CN101978572A - 滑动导体传输电缆 - Google Patents

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Abstract

用于通过传输电缆(160)将电流源连接至目标存储设备的方法及设备，该传输电缆(160)借助于可复位的导线管(122)可延伸和/或可收回。

Description

滑动导体传输电缆
本申请要求2008年1月14日提交的第61/010,869号美国临时专利申请的优先权以及利益，为了所有目的，通过引用将其全部内容合并于此。
技术领域
本发明在其若干实施方式中大致涉及通过传输电缆(transmission cable)进行电气传输的方法和设备，该传输电缆借助于可复位的导线管可延伸和可收回。
背景技术
第7,256,516号美国专利和第5,306,999号美国专利公开了电动车辆(electrical vehicle)(EV)的充电站。在现有技术中，EV充电站通常模仿传统加油站的加油特性，并且由此一般被描述成划分为类似于加油站泵的三个主要系统。类似部分包括：(a)用于管理燃料供应的基本单元，在这种情况下，电力来自于电业系统；(b)燃料传递软管，或者在EV的情况下，将电流传递至EV的传输电缆；以及(c)从传输电缆至EV本身的连接器。
发明内容
本发明在其若干实施方式中包括用于通过借助于可复位的导线管可延伸和可收回的传输电缆将电流源连接至目标存储设备的方法及设备。例如，本发明的电池充电设备的实施方式可包括：导线管部分，该导线管部分被构造成容纳延伸的传输电缆；传输电缆，该传输电缆为例如可切换地和/或直接地可连接的，或者在一些方式中，该传输电缆可被放置成与电流源电气相通；以及传输电缆驱动机构，该传输电缆驱动机构被构造成将传输电缆延伸至导线管部分中。一个示范实施方式还可包括机架，机架包括可连接至电流源的传输电缆，以及被构造成将传输电缆延伸至导线管部分中的传输电缆驱动机构。一些电池充电设备实施方式的传输电缆可被放置在至少一个驱动轮的周围，该至少一个驱动轮被排列成使传输电缆沿着远离机架并进入导线管部分的方向延伸。一些电池充电设备实施方式的传输电缆驱动机构可包括拖索(tow cable)和驱动滚筒(drive pulley)。一些电池充电设备实施方式的传输电缆驱动机构还可被构造成从导线管部分收回传输电缆。一些电池充电设备实施方式还可包括导线管组件，该导线管组件包括导线管部分和手柄连接器组件(handle-connector assembly)，该手柄连接器组件包括传输电缆连接器和目标端口连接器，并且对于一些实施方式，传输电缆驱动机构可包括实现局部真空的局部真空发生器，所实现的局部真空邻近手柄连接器组件。一些电池充电设备实施方式可具有包括实现压力差的压力差发生器的传输电缆驱动机构，压力值具有邻近手柄连接器组件所实现的低压的量。一些电池充电设备实施方式可通过在将空气吹入导线管部分内来用空气冷却传输电缆。一些电池充电设备实施方式还可包括含有至少两个传导电缆例如两个、三个或四个传导电缆的传输电缆。一些电池充电设备实施方式还可包括插入传输电缆和导线管部分之间的具有低滑动摩擦系数的涂层。一些电池充电设备实施方式还可包括传输电缆驱动机构，其中第一个轮与第二个轮相对，并且其中以下中的至少一个为驱动轮：(a)第一个轮；以及(b)第二个轮，并且其中第一个轮和第二个轮中的至少一个借助于主动机构例如借助于螺线管供以动力来可收回地接合传输电缆，例如当分别因为滚筒的转动或不转动而将传输电缆延伸或保持在适当位置时。
本发明的实施方式包括给目标存储设备充电的方法。例如，给目标存储设备充电的方法可包括以下步骤：(a)接合目标存储设备的电插座和含有导线管部分的导线管组件的目标端口连接器；(b)借助于传输电缆驱动机构，在导线管部分内并且以远离导线管组件支撑结构的方向延伸传输电缆，以便通过导线管部分来接合目标端口连接器；以及(c)启动从电流源通过传输电缆至目标存储设备的电流。对于一些方法的实施方式，传输电缆可被放置在至少一个驱动轮的周围，该至少一个驱动轮被排列成使传输电缆沿着远离机架和进入导线管部分的方向延伸。对于一些方法的实施方式，传输电缆驱动机构可包括拖索和驱动滚筒。给目标存储设备充电的示范方法还可包括以下步骤：(d)停止从电流源通过传输电缆至目标存储设备的电流；以及(e)从导线管部分收回传输电缆。一些方法的实施方式还可包括用空气冷却导线管部分内的传输电缆。给目标存储设备充电的示范方法还可包括插入传输电缆和导线管部分之间的具有低滑动摩擦系数的涂层。
附图说明
本发明的实施方式被以实例的方式示出，并且不受限于附图中的图，并且其中：
图1是本发明实施方式的透视图；
图2是本发明实施方式的侧视图；
图3是本发明实施方式的导线管部分的横向的、横截面视图；
图4是本发明的手柄连接器组件的实施方式的侧面横截面图；
图5A和图5B是本发明的另一种实施方式的侧视图；
图5C和图5D是脱离和接合传输电缆的示范驱动轮实施方式的侧视图；
图6是本发明的另一种实施方式的导线管部分的横向的、横截面视图；以及
图7是本发明的另一种实施方式的导线管部分的横向的、横截面视图。
实施本发明的最佳方式
参见说明本发明示范实施方式的附图。图1说明了包括机架110的充电站100，该机架110具有用户接口112，例如可以是触摸屏的显示器，并且该用户接口112可包括一个或多个按钮。机架110还可包括用于充电导线管组件120的作为导线管组件支撑结构的出口114和对接口116。在一些实施方式中，导线管支撑结构可被放置在机架110的外部，并且可包括用于传输电缆160和/或传输驱动机构的固定架(mounting)。所示的示范充电导线管组件120包括具有到机架110的近端部分121的导线管部分122，以及放置在远端部分123处的手柄连接器组件124。手柄连接器组件124构造成容纳延伸的传输电缆160，且接合目标充电端口(未显示)，例如EV充电插座。所示的机架110封闭处理器机架130和功率转换器机架140，该功率转换器机架140可装入电流源。通过传输电缆驱动机构，可将传输电缆160延伸至导线管部分122内。所示的功率转换器机架140支撑卷轴150，并且图1将可选择的示范传输电缆驱动机构图解成可操作为用于延伸和/或收回电缆的驱动轮的卷轴150，围绕该卷轴150缠绕传输电缆160，并且在这个实例中，传输电缆160通过可放置在卷轴毂(reel hub)内的电气接口(未显示)来连接所装入的转换器单元。同时所示的是一对相对的轮，滚筒170或滚轮，其每一个都具有用于导向传输电缆160的一对圆周槽。图1还说明了可选的示范传输电缆驱动机构，其中相对的轮，滚筒170或滚轮中的一个或两个可被构造成被供以动力，以作为用于使传输电缆延伸和/或收回传输电缆的一个或多个驱动轮。具有用于容纳传输电缆160的孔口的导向元件180可安装于功率转换器机架140。图1的示范实施方式可应用于电动车辆的充电，其中传输电缆，尤其是传导核心的尺寸经设计后用于超过400安培(amp)的电流。
图2说明了侧视的示范充电站100的一部分，其中去除了机架110的侧板，去除了出口114的侧板，沿纵向剖开所示的导线管部分122的一部分和卷轴150的盖子也被去除。在这个实例中，卷轴150、上面的轮或滚筒271，以及/或下面的轮或滚筒272中的至少一个可在被供以动力后以顺时针方向211和逆时针方向212转动卷轴。根据至少一个驱动轮的转动方向，这对传输电缆160在导线管部分122内行进290。传输电缆160通常可以包括电气绝缘材料和/或呈现出围绕传导电缆的低滑动摩擦系数的材料，但是每个传输电缆的远端部分261可能不被绝缘。以剖开方式表示的内端口密封件220具有容纳一对传输电缆160的孔口。内端口密封件220可与导线管部分122的近端构成一个整体。内端口密封件220的孔口可为绝缘材料，当处于完全的操作收回状态时，绝缘材料屏蔽每个传输电缆的远端部分261。在图3中，示出包含传输电缆160的导线管部分122的横切(transverse cut)3。
图3说明了示范的电缆和导线管布置，其中导线管部分122的横截面视图包含一部分传输电缆160，传输电缆160包括两个较大通道311、312和两个较小通道321、322。导线管部分的内壁和传输电缆的外壁可被涂覆或向它们施加呈现出低滑动摩擦系数的材料。两个较大通道311、312的内壁可被涂覆或向它们施加呈现出低滑动摩擦系数的材料，例如作为层或包裹物。在这个实例中，第一个传导电缆331和第二个传导电缆332同时包括传输电缆160的传导核心。第一个传导电缆331可被装入到电气绝缘材料341和/或呈现出低滑动摩擦系数的材料内。同样地，第二个传导电缆332可被装入到电气绝缘材料342和/或呈现出低滑动摩擦系数的材料内。装入电缆的材料341、342的外壁可不完全地接触两个较大通道311、312的内壁的每一个，由此允许在较大通道内壁361的一部分与装入材料的外壁362的一部分之间设置空气容积。
在充电过程中，传输电缆因阻抗效应而发热。传导电缆331、332的阻抗特性为温度的函数。传导电缆331、332的温度可通过读取从电缆的一端到另一端的电压来监控。根据瞬时电流，可得出电缆的阻抗，例如，R＝V/I。根据所得的阻抗，可推断传导电缆331、332的温度。所推断的温度可用于判断充电是否在电缆温度的可接受的安全范围内进行。为了提高安全充电间隔的持续时间，通过提供具有大于每个传导电缆的外径的内径的导线管部分，并且迫使空气沿着从充电器机架到连接器端部的方向或与此方向相反的方向穿过所形成的容积，可实现传导电缆、传输电缆和/或导线管部分的有效冷却。所充电的目标设备，例如电动车辆，可具有匹配插座，即目标端口，该匹配插座具有可与手柄连接器组件的出口气流孔相对准的匹配孔。如此的对准可提供对传导电缆331、332和例如EV插座的目标端口的冷却。因此，在机架110内可放置吹风机(未显示)，机架110具有进气管，并且可定向吹风机以将空气体积从导线管部分的近端部分121朝着导线管部分的远端部分123(图1)移动。示范的较小通道中的一个较小通道321可罩入电气控制线(electrical pilot wire)351，该电气控制线可用于在向转换器供电以驱动电流通过传输电缆160之前检验闭合电气线路。示范的较小通道中的另一个较小通道322可罩入接地导线352，并且示范的较小通道中的另一个较小通道322或额外的较小通道可罩入通信电缆(未显示)，以允许在由处理器机架130所封闭的处理器(未显示)和手柄连接器组件124(图1)之间通信。这些或额外的较小通道可用作用于传输电缆驱动机构的拖索的实施方式的导线管。
图4说明了在导线管部分的远端123处的特别是在手柄连接器组件424和一对传导电缆331、332之间的示范电气接口。这个实例示出具有用于容纳第一个传导电缆331的远端的插座部分411的第一个电气连接器410，以及具有用于容纳第二个传导电缆332的远端的插座部分421的第二个电气连接器420。
返回图1和图2，卷轴毂内的电气接口251可将与传输电缆160的转换器-底部单元源端(converter-base unit source end)的电气连接设置成旋转的刷式的连接。针对高于由刷式连接器所实际支持的功率和安培等级的功率和安培等级和/或针对比较久的耐磨连接，传输电缆160特别是传导电缆331、332，可坚固地连接至源端。具有固定连接的实施方式可构造成，将传输电缆160以垂环(droop-loop)方式放置于机架110内。一个或多个滚筒被供以动力后从机架延伸该对传输电缆，并且一个或多个物质或弹性元件用于收回原先延伸的传输电缆。图5A说明了本发明的示范实施方式500，其中传输电缆160在转换器连接器551和导线管部分122的近端部分处的出口514之间在机架510内并借助于作为一个或多个驱动轮而工作的一个或多个被供以动力的轮、滚筒或滚轮被形成环状。在这个实例中，为了延伸传输电缆160，至少一个单向旋转的驱动被施加到以下中的至少一个：(a)较小导向滚筒571、572中的一个或两个；以及(b)一个或多个较大的回路滚筒(looping pulley)521-523。一个或多个滚筒531-533可以以引力方式配置在一个或多个被供以动力的滚筒例如一个或多个较大的回路滚筒521-523的下面，并且有助于传输电缆160的收回。这些一个或多个较低的滚筒531-533可具有质量增加件(mass augmentation)541-543，例如附着的悬垂重物，并且这些一个或多个较低的滚筒531-533可被放置在导向通道561-563内。在一些实施方式中，至少一个双向旋转的驱动被施加到以下中的至少一个：(a)较小导向滚筒571、572中的一个或两个；以及(b)一个或多个较大的回路滚筒521-523。图5B说明了图5A的在传输电缆延伸的状态下的示范实施方式。可选的质量增加件541-543，例如悬垂的重物，还可被诸如在拉紧状态下向下拉较低的滚筒531-533的弹簧的弹性元件增加或替代。重物和/或弹簧的尺寸可经设计后克服回路滚筒系统的滑动摩擦。一旦延伸电缆160的模式停止，一个或多个被供以动力的滚筒例如一个或多个较大的回路滚筒521-523和/或较小的导向滚筒571、572的转动位置，可由一个或多个驱动的闩(actuated latch)例如螺线管驱动的夹具来保持，即当充电周期完成或者如果设备失去动力时，一个或多个螺线管缩回且使得滚筒自由地转向，并由此使得电缆因重力和/或弹簧张力而收回至回路滚筒组件内。在另一个实例中，图5C说明了含有较小导向滚筒571、572的示范驱动机构，该较小导向滚筒571、572中的一个至少是单向驱动的轮，其中较小导向滚筒571、572中的一个，在本实例中为较低的驱动滚筒572被放置成紧邻传输电缆160，并且被连接至接合螺线管元件592的安装构件591。因此，传输电缆160可以能够平移至环状的拉动组件(looped pulled assembly)中(图5B)。图5D示出了因延伸安装构件591的螺线管元件592而接合传输电缆160的较低的滚筒572。无论实施主动收回机构还是被动收回机构，当不用于向目标电池充电时，在导线管部分中没有传输电缆保护了传输电缆不受损坏和/或被窃。
图6示出本发明的另一种传输电缆实施方式的分解的端视图，其中控制线621和/或接地线622和/或通信电缆(未显示)都位于第一个导线管630内，并且该对传导电缆331、332位于第二个导线管640内。所示的较小通道和/或额外的较小通道可用作传输电缆驱动机构的拖索实施方式的导线管。较低的较小轮，滚筒671或滚轮和/或较高的较小轮，滚筒672或滚轮可用于将第一个导线管和第二个导线管引导和/或驱动进入导线管部分122中(图1)。因此，呈现出高的滑动摩擦系数的额外填充材料681、682可以例如作为层或包裹物被放置在第一个导线管630和第二个导线管640之间，邻近第一个导线管的罩入控制线621和/或接地线622和/或通信电缆(未显示)的区域。第二个导线管640的外壁641可不完全地接触第一个导线管630的内壁631，由此允许在第一个导线管内壁631的一部分与第二个导线管外壁641的一部分之间设置空气容积。吹风机(未显示)可被放置在机架110内，并且可被定向以将空气体积从导线管部分的近端部分121朝着传导管部分的远端部分123(图1)移动。在一些实施方式中，导线管组件120(图1)可包括第一个导线管630的一部分，并且导线管部分122(图1)可包括第一个导线管630。
额外通道可呈现在具有额外传导电缆的实施方式中，此类例子被示出在图7中。图7示出本发明的支持三相充电的另一种传输电缆实施方式的分解的端视图，其中控制线721和/或接地线722位于第一个导线管730内，并且三个或四个传导电缆741-744和可选的通信电缆(723)位于第二个导线管740内。所示的较小通道和/或额外的较小通道可用作传输电缆驱动机构的拖索实施方式的导线管。较低的较小轮，滚筒771或滚轮和/或较高的较小轮，滚筒772或滚轮可用于将第一个导线管和第二个导线管引导和/或驱动进入导线管部分122中(图1)。呈现出高的滑动摩擦系数的材料可以例如作为层或包裹物被放置在第一个导线管730和第二个导线管740之间。第二个导线管740的外壁745可不完全地接触第一个导线管730的内壁731，由此允许在第一个导线管内壁731的一部分与第二个导线管外壁745的一部分之间设置空气容积。吹风机(未显示)可被放置在机架110内，并且可被定向以将空气体积从导线管部分的近端部分121朝着导线管部分的远端部分123(图1)移动。在一些实施方式中，导线管组件120(图1)可包括第一个导线管730的一部分，并且导线管部分122(图1)可包括第一个导线管730。
再次参见图1，例如用作EV充电站的示范方法为让用户借助于手柄连接器组件124操作导线管部分122，其中传输电缆160还没有延伸至导线管部分122内。在这种情况下，充电导线管组件120并不具有传输电缆160的质量。因此，用户可操作充电导线管组件，该充电导线管组件可被制作成与传统加油站的燃料软管相类似的尺寸、重量和可操作性，或者在一些实施方式中，用户可操作其中包括的比传输电缆或电缆的质量更小、可操作性更大的至少一个组件。
为了启动传输电缆的延伸，用户可通过手柄连接器组件124处的诸如按钮的用户接口112来输入信号，该用户接口112可通过通信电缆与处理器通信，和/或用户可通过机架110上的用户接口112来输入信号。响应于用户的输入，传输电缆从机架110延伸并且位于导线管部分122内，直至与手柄连接器组件124连接。一旦确认安全连接，例如通过手柄内的电气控制器单元，便可开始电流经由传输电缆的流动。
再次参见图1、图4和图5A-5B，可自动化传输电缆160的收回，因为一旦实现满电荷水平和/或充电时间，便可向转换器单元发送表示停止电流的信号，并且此信号或基于一个或多个类似参数的信号可启动传输电缆160，也就是传导核心，例如传导电缆331、332与连接器的分离。然后，传输电缆可被收回穿过导线管部分，并且进入机架。一旦传输电缆160被完全收回，或者至少充分地收回至保护传导核心的端部的位置，例如传导电缆331、331的远端，便可用信号通知用户，例如借助光线、用户接口面板和/或可听见的铃声和/或例如“将手柄放回其支架”的自动化语音，以便将导线管组件返回至其处于充电设备的机架处或周围的搁置位置。在一些实施方式中，手柄424可以以如此方式连接或附着至车辆，使得直到向手柄发送脱离信号，指示传输电缆160已经从导线管部分122充分地收缩，用户才能移开手柄424。
本发明在其若干实施方式中可不受限于EV充电站的传输电缆，而且可包括其它的实施方式和应用，其中希望减少传输电缆的重量以便操作，并且基于改善的人身安全，可优选在充电之前导线管内没有传输电缆。通过包含一个或多个安全开关和电气控制线路，可提高本发明的实施方式，该一个或多个安全开关和电气控制线路可被包含以便用户确信这些测量。
实施方式可配置有各种电缆驱动机构和其他延伸并收回传输电缆的方式。例如，除了具有用于紧凑电缆配件的槽的一对相对的双轮、滚筒或滚轮271、272、571、572(图1和图5A)之外，可利用小直径、不导电的拖索来拉动传输电缆穿过导线管部分122，其中拖索可由一个或多个被供以动力的轮、滚筒或滚轮来驱动。电缆轴环(cable collar)，优选不导电的，可连接至往复式的拖索，即与延伸的拖索串联配置，或者独立于延伸的拖索的第二个拖索可用于收回传输电缆。对于一些较小直径的传输电缆160，传输电缆160可卷入局部真空内，或者以另外的方式响应于由位于机架110内的真空设备和集成于导线管部分122的真空管(未显示)和/或通过位于机架110内的增强设置在传输电缆160的远端部分周围的气阻轴环(air-blocking collar)的吹风机(未显示)在导线管120的手柄连接器部分124上产生的压力差。
传输电缆的核心可由编织和/或缠绕在一起的铜线股制成。导线管和传输电缆覆盖物可由不受天气影响的合成橡胶制成，例如聚氯丁橡胶。塑料，包括热固性塑料，可用于绝缘的导线管连接。聚四氯乙烯，例如Du Pont De Nemours and Comapny Corporation的TELFONTM，可用作具有低滑动摩擦系数的表面。
考虑到，可对上面实施方式的具体特征和方面进行各种组合和/或子组合，并且仍然属于本发明的范围。因此，应当理解到，所公开的实施方式的各种特征和方面可彼此组合或替换，以便形成所公开发明的不同方式。而且，希望本文通过实例的方式所公开的本发明的范围不受到上面所描述的特定公开的实施方式的限制。

Claims (20)

1.一种电池充电设备，包括：
导线管部分，其构造成容纳延伸的传输电缆；
所述传输电缆，其可连接至电流源；以及
传输电缆驱动机构，其构造成将所述传输电缆延伸至所述导线管部分。
2.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆被放置在至少一个驱动轮的周围，所述至少一个驱动轮被排列成使所述传输电缆沿着远离机架并进入所述导线管部分的方向延伸。
3.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆驱动机构包括拖索和驱动滚筒。
4.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆驱动机构还被构造成从所述导线管部分收回所述传输电缆。
5.根据权利要求1所述的电池充电设备，还包括含有所述导线管部分和手柄连接器组件的导线管组件，所述手柄连接器组件包括传输电缆连接器和目标端口连接器。
6.根据权利要求5所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆驱动机构包括实现压力差的压力差发生器，所述压力差具有邻近所述手柄连接器组件所实现的低压的量。
7.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆在所述导线管部分内是空气冷却的。
8.根据权利要求1所述的电池充电设备，还包括机架，所述机架包括：
所述传输电缆；以及
所述传输电缆驱动机构，其构造成将所述传输电缆延伸至所述导线管部分。
9.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆包括至少两个传导电缆。
10.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆包括四个传导电缆。
11.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，在所述传输电缆和所述导线管部分之间插入有具有低滑动摩擦系数的涂层。
12.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中，所述传输电缆驱动机构包括与第二个轮相对的第一个轮，其中，所述第一个轮和所述第二个轮中的至少一个为驱动轮，并且其中，所述第一个轮和所述第二个轮中的至少一个被构造成可收回地接合所述传输电缆。
13.根据权利要求12所述的电池充电设备，其中，所述第一个轮和所述第二个轮中的至少一个构造成借助被供以动力的螺线管可收回地接合所述传输电缆。
14.一种给目标存储设备充电的方法，包括：
接合目标存储设备的电插座和含有导线管部分的导线管组件的目标端口连接器；
借助于传输电缆驱动机构，使传输电缆在所述导线管部分内并且以远离导线管组件支撑结构的方向延伸，以便通过所述导线管部分接合所述目标端口连接器；以及
启动从电流源通过所述传输电缆至所述目标存储设备的电流。
15.根据权利要求14所述的给目标存储设备充电的方法，其中，所述传输电缆被放置在至少一个驱动轮的周围，所述至少一个驱动轮被排列成使所述传输电缆沿着远离机架并进入所述导线管部分的方向延伸。
16.根据权利要求14所述的给目标存储设备充电的方法，其中，所述传输电缆驱动机构包括拖索和驱动滚筒。
17.根据权利要求14所述的给目标存储设备充电的方法，还包括：
停止从所述电流源通过所述传输电缆至所述目标存储设备的电流；以及
从所述导线管部分收回所述传输电缆。
18.根据权利要求14所述的给目标存储设备充电的方法，还包括：用空气冷却所述导线管部分内的所述传输电缆。
19.根据权利要求14所述的给目标存储设备充电的方法，其中，机架包括所述导线管组件支撑结构。
20.根据权利要求14所述的给目标存储设备充电的方法，其中，在所述传输电缆和所述导线管部分之间插入有具有低滑动摩擦系数的涂层。
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