提供多个充电连接时,车辆在合适的充电连接附近的充电站收到其ID广播后而将该车辆导向正确的充电连接。
当车辆靠近充电站时,对车辆可能有一定的速度限速,以准备自动停靠在正确地点以便与充电器匹配。
精确计算车辆相对于充电器的接驳位置,这可以通过非常准确地测量驱动轴旋转来获得时间/距离积分来加以提供。例如,马达转数的分数测量(例如,一转的1/64、1/32、1/16、1/8、1/4、1/2)×已知的每转距离=行驶的精确距离。这可以结合来自于充电器的、关于车辆何时经过特定点的反馈(来自于充电站上的传感器128),由此得出车辆相对于充电器的位置。可以提供任何其他技术来提供或计算车辆与充电器之间的相对位置。在充电器附近可以提供各种传感器,它们可包括但不限于重量传感器、光传感器、运动传感器、温度传感器、磁场传感器、重力传感器、振动传感器、压力传感器、电场传感器、声音传感器或者可检测其他物理方面的传感器。
在一些实施中,可以提供使用车辆顶部地形“测绘法”的车辆位置验证。类似地,可以从车辆底部、车辆侧部、或沿着车辆的任何取向提供车辆位置验证或车辆测绘。可以使用安装在车辆之上、之下或侧部上的直线距离传感器来测量距车顶具体已知特征的垂直距离。测量值可与车顶上的已知尺寸对照以确保前后和左右的准确车辆定位,包括前后位置和左右位置。该特征可确保接驳臂下移到与车辆匹配的正确位置。另外,该特征可允许对其他非电池动力车辆加以拒绝。
可以提供车辆在正确位置的自动停靠,以便与充电器接驳。在一些实施方式中,自动停靠可以通过应用车载再生制动而进行。例如,可以从充电站向车辆提供信号,以便指令该车辆使用制动器。该信号可提供给车辆控制器,该车辆控制器可向车辆的驱动机构(例如,制动器、马达、转向器)提供信号。在一些情况下,可存在车辆的向前移动自动控制,以便完全吻合充电器。类似地,可以在充电站与车辆之间提供信号,以便通知车辆以特定方式向前移动。该信号可导致马达速度受控制,并进而使车速受控制。例如,该信号可通知马达减速,进而使得车辆减速。
在一些实施方式中,这样的控制可类似于车辆与充电器的自动接驳。车辆的驱动控制可基于车辆与充电站之间的信号而介入,并且可以控制车辆方向和/或速度以使车辆处于期望的位置和/或取向。这样的控制信号可源自充电站控制器和/或车辆控制器。在一些实施方式中,司机可能能够或者可能不能够对车辆控制加以手动超控。在一些实施方式中,制动器和加速踏板的正常操作得到保留,从而使司机可在紧急情况下有需要时在任何时候停车或驶离。在一些实施方式中,充电站的组件或特征可以移动,以便辅助车辆与充电器之间的接合。例如,司机可使车辆大致处于期望位置,而充电站的一个或多个特征可被调节以便适应车辆。
CAN消息仲裁可允许多辆车同时使用同一充电站。例如,如果在多辆车与同一充电站之间提供多个信号,则CAN可能能够追踪哪个信号适用于哪辆车。在一些实施方式中,每辆车的标签ID可与每一个所述发射信号一起提供,从而使中继指令可被追踪到正确的车辆。
司机的LCD屏显示关于接驳程序的信息,并用于给出任何所需的指令或报错。
在一些实施方式中,可提供一个或多个充电站控制系统输入。此类输入可从车辆提供或从充电站提供。可提供的输入的一些示例可包括但不限于充电臂上位置、充电臂下位置、电流通刷位置、中性刷位置、充电头落置于车辆上的位置、充电头过热、单个的(10个)刷电流、供气压力、来自于RFID读取器的RFID标签ID、直线距离超声测量值、来自公交车的CAN消息(例如,公交车充电就绪状态、充电臂命令、电池充电要求)、或者来自充电器的CAN消息(例如,充电器就绪状态、即时充电电压、电流和功率、累积能量传递)。
相应地,可提供一个或多个充电站控制系统输出。此类输出可包括但不限于充电臂下螺线管、充电臂上螺线管、电流通刷伸展螺线管、中性刷伸展螺线管、或CAN消息(例如,RFID公交车ID、臂位置状态、刷位置状态、超声测量值、充电站就绪状态)。
在一些实施方式中,可提供以下的自动充电站接驳控制系统特征。例如,接驳程序可容忍司机过早停车(在自动停车之前)或者未正确入位(左-右),并可指令司机重新定位或再次尝试。在一些实施方式中,司机可简单地通过松开驻车制动器或驶离而在任何时候停止或退出接驳程序。
CAN系统状态信息可在出现故障的情况下通过向充电器和公交车发送出错信息而在一段时间之后终止过程。该时间段可具有任何值,包括但不限于1ms、5ms、10ms、50ms、100ms、150ms、200ms、250ms、300ms、350ms、400ms、450ms、500ms、600ms、750ms、1秒、1.5秒、2秒、3秒、5秒、10秒、30秒、或1分钟。
车辆充电系统可包括任何组件、特征、特性或者结合与车辆有关的任何步骤,如在美国专利公开号2010/0025132中所述的步骤,该文献通过援引以其整体并入本文。
图2示出了与充电站210接合的车辆200的示例。例如,车辆可以处于充电站的外伸臂220之下。充电头224可经由臂状连接组装件222连接至该外伸臂。在一些实施方式中,臂状连接组装件可向下和/或成角度悬垂。充电头可接触车辆上的车辆充电接口230。在一些实施方式中,车辆充电接口可包括一个或多个导向器,所述导向器可辅助将充电头引导至车辆充电接口的期望位置。
车辆充电接口230可电接触充电头224。这可使能源能够从充电站电连接至车辆储能系统。它们可经由快速充电接口而电连接起来。该快速充电接口可支持固定储能系统对车辆储能系统充电速率和/或放电速率的支持。在一些实施方式中,可在充电站上或在车辆上提供控制器,该控制器可控制车辆储能系统的充电速率和/或放电速率。控制器还可允许或不允许对车辆储能系统的充电。在一些实施方式中,控制器可确定车辆储能系统被充电、放电还是什么都没有发生。
如前所述,车辆可接近充电站并与充电站相接触以建立充电接口。当车辆与充电站相接触时,车辆上的储能系统可由充电站的固定储能系统、外部能源、或快速充电接口上游的任何能源来充电。固定储能系统可经由慢速充电器而电连接到外部能源。
在一些实施方式中,可提供多个固定储能系统。这些固定储能系统可串联、并联或以其任何组合来提供。每个固定储能系统能够以相同速率或不同速率充电和/或放电。在一些实施方式中,每个固定储能系统能够以比其充电更快的速率放电。
跟据本发明的一个实施,车辆可形成与充电器头的机械连接(引导)以支持充电。如果失去这种机械连接,则充电可在一段时间之后停止。在一些实施方式中,该时间段可具有预定值。例如,该时间段可以为1ms、3ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms、60ms、75ms、100ms、150ms、200ms、300ms、500ms、750ms、1秒、2秒、或5秒。损失气压(气压被用于致动充电头臂和电流通刷)或在车辆在仍处于接驳中时检测到任何移动,可中断该引导信号以在尽可能短的时间内停止充电。任何其他故障或错误检测可导致充电停止。
当车辆充电时,可于充电头224上提供一个或多个刷以接触车辆充电接口230。可建立任何其他的电连接。当检测到错误或故障时,可以停止充电以消除或减少在电流仍然流动的电刷回缩离开车辆尖轨的可能性。
在一些实施方式中,车辆可在一组预定标准得到满足之后与充电站接驳。允许接驳所需满足的条件的一些示例包括:(1)充电头臂处于上位(被检测的本位传感器)、(2)气压正常(压力换能器)、(3)充电刷回缩(位置传感器)、以及(4)充电器状态正常(来自于充电器的CAN消息)。
一些实施可包括自动电池充电过程控制系统特征。例如,可经由无线CAN来提供车辆电池充电状态向充电器的通信。在一些实施方式中,可提供请求的充电电压和/或电流。刷电流传感器可监控单个刷的电流,并且充电电流可以改变(上调或下调)以维持尽可能最高的充电速率,而又不会迫使太多的电流通过刷。可对电流进行监控以便针对某一条件提供任何期望的电流。一个或多个传感器还可以确定刷位置(例如,刷是伸出还是回缩)。
在一些实施方式中,所需的总电量(千瓦时)可基于车辆历来能耗的了解来调整。可对以前的用量、预计的未来需求以及充电和速率方案知识加以考虑和使用,以便调节充电速率和车辆充电频率,从而最小化或降低充电需求并最高效地使用车载储能系统。例如,如果预计车辆的下一次充电会在短间隔时间内发生而电池充电状态又足够高,则可能期望仅对车辆进行最低限度的充电。在另一示例中,如果预计下一次充电在长时间间隔后发生,则可能期望给车辆充更多电。
在一些实施方式中,传感器可在充电之前或充电期间向充电控制器提供一个或多个信号。在一些情况下,传感器可提供关于一个或多个错误或警报状态的信息。对于特定的错误或警报状态,系统可以作出反应。例如,系统可以通过停止过程和/或改变过程参数来作出反应。例如,温度传感器可确定充电头内的温度。充电头中过热可能会立即停止充电过程。
图3示出了充电站的充电连接的示例。可以使用任何其他类型的充电连接。充电连接可包括一个或多个刷300。刷可提供充电连接与车辆充电接口之间的电接触。刷可以由导电材料形成,诸如由金属或本文其他各处所讨论的任何其他导电材料形成。刷可具有任何形式或形状,其可包括硬毛、杆、板、一个或多个突出物、一个或多个凹槽、或者平滑表面和/或不平表面。
刷可以具有第一位置和第二位置。在一些实施方式中,第一位置可以是回缩状态,而第二位置是伸出状态。在一些实施方式中,刷在第一位置可不与车辆电接触,并且刷在第二位置可与车辆电接触。例如,刷在回缩状态中可不与车辆储能系统电连通。类似地,刷在伸出状态中可与车辆储能系统电连通。
当车辆到达充电站且确定已被正确定位时,刷可以伸出从而接触车辆的充电接口。当充电完成和/或检测到错误时,刷可以回缩且不再接触车辆的充电接口。如前文所讨论,可以使用其他充电配置或接口。其他充电配置或接口可提供用于充电接口之一部分的第一位置和第二位置,所述第一位置和第二位置可相应地建立和断开电连接。
当确定车辆处于期望位置时,刷可以自动伸出。刷还可以响应于伸出刷的信号或请求而伸出。这样的请求可以由车辆司机做出,或者由充电站的操作员做出。类似地,刷可在充电完成或检测到错误状态时自动回缩。刷还可以响应于信号或请求而回缩,所述信号或请求可由司机或操作员发出。
方法
图4提供了根据本发明实施方式的自动充电方法的高度概要描述。自动充电方法可包括车辆驶抵检测、车辆定位和车辆充电。
车辆驶抵检测可识别出车辆正在靠近充电站。在一些实施方式中,驶抵检测还可识别出正在靠近的具体车辆或正在靠近的车辆的类型。车辆驶抵检测可能还能够确定车辆相对于充电站的地点和/或位置。还可确定与车辆相关的其他参数,诸如车速和/或车辆方向。这样的车辆驶抵检测可以在车辆进入与充电站的预定接近程度时自动进行。所述检测可以在充电站接收到从车辆发射的信号时提供。
车辆定位可包括车辆自动定位。在一些实施方式中,当车辆靠近充电站时,充电站可使用在车辆驶抵检测期间收集的信息来控制车辆驱动控制以使车辆进入期望位置。例如,充电站可控制车辆的转向、加速和/或减速。在另一示例中,可改变充电站的一种或多种配置以接纳车辆。可在车辆与充电站之间形成充电连接。
充电连接可包括车辆的实际充电。车辆储能系统的充电速率和/或放电速率可取决于车辆驶抵检测和/或车辆定位期间收集的信息。例如,可以使用电池充电状态或关于车辆的历史/预测信息来确定是否给车辆充电或给车辆充多少电。当完成期望的充电量时,可将断开与车辆的连接。
图5提供了根据本发明实施方式的自动充电方法的简述。自动充电方法可包括如下步骤:识别车辆驶抵、车辆测位、将充电臂连接到车辆、自动定位车辆、给车辆充电、以及在充电完成时的程序。在一些情况下,车辆驶抵检测可包括识别车辆驶抵和车辆测位。车辆定位可包括将充电臂连接到车辆和自动的车辆定位。车辆充电可包括给车辆充电和执行充电完成时的程序。
在车辆驶抵识别期间,车辆可靠近充电站。在充电站与车辆之间可以交换信号,从而允许两者之间的通信。司机可将车辆驾驶到大致的期望地点。在一些实施方式中,可提供可以协助指引司机到期望地点的一个或多个导向器。车辆可被识别。在一些实施方式中,可识别具体的车辆。备选地,可识别车辆类型。可自动控制车辆位置。例如,可降低车速。在一些情况下,还可以控制公交车的方向。该站可确定车辆是否打算与充电站配合。如果车辆不打算与充电站配合(例如,如果车辆不是电动车,或者如果车辆有足够的充电状态),则可能不会发生任何事件,而车辆可以穿过或经过充电站。如果车辆打算与充电站配合,则可以确定车辆地点。
车辆测位可涉及接收一个或多个信号以确定车辆相对于充电站的位置。例如,可以使用一个或多个超声传感器来检测车辆于何时经过特定位置。该传感器可能能够检测车辆的测位特征。在一些实施方式中,控制器可确定在合适的时间量内是否感测到该测位特征。如果没有,则可确定该公交车不在适当位置,而司机可尝试重定位该公交车。如果在期望的时间量内检测到该特征,则可确定该公交车处于期望位置,并且公交车可自动停车。
可以在公交车处在相对于充电站的期望地点时,将充电臂连接到车辆。例如,如果充电臂悬于车辆之上,则充电臂可降低到车辆的车顶导向器上。车顶导向器可具有一些容限,所述容限可使充电臂即使在公交车不处于非常精准位置的情况下仍然能够接触车顶导向器。控制器可确定充电臂是否降下。如果充电臂未降下,则可能出现错误,并且该过程可以停止。如果充电臂降下,则程序可以继续。
在充电器连接到车辆之后可进行自动车辆定位。车辆可被自动地置于期望地点上。例如,可将车辆在期望的限速内自动地移动一定量。车辆可在其处于期望地点时自动停车。在一些情况下,车辆制动器可自动启用。系统的控制器可确定公交车是否处于期望地点以及是否设置了制动器。如果不是,则控制器确定出现了错误。如果未检测到错误且车辆是诸如公交车之类的乘用车辆,则可以锁定车辆的移动,并且可以允许乘客下车。
车辆充电可在车辆处于期望位置并且在充电臂与车辆之间建立连接之后进行。充电臂可包括一个或多个刷,并且可以伸出这样的刷以便与公交车形成电接触。控制器可确定刷是否已伸出。如果刷未伸出,则可检测到错误。如果仅有一些刷伸出,则程序可以继续或者可以不继续。一旦刷伸出,电流就开始流动。可以提供一个或多个传感器,其可检查电流和温度是否处于期望范围内。如果不是,则可检测到错误并且可以切断充电连接。如果它们处于期望范围内,则充电可继续进行,直至完成。
一旦充电完成,可以提供一个或多个步骤。例如,系统可以记录充电度量并松开刷。控制器可确定刷是否已成功松开。如果它们尚未松开,则可能检测到错误,并且可以切断车辆与充电站之间的连接。如果未检测到报错,则充电臂可从车辆松开和断开。例如,可将充电臂抬起。控制器可检测该臂是否已被成功抬起。如果其已经抬起,则充电完成,并且可将车辆解锁(例如,可松开制动器)。司机可在准备好时驾驶车辆离开。
图6A-图6F提供了本发明的实施方式中所提供的接驳和充电程序的框图。图7A-图7G提供了描述自动接驳和充电程序的步骤的表格。框图和表格中所述特征可以结合地或单独地使用。框图和表格提供了根据本发明的实施方式的接驳和充电程序的步骤示例,并且其中所述的任何步骤均可以是可选的、有不同次序、可与相似步骤互换或者可以向其添加附加步骤。
图6A和图7A提供了在识别车辆驶抵中所涉及步骤的示例。在一个示例中,车辆可以是公交车,但在此的任何描述亦可适用于任何其他车辆类型。如步骤A中所提供,公交车可靠近充电站。在一些实施方式中,公交车可在距充电站的预定距离处靠近充电站。预定距离可以是固定的或者可基于情况而变。在一些情况下,预定距离可以是大约3000英尺或更短、2000英尺或更短、1500英尺或更短、1000英尺或更短、750英尺或更短、500英尺或更短、300英尺或更短、250英尺或更短、200英尺或更短、150英尺或更短、100英尺或更短、50英尺或更短、或者10英尺或更短。公交车上的车辆控制器可寻找一个或多个信号(例如,来自蓝牙的CAN消息)。充电站可以等待来自公交车的信号。例如,充电站可等待来自公交车的CAN消息。充电站可执行定期的气压测试。
如步骤B中所述的,信号可在公交车与充电站之间交换。例如,蓝牙CAN可以自动开始与公交车的通信。在一些实施方式中,每个CAN网络可提供一辆公交车。备选地,多辆公交车可在一个CAN网络或其他网络中通信。这在充电站可容纳多辆车的情况下可能是期望的。
当公交车接收到信号时,它可以开始主程序(例如,当接收到充电站CAN消息时)。当从充电站接收到良好的通信时,这可以在公交车上设置充电器就绪标记。在一些实施方式中,可以在充电站或在公交车内提供显示器。该显示器可指示出要去哪个充电站或者该站的状态(例如,充电准备就绪)。显示器还可向司机指示公交车的速度(例如,每小时英里数)。在一些实施方式中,车辆控制系统可基于充电器一方而对充电站CAN消息加以过滤。这可以使用RFID完成。显示器可以指示是否已建立连接。优选地,可以尽快地提供这样的指示。司机可经训练以便在没有得到连接信号时由他们自己停车。
同时,充电站可检查气压,并且可对充电器状态进行检查。例如,充电站可检查充电器是否良好。其继而可以发送“良好”至充电标记。充电站还可检查来自RFID的状态。充电站还可以确定充电臂位置在上方,并且对此进行检查以使得任何后续的超声传感器读数是准确的。
步骤C描述司机可将车辆驾驶到大致的期望位置。可提供一个或多个导向器来辅助司机进行定位。例如,可以在路面上提供线以供左/右定位。也可以使用附加类型的导向器。例如,可提供杆、旗标、悬线或其他导向器。
在一些情况下,可不为公交车的初始左/右定位提供任何控制信息。备选地,显示器可向司机指示出是应向左还是向右移动。如果司机开得太快,则显示器还可向司机指示出要减速。如果司机移动得太快,公交车可能不会得到充电。
公交车可如步骤D中所示地得到识别。在一些情况下,可使用RFID来识别公交车,但是亦可使用任何其他信号。公交车可在距充电臂一段距离处被识别。在一些实施方式中,该距离可以为距充电臂约100英尺或更短、50英尺或更短、30英尺或更短、10英尺或更短、8英尺或更短、5英尺或更短、3英尺或更短、1英尺或更短。公交车上的RFID标签可引起公交车ID CAN消息的传输。当接收到该ID CAN消息时,公交车可自动地将其速度增减至期望速度。期望速度的示例可以为约15英里每小时(mph)或更小、10mph或更小、8mph或更小、5mph或更小、3mph或更小、2mph或更小、或者1mph或更小。在一些实施方式中,可做出调节以平衡在检测距离中的变化。这样的变化可能是由于天气或其他条件而造成。在一些情况下,可基于检测距离中的变化而影响速度增减。
如步骤E中所示,控制器可确定公交车是否为打算与充电站相配合的公交车。这可能取决于具体的公交车ID或者车辆类型。这可以考虑或者可以不考虑公交车的充电状态和/或任何历史/预测信息。如果公交车不打算与充电站配合,则可以不采取任何步骤。备选地,可采取不导致给车辆充电的步骤。
公交车控制可监控司机车速并且在速度过高时不允许接驳。不论是否进行了自动控制,均可在显示器上提供公交车速度。可提供CAN消息以便指示RFID是否检测到该公交车。公交车控制器可确保公交车处于一挡,或者以期望的速度运行。当接收到RFID CAN消息时,可进行车辆限速。例如,车速可减速至3mph或更小,或者2mph或更小,或者其他各处所讨论的任何其他速度。公交车控制可等待来自超声传感器的信号。在一些情况下,如果车身高度不是标称的,则可以不允许充电。在一些情况下,可提供公交车车身高度的容限范围。例如,可以提供2英尺或更小、1英尺或更小、6英寸或更小、4英寸或更小、3英寸或更小、2英寸或更小、1英寸或更小的高度差量。显示器可指示公交车何时处于期望位置,并且公交车可以停车。
充电站控制可与公交车通信。在一个示例中,RFID可通过以太网到达CAN网关,或者可能潜在地来自于读取器输出。充电系统控制可与公交车控制进行通信。在一些情况下,可由充电站控制、公交车辆控制或者全部两者作出控制决策。
图6B和图7B提供了车辆测位所涉及的步骤的示例。如步骤F中所提供,传感器可确定公交车是否处于期望位置。例如,超声传感器可观测充电臂下方的公交车通道的前方。继而,可以使用传感器来开始测量公交车位置。在一些实施方式中,公交车的后续位置可使用传感器检测或者可基于在指定时间点采集到的关于公交车的数据计算而得。例如,如果公交车的地点、速度和/或方向在特定时间已知,则可以计算或估计公交车的后续位置。公交车轮转计数可协助确定公交车地点。
在步骤G中,系统可等待传感器获得测位特征(例如,距车顶上已知物件的预期距离)。例如,公交车可在车顶上或公交车的任何其他部分上具有可由传感器检测到的测位特征。在一些情况下,可以在公交车前部、车顶导向器的前部、接触板、车顶导向器的后部和/或公交车后部提供一个或多个测位特征。测位特征可以提供在或者可以不提供在特定的测量范围中。用于检测测位特征的传感器可以是超声传感器、光学传感器、机械传感器、电传感器、磁传感器、热传感器,或者可包括本文其他各处所述的任何其他类型的传感器。
车辆控制器和/或充电站控制器可接收CAN消息,该CAN消息包含来自超声传感器的距离测量信息,这指示出公交车已通过充电臂下方。可以开始距离积分。可以提供一个或多个重置点,所述重置点可对应于一个或多个测位特征。在一个示例中,可进行至重置点1(空调单元的起点)的距离积分。至重置点1的监视时间可基于平均速度。重置点可以是超声传感器的具体测量值。至重置点1的时间可以存储在寄存器中并且经检查以防越限。如果至重置点1的时间越限,则系统可以继续进行从公交车前部起积分。如果时间在界限内,则可重置至点1的积分。系统继而可以开始至重置点2(空调单元的后部)的距离积分。系统可基于平均速度来监视至重置点2的时间。至重置点2的时间可存储在寄存器中并经检查以防越限。自积分最初开始起的时间可经检查以作潜在的备份。系统继而可等待最终的测位点3(例如,降低几英寸的充电臂落置斜面的部分),并且至该点的时间要仔细地限定。公交车相对于充电臂的左右方位可通过最终测位点3的距离测量值验证,该距离测量值仅在公交车前/后和左/右适当定位的情况下是正确的。可以在公交车的任何部位提供任何数目的重置点(例如,1个或更多个、2个或更多个、3个或更多个、4个或更多个、5个或更多个、6个或更多个、8个或更多个、10个或更多个,等等)。可以根据本发明的实施方式提供各种重置位置和定时。
充电站可检查来自超声传感器的正确信号。该信号优选地处于允许车身高度差异的窗口内。
在步骤H处,控制器可确定测位特征是否在适当时间被感测到。在一个示例中,适当时间为大约1分钟或更少、30秒或更少、20秒或更少、15秒或更少、10秒或更少、8秒或更少、5秒或更少、3秒或更少、1秒或更少、500毫秒或更少、250毫秒或更少、100毫秒或更少、50毫秒或更少、或者本文其他各处所讨论的任何其他时间范围。如果未感测到测位特征,则公交车可能不在适当的位置,并且可通知司机再次尝试。如果在要求的时间量内感测到测位特征,则公交车位置可能已设好。
如果最终点测量值和时间均落入期望范围内,则公交车控制器可开始公交车停靠例程。可将车门禁用,除非设置了驻车制动,以防公交车司机将公交车停得太早。如果公交车司机将公交车停得太早,显示器可对此做出指示。显示器还可以通知司机:为了给公交车充电,司机可能需要在安全的情况下松开制动器并且向前开。公交车可在其处于正确位置时自动停车。
步骤J指示出当公交车位置处于期望范围内时,公交车可自动停靠。公交车控制器可使用再生制动将公交车速度降低至零。这可以在满足舒适的前提下用尽可能短的时间内完成。控制器可等待公交车降至零速。然后公交车可换挡至空挡并且可以启用制动器。例如,控制器可施加后门制动器联锁。显示器可指示出公交车正在等待充电臂降低。公交车可自动向前移动。
图6C和图7C提供了连接充电臂至车辆所涉及的步骤的示例。如步骤K中所提供,充电臂可降低至公交车车顶导向器上。公交车车顶导向器的内部可具有一些容限,从而即使公交车不处于精确地点,充电臂仍可与车顶导向器相接合。传感器可检测充电臂何时开始移动(原位开放(home open)),以及其于何时伸长。在一些实施方式中,传感器可能能够基于充电臂气缸中的传感器来对此加以检测。可以使用任何其他传感器来确定充电臂的位置。
可以使用公交车或充电站控制器来开始降低充电臂的子例程。公交车控制器可向充电站发送公交车就位的信号。这可导致该臂降低。可对臂的移动加以检查。例如,该臂的移动可通过原位失位量进行检查。该系统还可检查臂缸是否降下并继而等待头部降下指示(例如,微动开关)。充电站控制器可促动臂下降螺线圈。可使用任何其他类型的致动器来致使臂移动。例如,可使用马达、螺线圈、直线致动器、气动致动器、液压致动器、电动致动器、压电致动器、或者磁体。充电站可使臂移动。该臂可向下移动。
步骤L可以检查充电臂是否降下。例如,两个开关可在充电臂处于落置垫上时闭合。如果其落置量不足或者落置到侧面,则两个开关都可能不会接触。如果检测到臂未降下,则可提供出错CAN消息。这可以停止程序并且可以报告问题。如果臂部分地降下,则可将臂抬起。显示器可以指示司机寻求帮助。一旦所有开关都良好,公交车控制器可开始最终的公交车移动子例程。
图6D和图7D提供了自动车辆定位所涉及步骤的示例。在步骤M中,公交车驱动机构可被自动控制,以便将公交车安置在期望位置。例如,公交车能够以受控的速度自动向前移动。在一些情况下,公交车可向前移动约20英尺、15英尺、12英尺、10英尺、7英尺、4英尺、3英尺、1英尺或者本文其他各处所讨论的任何其他距离。在一些实施方式中,受控的速度可以为约10mph或更低、8mph或更低、5mph或更低、3mph或更低、2mph或更低、1mph或更低,或者本文其他各处所述的任何其他速度。该公交车可自动地向前移动,或者可指令司机将公交车向前移动并且它可以继而在充电头接合公交车时自动停车。在一些实施方式中,可提供一个或多个开关以在公交车处于期望地点时接触。
公交车控制器可在显示器上指示公交车将自动地向前移动并继而停车以进行充电。公交车还可通知司机松开制动踏板。备选地,制动踏板可自动松开。在一些实施方式中,公交车控制器可检查司机离开踏板的情况。公交车控制器可发送尽可能低的马达转矩信号以使公交车缓慢而平稳地移动。一旦公交车移动,就可以开始对距离进行积分以使用监视器。公交车控制器可等待指示充电头已处于正确位置的引导信号。
步骤N提供了当获得引导信号和接地时,公交车可自动停靠。这可以指示公交车已经处于期望位置。在一些情况下,一旦公交车使用与步骤J中所述相同的程序而就位,公交车控制器可自动停住公交车。备选地,可以使用不同的程序。
步骤P可允许公交车自动换挡到空挡并且可以自动启用制动器。制动器可以是后门制动器联锁。自动停靠可以通过再生制动或者通过控制马达降到0rpm来实现。一旦公交车处于最终位置,即可自动施加后门制动器联锁(以阻止公交车滚动),且公交车可换挡至空挡。在一些情况下,显示器可通知司机设置驻车制动。可指令司机设置驻车制动,或者可以自动启用驻车制动器。一旦启用期望的制动,门就可以打开并且可以开始充电。如果司机打算在设置驻车制动之前驶离,则他可以踏在制动器上并换到驾驶挡。这可以松开后门制动器联锁。可阻止门打开,以免这在正常情况下出现。如果已设置驻车制动并且充电已开始,则松开驻车制动器可足以停止充电。在充电期间松开驻车制动器可被视作异常情况。
公交车控制器可施加再生制动以将公交车速度降低至零。公交车控制器还可自动将变速器换挡至空挡。备选地,可指令司机将变速器换挡至空挡。公交车控制器可施加后制动器联锁。显示器可向司机指示设置驻车制动以允许公交车门打开和公交车充电。
步骤Q可允许控制器检查公交车位置是否处于期望范围内,以及是否设置了期望的制动。如果这些条件未得到满足,则程序可能停止。可以报告问题并且/或者可将臂抬起。公交车控制器可检查驻车制动器。
根据步骤R,可锁定公交车的移动以允许乘客下车。在一些实施方式中,可禁用加速踏板。系统可持续检查驻车制动器。一旦公交车的移动被锁定,就可允许门打开,并且显示器可指示出公交车正在充电。充电站控制器可在允许充电之前检查来自充电器的引导信号。
图6E和图7E提供了给车辆充电所涉及的步骤的示例。如步骤S中所示,在充电期间,充电刷可从充电站的充电臂伸出。可在每个缸体处提供位置传感器,以便指示缸体何时回位(不伸出)。
公交车控制器可在充电期间开始充电子例程。它可以发送信号以伸出接地刷。它可以等待接地刷已伸出的确认或信号。它可以发送AC信号或音调以确保已接地。如果已接地,则控制器可发送信号让充电刷伸出。充电站控制器可提供信号以伸出接地刷气缸。充电站控制器还可以使充电刷气缸伸出。
步骤T验证刷是否伸出。如果它们未全部伸出,但有一些刷伸出,则程序可在一些刷未伸出的情况下继续。继续操作的性能可能降低,所述性能的降低与未伸出的刷的数目成比例。如果太多刷未伸出,则可以指示错误。显示器可作出指示以便报告问题。充电臂可以抬起。
公交车控制器可等待所有的刷伸出。在一些实施方式中,可以有1个或更多个、2个或更多个、3个或更多个、4个或更多个、6个或更多个、8个或更多个、10个或更多个、12个或更多个、16个或更多个、20个或更多个、30个或更多个、40个或更多个、或者50个或更多个刷。控制器可等待所有的刷伸出,或者可等待预定数目的刷伸出。
如步骤U中所示,可以开始电流流动。在一些实施方式中,公交车可控制充电过程。公交车可向充电站发送CAN信息以开始充电。备选地,充电站控制器可控制充电过程。公交车控制器可向充电站发送其已准备好开始充电的信号。充电器可报告充电时间。
在步骤V中,控制器可确定充电电流或温度是否落入期望范围内。例如,可基于公交车电池充电状态和/或历史/预期因素而提供期望的充电程度。期望的充电特性(例如,电压、电流振幅、脉冲、持续时间等)可具有预定范围。类似地,温度可具有预定范围。可以周期性地或连续地监控电流和温度。如果它们落在期望范围之外,则可报告问题。充电臂可脱开和/或抬起。
步骤W可以是等待充电完成。充电可以进行预定量的时间。备选地,可监控车辆充电状态,并且可以一直充电直至车辆电池已经达到期望的充电状态。在一些情况下,显示器可指示出状态为正在充电。显示器还可指示出完成充电所需剩余时间或者所完成的充电百分比。可在公交车充电的同时,在显示器上提供任何其他状态更新。如果基于从电池管理系统返回的报告或者从充电器返回的报告存在引导丧失、过热指示,则公交车控制器可停止电流流动。充电站可持续监控温度开关。充电站还可闭合配电箱接触器。
在步骤X中,系统可以确定何时完成充电或者确定已获得期望的充电状态。在一些实施方式中,期望的充电状态可以是车辆电池已完全充满之时。备选地,期望的充电状态可以是基于车辆的历史/预期数据的任何值。如果充电未在预定量时间内完成,则可报告错误。充电臂可脱开和/或抬起。显示器可指示要寻求帮助。
图6F和图7F提供了当充电完成时所涉及的步骤的示例。在步骤Y中可记录充电度量。例如,可以记录电池初始充电状态、充电参数(例如,电压、电流振幅、充电持续时间、总功率、故障、时间、峰值电流等)、电池最终充电状态。在一些情况下,公交车控制器可在充电完成时记录充电度量。在一些情况下,充电度量可在充电期间记录。充电度量可记录在公交车数据记录器上。在一些实施方式中,它们可仅被暂时记录。备选地,它们的记录可保留很长一段时间。在一些情况下,可以手动检索数据。备选地,可以存取并且可以自动检索数据。
在步骤Z中,控制器可确定刷是否已脱开。如果刷尚未脱开,则该程序可以停止。可以报告问题。如果有可能,则可将充电臂脱开和/或抬起。可以提供显示器以便寻求帮助。
公交车控制器可开始充电完成的子例程。充电可被停止,并且可以提供信号以将刷脱开。控制器可等待所有刷脱开和回到回缩位置(回位)。可提供信号以脱开接地。在一些情况下,控制器可等待接地回位。可作出刷和接地已回到原位的确认。可提供信号以升高充电臂。
响应于来自公交车控制器的信号,充电站可升高充电臂。在一些情况下,充电站控制器可确保臂已回到原位以备下次使用。
根据步骤AA,充电臂可抬起。公交车控制器在允许司机移动之前可等待失去头部的微动开关(充电头未降低)。
在步骤BB中,可验证充电臂位置。例如,基于气缸位置,可确定充电臂是否抬高。如果未抬高,则程序可停止并且/或者可以报告问题。如果臂成功抬高,则公交车控制器可松开后门制动器联锁并允许移动。
如步骤CC中所示,当充电完成时,公交车可解锁。显示器可向司机指示充电完成,以及指示松开驻车制动器和选择挡位驶离。如步骤DD中所示,当公交车已充电时,驻车制动器可以松开,并且司机可选择驾驶选项。司机可在准备好时开车。在一些情况下,显示器可指示电池充电状态或燃油表。例如,可以显示满的燃油表。
如前所述,本文中的任何步骤可由系统的一个或多个控制器来提供。可以提供一个或多个公交车控制器或充电站控制器。所指示的可被公交车控制器或充电站控制器执行的任何功能,亦可由任何其他控制器来执行。在一些实施方式中,可提供有形计算机可读介质来使所述功能能够得以执行。计算机可读取介质可包括执行此类步骤的逻辑、代码、指令。
图7G提供了关于系统内不同故障所涉及的步骤的示例。当检测到故障时,可运行故障子例程。可发送信号至充电器以使其停止。刷可脱开。后门制动器联锁可松开。在故障期间,如果司机使用踏板并松开制动器,则可允许公交车移动。可提供信号以将臂抬高。可以记录任何故障代码。可以提供显示器来指示充电已停止以及联系支援。显示器可包括号码或标准的故障例程。
可为司机和/或充电站操作员提供显示器。显示器可提供在充电站或车辆上。显示器可设在显示装置上,比如屏幕。显示装置的一些示例可包括特定的充电站是否就绪(例如,充电站1就绪,充电站2未就绪等)。显示器还可指示出是否已建立通信。显示器还可包括在到达充电站之前的驾驶指令(例如,请减慢到在5mph驾驶),否则可能不会进行自动充电。备选地,系统可以采取控制措施,而不提供这样的指令。在一些情况下,显示器可指示车速(例如,x.x mph)。速度可以是精确的。如果速度可接受,则可以进行充电,并且显示器可对此予以指示。在一些实施方式中,显示器可指示司机应准备好在需要时停车。显示器还指令司机以与驾驶引导对准的方式驾驶。在一些情况下,如果司机向左或向右偏离得太多,则可提供警告。如果公交车移动得太快,则显示器可指示司机减速。显示器可警告司机如果车辆驶入得太快则其可能不会充电。
显示器可提供用于给公交车充电的指令。例如,显示器可通知使用者:若要给公交车充电,可在安全时松开制动器并缓慢向前开动。公交车可自动停靠。显示器可在司机靠近时指示初始停靠位置,且公交车可自动停靠,并在安全时要松开制动器。显示器还可指示在等待充电臂降低的同时,公交车可自动向前移动以进行充电,并在安全时松开制动器。一旦公交车连接到充电器,显示器可对此予以指示,并指令司机设置驻车制动以开始充电并允许车门打开。在公交车充电的同时,显示器可指示电池充电状态或者充电还剩多长时间。如果公交车未得到充电,则指示故障,指示并联系维修。当充电完成时,可以提供指令以选择驾驶挡并在准备好时松开驻车制动器。如果公交车未就位,则显示器可指示驶回去并再次尝试(例如,不倒车)。在一些情况下,可授权密码进入。可示出诊断屏来指示电池详情和故障代码。
通过前文应当理解,尽管已经示出和描述了特定实现,但可对其做出和在此想到各种修改。本发明也不旨在由说明书内所提供的具体示例所限制。尽管已参考前述说明书对本发明予以描述,但本文优选实施方式的描述和图示并不旨在以限制性的意义解释。另外,应当理解,本发明的所有方面均不限于本文所阐述的具体描绘、配置或相对比例,它们取决于多种条件和变量。本发明实施方式的形式和细节中的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此,考虑到本发明还应覆盖任何此类修改、变更和等同。
Claims (14)
1.一种用于连接电动公交车与充电站的方法,所述电动公交车在车顶上具有电接触板,所述方法包括:
当所述电动公交车靠近所述充电站时识别该电动公交车;
确定所述电动公交车相对于所述充电站的位置;
控制所述电动公交车从而将所述电动公交车定位在期望的地点;
将所述充电站的充电臂降低至所述电动公交车的车顶;以及
在所述降低之后,移动所述电动公交车直到接收到指示所述电动公交车与所述充电站之间的电连接的引导信号。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括给所述电动公交车的储能系统充电。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,识别所述电动公交车包括感测来自所述电动公交车的RFID标签。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述电动公交车的位置包括接收来自所述充电站处的传感器的信号,该传感器感测有关所述电动公交车的测位位置。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,控制所述电动公交车包括基于确定的位置来控制车速。
6.根据权利要求1所述的方法,还包括在接收到所述引导信号之后锁定所述电动公交车的移动。
7.根据权利要求1所述的方法,还包括在接收到所述引导信号之后从所述充电臂伸出充电刷以接触所述电接触板。
8.根据权利要求1所述的方法,还包括检测伴随所述充电站、电动公交车或其间连接的故障。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述故障包括以下至少之一:电动公交车未就位;充电臂未降下;未设置制动;充电刷未伸出;温度超出期望范围;电流超出期望范围;充电未在指定时间内完成;充电刷未脱开;或者充电臂未抬起。
10.根据权利要求1所述的方法,还包括检测何时充电完成,脱开充电刷以及抬起充电臂。
11.根据权利要求1所述的方法,其中移动所述电动公交车包括在向前的方向上移动所述电动公交车。
12.根据权利要求1所述的方法,其中识别所述电动公交车包括基于所述识别确定所述电动公交车是否应当在所述充电站充电。
13.根据权利要求12所述的方法,其中降低所述充电臂包括仅当确定所述电动公交车应当在所述充电站充电时降低所述充电臂。
14.根据权利要求1所述的方法,其中在所述降低之后移动所述电动公交车包括在接收到所述引导信号时自动停止所述电动公交车。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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