CN102917907A - 用于电动车辆的充电站 - Google Patents

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威廉姆·约瑟夫·罗德·里夫斯
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Abstract

本发明涉及用于为车辆充电的系统和方法。可以将车辆和充电站设计成使得电动车辆或者混合动力车辆通过在整个已知路线进行机会充电而以类似于传统车辆的方式运行。

Description

用于电动车辆的充电站
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年12月23日提交的美国临时申请号61/289,755的权益，并且该申请是于2009年7月1日提交的美国专利申请序列号12/496,569的部分继续申请，该美国专利申请序列号12/496,569要求于2008年7月1日提交的美国临时专利申请序列号61/077,452以及于2009年5月1日提交的美国临时专利申请序列号61/174,926的优先权的权益，上述所有专利申请通过引用而整体并入于此。
背景技术
电动车辆受到目前用于向电动车辆输送电力的基础设施的限制。一些电动车辆，诸如电气列车和轻轨车等，通过轨道中的硬件或者通过架空线持久地连接至电源。其他电动车辆，诸如电动汽车等，通过在充电站处将电动车辆插上电源而进行充电。
虽然可以使用沿电动车辆的行驶路线维持持久电连接的系统来向电动车辆输送电力，但是这些系统有碍观瞻，不受欢迎，安装和维护成本高昂，并且可能不安全。这些系统往往需要在城市进行线路建设维护或者建造的时期内暂停整个电动公交车线路。这些系统中的一些系统无法使电动车辆独立于轨道或者架空线而运行。而且，这些系统中的一些系统不能适应于具有不同特性的不同车辆。另外，可能需要花费大量的时间或者精力来向这些系统充电。
因此，需要开发用于为电动车辆充电的改进的系统和方法。
发明内容
本发明提供了用于为电动车辆或者混合电动车辆充电的系统和方法。在此描述的本发明的各个方面可以应用于以下所述的任何特定应用，或者用于任何其他类型的车辆。本发明可以作为独立的系统或方法而应用，或者作为诸如公交车系统或者其他公共交通系统等综合交通系统的一部分而应用。应当理解，可以单独地、共同地或者彼此相结合地领会本发明的不同方面。
本发明的一个方面可涉及充电站。充电站可以包括充电座。充电站还可以包括两个或者更多个集电器支柱，其中每个集电器支柱包括至少一个导电表面区域，诸如传导垫。优选地，每个集电器支柱可以包括至少两个具有导电表面的导向条，其中，条上的诸如导向垫之类的导向特征会聚，从而使得该会聚朝向导电表面。至少一个集电器支柱可用于接触正电极，并且至少一个集电器支柱可用于接触负电极，其可被配置用于对车辆的可充电设备进行充电。充电站可以包括支撑件，诸如连接至充电座的柱杆以及机械连接至柱杆以便支撑柱杆和充电座的机架。
或者，充电站可以包括连接器头组装件，该连接器头组装件经由连接器臂连接至充电座。连接器头组装件可以配置用于接纳叶片。连接器臂可以具有对充电座和/或连接器头的枢轴连接。
根据本发明的另一实施方式，充电站可以包括充电悬架或连接器臂，该充电悬架或连接器臂具有安装到充电座上的刚性结构组件。充电悬架可以包括诸如横杆、间隔杆以及一个或多个臂等刚性组件。可以在刚性组件之间提供刚性或者柔性连接。例如，充电悬架上的集电器支柱可以通过柔性连接而相对于悬架的横杆移动。
本发明的另一方面可涉及车辆，该车辆可以通过充电站来充电。该车辆可以包括两个或更多个接触板，所述接触板电连接至车辆的可充电设备。车辆的可充电设备可以是储能系统，诸如电池或者超级电容器。接触板可以位于车辆的顶部上，并且可以与车辆的移动方向相对平行。它们也可以在车辆的顶面上间隔开。第一接触板可以是正电极，并且同时第二接触板可以是负电极，以便对可充电设备进行充电。
或者，可以提供单个叶片，其可以包括正极端子和负极端子。可以在车辆的顶盖上提供凹部，以便将连接器头组装件引导至叶片。
根据本发明的另一实施方式，可以提供一种用于为车辆充电的系统。该系统可以包括具有两个或者更多个集电器支柱的充电站和具有两个或者更多个接触板的车辆。或者，充电站可以具有连接器头组装件和具有单个叶片的车辆。集电器支柱可以配置用于接纳车辆顶部上的接触板，从而使得接触板在由导向条导向之后在导电表面之间滑动。接触板可以挤压在导向条之间，以确保良好的电接触。另外，导电表面可以具有与接触板相接触的表面区域，其可以提供电接触的区域。此类特征可以降低充电站与车辆之间的充电界面处的阻抗，这可以有助于快速充电。充电站还可以包括间隔杆，以保持集电器支柱彼此间隔开期望的距离，这可以与车辆的接触板之间的距离相匹配。充电站还可以包括用于使充电座与集电器支柱相连的连接结构的柔性连接，该柔性连接可以使连接结构和接触组装件相对于车辆行进的方向横向移动。这可以提供对于车辆尺寸、驾驶路径或者其他车辆属性的容限。
根据本发明的又一实施方式，可以提供一种用于为车辆充电的方法。该方法可以包括将包含两个或者更多个接触板的车辆移动至充电站的充电座之下的位置，其中，充电座具有两个或者更多个集电器支柱。在两个或更多个集电器支柱与车辆的两个或更多个接触板之间可建立电连接。车辆可以在一段时间中与充电站保持电连接，以达到期望的充电状态。
车辆可以按照基本笔直的方式或者呈角度地接近和/或离开充电站。
在结合以下描述和附图考虑本发明时，可以进一步领会和理解本发明的其他目的和优点。虽然以下描述可包含描述本发明特定实施方式的具体细节，但是这不应被解释为对本发明的范围的限制，而是应当解释为优选实施方式的示例。针对本发明的每个方面，如在此教导的本领域技术人员已知的多种变体是可能的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内做出多种改变和修改。援引并入
本说明书中提及的所有公开、专利和专利申请通过应用并入于此，其程度等同于每个个别的公开、专利或者专利申请被具体地和个别地指示为应通过引用而并入。
附图说明
在所附权利要求中具体地陈述了本发明的新颖特征。通过参考以下对其中利用到本发明原理的示意性实施方式的详细描述以及附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的充电站。
图2示出了充电站的另一种实施方式。
图3示出了充电站的另一实施方式。
图4示出了充电站的示例。
图5示出了充电站的充电连接的示例。
图6A示出了接触组装件的视图。
图6B示出了接触组装件的附加视图。
图6C示出了根据本发明的实施方式的压力组装件的特写图。
图7A示出了充电座上的接触组装件。
图7B示出了连接结构的柔性连接的示例。
图8示出了具有接触杆的车辆的示例。
图9示出了根据本发明的另一实施方式的充电站和车辆。
图10示出了根据本发明的另一实施方式的充电站与车辆之间的连接。
图11示出了根据本发明的另一实施方式的叶片支架。
图12提供了连接器头组装件的视图。
图13提供了集电器刷致动组装件的视图。
图14提供了集电器刷致动组装件的另一视图。
图15示出了直列叶片的另一种配置。
图16示出了连接器头组装件的另一种配置。
图17示出了在车辆后部的车辆互连结构的示例。
具体实施方式
本发明提供了用于为电动车辆充电的系统和方法。本发明的一个方面提供了充电站。充电站可以用于向电力供能的车辆输送电力。充电站可以用于向任何电动车辆、混合电动车辆或者任何其他包括诸如电池、超级电容器或任何其他储能系统等推进动力源的车辆输送电力。在一些实施方式中，电力供能车辆可以是重型车辆，诸如公交车或者卡车。
例如，由该系统供能的电动车辆可以包括运输公交车、校车、厢式送货车、班车、拖拉机挂车、5类卡车(重量16,001-19,500磅，双轴，六轮单一机组)、6类卡车(重量19,501-26,000磅，三轴单一机组)、7类卡车(重量26,001-33,000磅，四轴或更多轴单一机组)、8类卡车(重量33,000磅以上，四轴或者更少轴单个挂车)、具有14,000磅以上GVWR重量的车辆、具有15∶1或者更大的货物与载具质量比的车辆、具有六个或者更多个轮的车辆、具有三个或者更多个轴的车辆、或者任何其他类型的高载客量车辆或重型车辆。在一些实施方式中，充电站可以为包括客运车辆在内的任何其他电动车辆充电。在此对电动车辆或者电力供能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。
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，诸如充电底架或者悬架，用于建立充电站与电力供能车辆之间的电连接。充电连接可以包括定位设备，该定位设备用于控制充电连接的位置或者定向。
本发明的另一方面提供了电动车辆，该电动车辆包括用于建立与充电站电连接的接触板。接触板可以位于电动车辆的顶面，并且与车辆移动的方向相对平行。接触板可在电动车辆的顶面相互间隔开。
本发明的方法包括使用充电站向车辆输送电力。向车辆输送电力可以包括：将车辆置于充电站的充电座之下，并且接合充电连接，诸如受电弓、悬链臂、充电底架或框架或者充电悬架等，以建立充电站与车辆之间的电连接。
如图1所示，充电站可以包括具有充电座(24)的结构(6)。充电连接(18)可以从充电座悬吊下来。充电连接可以是与选自包括受电弓、悬链臂和悬臂在内的一组组件中的组件相类似的设备。充电连接可以具有可调节的形状或者尺寸，以使得位于充电连接上的导电表面(14，16)可以具有可调节的位置。在本发明的一些实施方式中，充电连接通过诸如定位设备(20，26)等耦接器而机械地附接至充电座。定位设备可以是固定的或者可调节的。
在本发明的一些实施方式中，充电连接可以包括两个导电表面(14，16)，诸如传导垫。两个导电表面可以彼此电绝缘。两个导电表面可以通过将导电表面电连接至电源(2)的电线而得到供电。电线可以容纳在充电连接(18)、定位设备(20，26)、充电座(24)和结构(6)之内。可以使用附加电线(4)来建立与电源(2)的电连接。电源可以包括在此描述的任何电源。
如图1所示，车辆(8)可以包括在车辆移动的方向(28)上延伸的两个接触板或者杆(10，12)。这两个杆可以是电连接至用于为车辆供能的储能设备的铜杆。
在图2中示出了充电站的另一个实施方式。导电表面(14，16)可以通过悬臂(30)连接至充电座。悬臂可以在垂直方向(22)上调节，以允许车辆(8)在传导表面下通过，并且继而建立传导表面与车辆上的接触板或者杆(10，12)之间的电连接。传导表面与电源(2)之间的电连接可以是如图1中所描述的那样。
图3示出了充电站(36)和车辆(38)的另一示例。车辆可以包括1个、2个、3个、4个或者更多个充电点，充电点可以是接触杆、板或者任何其他形状的接触器。在一些实施方式中，具有至少两个充电点可能是优选的。在其他实施方式中，可能期望大量的充电点来为多个电池充电(例如，可将两个充电点电连接至一个电池或电池组，并且可将另两个充电点电连接至另一电池或电池组)。可能期望并行地为多个电池组充电，以便加快充电时间并减少由于高电流输送而引起的系统发热。对充电点或者任何其他接触器的任何讨论可以涉及任何形状或样式的接触器。
充电点(40a，40b)可以与车辆移动的方向平行地延伸。在本发明的优选实施方式中，充电点可以安装在车辆的顶部上，诸如在车辆的顶盖上。在一些备选实施方式中，充电点可以安装在车辆的侧面上、道路上或者沿着车辆的表面的另一部分安装，或者是这些方式的组合。如先前所讨论，充电点可以由铜形成。在一些实施方式中，充电点可以由任何导电材料形成，包括但不限于铝、银、金或合金或者其组合；并且/或者可以镀或者覆以任何导电材料，包括但不限于铜、铝、银、金、合金或其组合或者任何其他导电材料。充电点可以彼此电绝缘。充电点可以在车辆的顶部上彼此间隔开。
充电站(36)可以包括任意数目的接触组装件(42a，42b)，诸如集电器支柱。接触组装件可以电连接至车辆的充电点，其可以充当电极。在某些情况下，接触组装件的数目可以与车辆上的充电点(40a，40b)的数目相匹配。例如，如果在车辆上提供两个充电点，则可以在充电站上提供两个接触组装件。如果在车辆上提供四个充电点，则可以在充电站上提供四个接触组装件。
在一些实施方式中，可以提供一对接触组装件，以接触连接至电池或者电池组的一对充电点。在某些情况下，可以提供更多的接触组装件(例如，两个接触组装件可以接触与电池或者电池组电连通的一对充电点，而两个其他接触组装件可以接触与另一电池或者电池组电接触的两个其他充电点)。可能期望同时为多个电池充电，以便加快充电时间和减少由于高电流输送而引起的系统发热。在某些情况下，可以在充电站的同一臂上提供多个接触组装件(例如，可以在同一悬架上提供4个接触组装件)，而在其他情况下，可以在充电站的多个臂上提供多个接触组装件(例如，可以在一个悬架上提供2个接触组装件，同时在第二悬架上提供2个接触组装件)。
接触组装件可以包括一个或多个引导特征(44a，44b，44c，44d)，所述引导特征可以帮助引导充电点与接触组装件的传导垫相接触。
充电站
充电站可以包括位于地面之上的充电座，以及从充电座悬吊下来的充电连接。充电连接可以直接附接至充电座，或者通过诸如定位设备等耦接器附接至充电座。充电连接可以与选自包括受电弓、悬链臂和悬臂在内的一组设备中的设备相类似。充电连接可以包括或者也可以被称为充电底架或框架、充电骨架或桁架，或者充电悬架。充电连接可以是用于为轻轨车或者电动公交车供能的设备的反转形式。在本发明的其他实施方式中，充电连接是从充电座悬吊下来的悬链臂。悬链臂可以由悬臂支撑。
在一些实施方式中，充电可以针对双线无轨电车，以使得该公交车可作为无轨电车来运行。例如，在一部分时间中，公交车可以通过连接至电网系统上的线缆而作为无轨电车运行。当公交车到达电网系统的末端时，可以降下集电杆，并且公交车可作为电池电动公交车而独立于电网运行。类似地，电池电动公交车可以独立于电网运行，并且继而与电网相遇。当公交车返回电网时，可以升高集电杆以与电网相接触，并且可以在公交车作为无轨电车运行的同时对公交车进行再充电。由此，根据本发明的实施方式，公交车可部分时间在电网上运行并且部分时间脱离电网运行。公交车可以可选地使用在网时间来为公交车上的电池充电，该电池可以在公交车离网时使用。
充电连接可以具有传感器或者机械或机电的高度调节系统，以允许将充电连接调节至允许车辆在充电连接下行驶所需要的高度。用于高度调节的系统可以包括充电连接和/或定位设备。可以将充电连接调节至建立电连接所需要的高度。
可以在足以为车辆部分地充电或者完全地充电的时间内建立电连接。充电连接可以按照这样的方式设计：仅当在车辆与充电站之间形成了电连接并且/或者从车辆接收到要激活充电的信号时，充电连接才获激活。充电站可以包括机械和/或电气保护设备，以便在非接触情况下隔离传导路径。此类设备可以配置成仅在接收电子消息(无线、接近开关接触和/或手动触发)之后，或者经由直接的机械激活，才允许能量流动。
在备选实施方式中，如果车辆部分时间在网作为无轨电车运行，则当车辆到达电网时可以自动地发生能量流动。在一些实施方式中，可以提供传感器，该传感器可以允许能量流动；而在其他实施方式中，可以提供这样的机构——其可以在车辆到达电网时支持能量流动。可以提供安全特征，该安全特征可以仅以期望的方式允许能量流动。
在另一实施方式中，车辆(例如，公交车)可以适应于现有轻轨系统，其中，车辆能够连接至单个架空线以及路轨中的接地耦接器。
可以使用本领域技术人员已知的任何方式为充电连接供电。在本发明的一些实施方式中，可以使用用于为诸如轻轨或者电动公交车之类的电动车辆供能的电源。电源可以是用于向架空线供电以便为电气列车或者公交车供能的电源。电源可以包括高压DC电源。电压可以在400与800伏DC之间，在450与750伏DC之间，或者大约为600伏。电源可以被接通，并继而向电压转换器输送，以便为车辆提供正确的电压和电流。电压转换器可以是DC-DC充电器。在本发明的其他实施方式中，可以使用快速充电器来向充电连接供电。快速充电器可由传统的电源或者替代的电源来供能。在本发明的一些实施方式中，快速充电器可以通过氢、传统的从电网获得的电或者任何其他类型的电源得到供能。快速充电器可以配置用于向车辆提供电压和电流。
电源供应器可以包括能量缓冲设备。能量缓冲器可以是电容器或者电池。电容器可以是大型超级电容器。电池可以包括电池组。使用此类系统可以允许以较低的能量成本对能量缓冲设备进行非高峰充电，继而供应充电站的一些或者全部的日间能量需求。该能量缓冲设备还可以允许使用较低功率的基础设施和/或充电电源。能量缓冲设备可以允许能量缓冲器长时地缓慢充电，继而允许通过充电连接的快速能量递送。
能量缓冲设备可以用于公用级应急电源或者公用电网上的负载均衡。因为可以将能量缓冲设备纳入大型建筑用于紧急电源，或者纳入公用电网用于负载均衡，所以系统可以具有跨功能性，并且可以是针对服务客户的联合项目。
充电站可以位于沿车辆路线的枢纽站或者任何位置。在本发明的其他实施方式中，充电站位于用以向轻轨车辆、火车或者电动公交车供能的架空线或电气铁道附近。
图4示出了根据本发明的实施方式的充电站的示例。充电站可以包括具有充电座(51)的结构(50)。充电座可以包括充电连接(52)。充电连接可以悬挂在充电座之下。充电连接可以从充电座向下延伸和/或远离充电座延伸。
在一些实施方式中，充电连接(52)可以经由耦接器(55)连接至充电座(51)。耦接器可以是固定的或者可调节的。例如，耦接器可以是可调节的，以使得充电连接可以相对于充电座垂直移动。例如，耦接器可以是具有柔性构件的立柱，所述柔性构件诸如为弹簧、弹性组件、气动设备、磁体、压重物或者齿轮。柔性构件可以使得充电连接能够具有默认高度，当向充电连接施加力时，该高度可以是可调节的。例如，如果车辆在充电连接之下通过并且遇到颠簸，则充电连接可以适应该颠簸，并且维持与车辆的电接触。类似地，当高度略微不同的车辆在充电连接之下通过时，它们可以被柔性耦接器所适应。这在车辆高度可能由于诸如胎压或者负重等因素而变化的情况下可能是有益的。
在一些备选实施方式中，耦接器可以允许对充电连接高度进行主动调节，使得充电站能够在宽的高度范围内适应多种车辆。例如，传感器可以与耦接器进行通信，以将到来车辆的高度通知耦接器。
充电连接可以包括一个或多个接触组装件(53a，53b)。在一些实施方式中，接触组装件可以包括一对导向条。接触组装件可以包括一个或多个导电表面，诸如传导垫，所述导电表面可以与充电点电接触。在一些实施方式中，接触组装件可以包括两个传导垫，所述传导垫可以与充电点电接触。充电结构和充电座可以具有可使接触组装件能够与车辆的充电点相接触的任何结构或形式。例如，充电座可以形成从充电结构延伸的水平柱或者悬臂。
在一些实施方式中，充电结构(50)可以包括立柱。或者，充电结构可以具有可将充电座和/或充电连接支撑于期望高度的任何其他形状或配置。充电结构甚至可以是墙壁或者是诸如公交车候车站等预先存在的结构的一部分。在一些实施方式中，充电结构的长度可以是可调节的，这可使得充电连接的位置可调节。充电结构可以是被动可调节的，比如，如果车辆在充电连接之下通过，并且导致充电结构适应车辆的高度。充电结构还可以是主动可调节的，比如，如果接近充电站的车辆发射指示车辆类型或者高度的信号，以使得充电站可以调节其高度以适应到来的车辆。
在某些情况下，充电座和结构可以将来自每一个接触组装件的电连接保持隔离。例如，可以在单个集成结构(例如，单个杆)内隔离来自两个接触组装件的电连接，或者该结构可以包括两个组件(例如，两个杆)，这两个组件可以容纳针对每个接触组装件的电连接。在一些实施中，充电座和结构可以将来自接触组装件内的每一个传导垫中的电连接保持隔离。
充电站还可以包括机架(56)。该机架可以为充电结构(诸如柱杆)和充电座/充电连接提供结构支撑。在一些实施方式中，该机架可以位于充电站的支撑结构的基部，或者形成充电站的支撑结构的基部。
充电站还可以包括电源(54)。如先前所讨论，充电站可由传统的电源或者替代的电源来供能。
图5示出了充电连接的视图。充电连接可以形成充电底架、充电框架或者充电悬架。充电连接可以包括接触组装件(60a，60b)。每个接触组装件可以包括一个或多个导向特征(61a，61b，61c，61d)，诸如导向条或者导向板条，其可以辅助形成车辆上的充电点与接触组装件之间的电接触。
接触组装件可以按照期望的距离间隔开。例如，两个或者更多个接触组装件可以按照任何期望的距离间隔开。例如，接触组装件可以间隔大约5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、60cm、70cm、80cm或者更大或更小的距离。优选地，接触组装件的间隔距离与正在驶来的车辆上的充电点之间的距离基本上相同或者非常近似。
充电连接还可包括可以保持接触组装件间隔开预定距离的结构或特征。例如，可以提供间隔杆(62)，其可以保持接触组装件(60a，60b)间隔开预定距离。预定距离可以与车辆顶盖上的充电点之间的距离相对应。预定距离可以是固定的，以使得接触组装件保持相同的间隔距离。或者，预定距离可以是灵活的。例如，可以在间隔杆(62)内提供弹簧或者弹性特征，以使得间隔杆在静止状态时隔开预定距离，但是当沿着间隔杆的长度施加力时，间隔杆的长度可轻微缩小或者扩大。此类特征可以使具有稍微不同间隔距离的充电点的车辆能够接近导向特征，并继而使间隔杆调节其长度以适应滑动通过接触组装件(60a，60b)的充电点。
在另一示例中，间隔杆可以包括可使间隔杆的长度能够按照期望得到调节的特征。例如，不同的车辆可以具有以不同的间隔距离的充电点。车辆可以向充电站提供关于充电点之间距离的信号，以使得充电站可以调节间隔杆的长度以适应充电点距离。可以对间隔杆使用传感器或者液压、机械或机电的长度调节系统。这样，不同品牌或型号的车辆可以电连接至不同间隔距离的充电点。在此对间隔杆的任何讨论也可以应用于可提供彼此之间具有固定或者可变/可控距离的接触组装件的任何其他结构或者组件。
充电连接还可以包括定位杆(64)。在一些实施方式中，定位杆可以是水平杆，其可以连接至耦接器(66)，该耦接器连接至充电座。或者，定位杆可以连接至充电座。在一些实施方式中，定位杆可以是充电连接的刚性构件。充电连接还可以包括从定位杆延伸的一个或多个臂(65a，65b)。所述臂可以连接至接触组装件和/或间隔杆。在某些情况下，臂可以从定位杆向下延伸和/或远离定位杆水平延伸。在某些情况下，臂可以既向下又远离定位杆延伸。优选地，臂可以是刚性构件。臂可以通过柔性连接或者刚性连接而连接至定位杆。类似地，臂可以通过刚性连接或者柔性连接而连接至接触组装件和/或间隔杆。定位杆、间隔杆以及一个或多个臂可以形成用于充电连接的底架或者框架。具有刚性构件以及一个或多个柔性连接的充电连接可以形成半刚性结构。半刚性充电连接可以有益地提供足够的结构和刚性，以将接触组装件定向为接纳来自车辆的充电点，同时提供足够的柔性来适应充电点放置位置的变化或者车辆驾驶方向的变化。
充电连接还可以包括线缆(63a，63b，63c，63d)或者传导垫提供的其他电连接。例如，可以将每一个接触组装件之间的电连接相隔离。在某些情况下，可以将每一个传导垫之间的电连接相隔离。
在本发明的优选实施方式中，接触组装件可以处于基本上相同的高度。这样可以适应车辆充电点处于基本相同高度的车辆。在一些备选实施方式中，可将接触组装件布置成使得它们处于不同的高度(例如，60a可以悬挂得低于60b)，其可以适应充电点处于不同高度(例如，一个接触板可以从车厢延伸得比另一接触板更高)的车辆。
图6A示出了集电器支柱的视图，其也可以称为接触组装件，反之亦然。集电器支柱可以包括导向特征，诸如导向条(70a，70b)。导向特征的形状使得其可以捕获充电点，并且将其导向至一个或多个接触垫(71a，71b)。一对导向特征可以形成“V”形以捕获充电点，或者可以具有任何其他形状，诸如“U”形，或者是具有较大开口的任何形状，其可将充电点以漏斗状形式汇集或导向至较小开口。导向特征可以在相隔一定距离处开始延伸，并且继而其可以在导向特征的导电表面处向彼此会聚。该漏斗状的形式可以使得导向特征能够在对来自车辆的充电点进行捕获时具有一定的容限。可以在漏斗的宽端捕获充电点，并将其引向导电表面，其彼此间隔可以更紧密。
导向特征可以包括导电表面，该导电表面在某些实施方式中可以是接触垫。接触垫(71a，71b)可以是金属或者非金属传导垫，并且可以是或者不是可替换的。优选的方法将具有可替换的垫，其可在传导部分被损坏或者被用旧时得到更换。在一个示例中，接触垫可以是传导碳垫。每当充电点在接触垫之间滑动时，就可能刮掉碳垫的一部分。在这种情况下，碳垫可以是可替换的。在其他实施方式中，可以使用任何其他传导材料(诸如金属或者金属合金)。优选地，接触垫可以由光滑的材料形成，光滑的材料可以使充电点能够容易地滑过。
在一些实施方式中，可以每个集电器支柱提供两个或者更多个接触垫。在其他实施方式中，可以每个集电器支柱仅提供一个接触垫。不同的集电器支柱可以具有或者可以不具有相同数目的接触垫。充电点可以在集电器支柱的导电表面之间滑动，以使得充电点被夹在诸如接触垫等导电表面之间。优选地，当充电点在导电表面之间时，充电点与两个接触垫都接触。
在一些实施方式中，接触垫可以提供导电表面区域。在一些实施方式中，导电表面区域可以是1cm2、2cm2、4cm2、6cm2、8cm2、10cm2、12cm2、15cm2、20cm2、25cm2、35cm2、50cm2或者更大。
接触垫可以具有任何形状，诸如矩形、方形、圆形、椭圆形、三角形、梯形、六角形等。接触垫还可以具有任何尺寸。例如，接触垫可以是0.5cm长、1cm长、2cm长、4cm长、6cm长、8cm长、10cm长、12cm长、15cm长、20cm长、25cm长、30cm长、35cm长、40cm长、50cm长或者更长。类似地，接触垫可以是0.5cm宽、1cm宽、2cm宽、4cm宽、6cm宽、8cm宽、10cm宽、12cm宽、15cm宽、20cm宽、25cm宽、30cm宽、35cm宽、40cm宽、50cm宽或者更宽。在一些实施方式中，接触垫的长度可以长于其宽度。
在一些实施方式中，接触垫可以具有足够的宽度以在车辆的接触点的高度中提供余地。例如，如果接触垫具有显著的宽度，则即使车辆比平均情况稍矮或者稍高，接触垫仍然可以接触车辆的充电点。充电点可以最终朝向接触垫的顶部或者朝向接触垫的底部而与接触垫相接触。由此，接触垫的表面区域大可以有益地适应不同的车辆高度或者不同地形特征(诸如，道路中的颠簸)导致的车辆高度不规则性。
在一些实施方式中，充电站可以包括水平滚轮，或者类似的特征，其可以与顶盖安装的充电点(例如，铜杆)初步接触，以便调节高度。可以使用水平滚轮或者任何其他导向机构来与车辆顶盖接触，并且提供参照或者引导从而使充电站的接触垫能够达到期望高度。例如，如果车辆安装的充电点大约在车辆顶盖之上几英寸，则可以在接触垫之下若干英寸提供诸如滚轮之类的高度导向器，当滚轮接触车辆的顶盖时，可以将接触垫的高度调节至期望的充电高度。水平滚轮可以接触车辆的顶盖，并且在车辆的顶盖上滚动，其可以使得车辆能够在下面通过而不对车辆造成任何损害。可以使用本领域已知的其他类似的机构，诸如可具有软滑表面的导向器，该软滑表面可以在车辆顶盖之上擦过。
在一些实施方式中，接触垫的整个导电表面区域可以接触充电点，诸如车辆上的接触板的一侧。在优选实施方式中，在充电站的集电器支柱与车辆充电点之间界面处的表面区域接触可以提供充电站与车辆之间增大的导电性和电流，这可以使得设备的电池能够快速充电。
根据本发明的实施方式，当车辆上的接触板与接触垫相接触，或者车辆上的接触板到达集电器支柱之内时，车辆可以接收信号。该信号可以控制公交车，并且使其停车。如果公交车在进行电接触时停车，则公交车上的接触板无需非常长。这可以有益地提供对电“热”区域的较少暴露。
由此，提供一对集电器支柱和一对充电点可以是有益的，以使得每个集电器支柱在充电点的两侧上都具有导电表面，从而使得充电点与集电器支柱之间的表面区域连接得到增加。
导向特征还可以包括导向垫(72a，72b，72c，72d)。导向垫可以由光滑的材料形成，其可以使得充电点能够滑过。在一些实施方式中，聚合物或者塑料可以用于导向垫。例如，导向垫可以由尼龙形成。在某些情况下，导向垫可以包括涂层或者覆以光滑材料。
在一些实施方式中，导向垫可以非常长，或者接触垫可以具有既向前也向后延伸的盖子。该盖子可以足够长，以确保在充电期间覆盖顶盖上的充电杆。这可以防止大鸟或者某些类似之物造成两个充电杆之间的接触。
接触垫(71a，71b)可以电连接至电源。在某些情况下，接触垫可以通过线缆(73a，73b)而电连接。
在一些实施方式中，充电站可以包括一对集电器支柱或更多集电器支柱。在某些情况下，当集电器支柱接触车辆的充电点时，至少一个集电器支柱可以用于提供与阳极的电连接，而至少一个其他集电器支柱可以用于提供与阴极的电连接。如果集电器支柱中存在不止一个接触垫，则接触垫可以接触相同类型电极。例如，可以提供两个集电器支柱，每个包含两个接触垫。一个接触组装件中的两个接触垫可以都接触阳极，而另一接触组装件中的两个接触垫可以都接触阴极。在一些实施中，相同接触组装件内的不同接触垫可以接触不同的电极。例如，可以提供一个集电器支柱，并且一个接触垫可以接触阴极，而另一个接触垫可以接触阳极。
集电器支柱还可以包括外壳(74)。在某些情况下，外壳可以向集电器支柱提供支撑或者结构。在一些实施方式中，可以提供压力组装件(75)，其可以在一个或多个导向特征(70a)上施加力。在某些情况下，压力组装件可以在一个导向特征上施加力，而其他导向特征可以是固定的。在另一情况下，可以提供两个压力组装件，从而每个压力组装件在导向特征上施加力。在导向特征上施加的力可以朝向另一导向特征。例如，如果提供一对紧挨彼此的导向特征，则导向特征中的一个(例如，70a)可以具有指向另一导向特征(例如，70b)的横向力，以使得导向特征将具有压紧力。通过这样做，当充电点通过时，每个导向特征的接触垫会压向充点电，这确保了产生电连接。另外，如先前所讨论，通过使用具有大面积区域的接触垫，可以在接触垫与充电点之间提供大表面区域电界面。通过在连接上施加足够的压力量，可以确保大表面区域接触，这可以确保跨接合处的低阻抗。
压力组装件可以包括本领域已知的任何如下机构：该机构可以在接触垫之间提供足够的横向力，以确保与充电点的连接(例如，可以将接触垫挤压在一起以接纳充电点)。在某些情况下，可以在压力组装件中使用诸如弹簧或者弹性物之类的特征。例如，如图6A所示，压力组装件可以利用多个弹簧，所述弹簧连接至连杆机构以及杆，使得接触垫(71a)在不直接接触另一接触垫(71b)的情况下保持与另一接触垫(71b)基本上平行。
图6B示出了接触组装件(80)的另一视图，其可以包括：导向特征(81a，81b)；接触垫(82a，82b)；导向垫(83a，83b，83c，83d)；压力组装件(84)，其可以在一个导向特征(81a)上施加灵活的压力；以及固定组装件(85)，其可以将另一导向特征(81b)固定在合适的位置。接触组装件(80)还可以连接至间隔杆(86)和/或可将接触组装件(80)与充电座(88)相连的诸如臂之类的任何其他结构(87)。
图6C示出了根据本发明的一个实施方式的压力组装件的特写图。压力组装件可以包括多个弹簧(90a，90b)，所述弹簧可以连接至与导向特征(92a)相连接的杆(91)。还可以提供连杆机构(93a，93b)，其可以连接至杆(91)和/或导向特征(92a)。压力组装件可以保持导向特征(92)与另一导向特征(92b)基本上平行。另外，压力组装件或者其他特征或组件可以防止传导垫彼此接触。
在充电器连接的一些实施方式中，可以存在清洁刷或者在车辆进入和/或离开充电臂组装件时对车辆顶部的杆进行清洁的机构。这可以有益地提供改善的电连接。
图7A示出了根据本发明的实施方式的充电底架的一部分。接触组装件(120)可以在诸如臂(121a)和横杆(121b)等连接结构之上，该连接结构将接触组装件连接至充电座(122)。接触组装件还可以连接至间隔杆(125)。接触组装件可以连接至间隔杆和/或臂。
接触组装件可以包括固定组装件(126)，该固定组装件(126)可以将导向特征(124b)保持在合适的位置。在一些实施方式中，接触组装件可以包括至少一个压力组装件(127)和至少一个固定组装件。或者，接触组装件可以包括多个压力组装件。在某些情况下，接触组装件可以包括多个固定组装件，但是优选地，接触组装件包括至少一个压力组装件。
充电底架可以包括柔性连接(123)。柔性连接可以在臂与横杆之间。柔性连接(123)可以向连接结构臂(121b)提供柔性，以使得臂(121b)上的接触组装件(120)可以相对于充电座(122)移动，以适应车辆上的一个或多个充电点的放置。例如，车辆可以驶向充电站，并且放置成使得一个或多个充电点稍微偏离一个或多个接触组装件。接触组装件的导向特征(124a，124b)可以捕获车辆的充电点，并且柔性连接(123)可以使得接触组装件能够移位以便跟随车辆的路径。柔性连接(123)可以允许接触组装件(120)相对于车辆行进的方向基本上垂直地移位。接触组装件可以横向地或者水平地移位。由此，如果车辆行驶在充电站之下，则柔性连接可以使连接结构具有柔性，而这可以使得一个或多个接触组装件能够相对于车辆进行侧向移动，以捕获和接触车辆的一个或多个充电点。
图7B示出了连接结构的柔性连接的示例。柔性连接可以具有可向连接结构提供柔性的任何设计，包括弹簧、弹性物、铰链、连杆机构、枢轴点、气动设备、压重物、齿轮、液压件或者用于柔性连接的任何其他结构。例如，可以提供弹簧(130a，130b)，其可以使得连接结构的一部分能够横向移动。连接结构的杆(131)可以相对于连接结构(132)的固定部分侧向滑动。连接结构的部分可以横向移动，其可以使得一个或多个接触组装件能够横向移动，以捕获车辆的充电点。柔性连接可以使得接触组装件能够返回至中心位置，并且可以利用弹簧、液压件或者重力而使连接组装件在使用之后回到中心位置。
在一些实施方式中，可以构建柔性连接以使得连接结构的杆可以前后摆动，其可以允许接触组装件前后摆动。例如，如果提供了枢轴点或者铰链，则杆可以前后摆动。可以使用诸如弹簧、弹性物、液压件或者重力等特征来使杆能够摆动回到其在静止时的原始位置。在其他实施方式中，可以提供可使杆(131)能够围绕连接结构(132)旋转摆动的柔性连接。例如，杆可以围绕连接结构稍微旋转，其可以使得杆末端处的接触组装件能够相对于连接结构垂直移动。在一些实施方式中，在杆与连接结构之间可以存在一定的弹性，其可以导致接触组装件的有限垂直移动。
图9示出了根据本发明的另一实施方式的充电站。可以提供充电站以使得当车辆由充电站充电时，充电站的一部分可以配置成悬挂在在车辆之上。充电站可以包括支撑连接器头组装件(201)的一些结构。在一些实施方式中，可以使用连接器头臂(208)来支撑连接器头组装件。
连接器头臂(208)可以是可将连接器头与外伸杆臂或者其他支撑结构相连接的臂。连接器头臂可以为3维空间中的运动提供主要的柔度。例如，连接器头臂可以允许连接器头组装件具有水平移动、垂直移动和/或前向或后向移动。连接器头臂还可以允许连接器头组装件围绕坐标空间内的中心点旋转。例如，连接器头组装件可以围绕垂直轴、前后水平轴和/或侧向水平轴旋转。这种灵活性可以允许车辆与充电站之间存在较宽的接近角和/或离去角。这样还可以适应各种车辆大小或设计。
连接器头组装件(201)可以是架空连接点，其可以包含集电器支柱、集电器刷，或者可提供与车辆电连接的任何刷或者支柱动作或者弹簧加载机构。这可以提供从充电站到车辆互连结构(202)的联接。
车辆互连结构(202)可以是车辆顶部上的连接组装件，其可以与连接器头组装件相配。这可以提供从连接器头组装件到车辆储能系统(例如，电池)的联接。在本发明的备选实施方式中，可以在车辆的侧面上提供或者在车辆的底部提供连接组装件。连接器头组装件可以位于车辆的侧面或者在车辆的下方，以便与连接组装件接合。另外，连接器头组装件可以侧向地或者上下颠倒地旋转，以便与连接组装件接合。此处对车辆顶部充电的任何描述可以应用于通过车辆的侧面或者底部充电。
图10提供了充电站与车辆之间的连接的特写图。充电站的连接器头组装件(201)可以由连接器头臂(208)来支撑。连接器头臂可以具有任何如下配置：该配置可使连接器头组装件的定位具有期望的灵活度。在一个示例中，连接器头臂可以具有顶部支架(208a)，该顶部支架(208a)可以连接至充电站的顶部杆/柱(208b)。在一些实施方式中，顶部支架可以允许连接器头臂的其余部分围绕顶部支架的垂直轴旋转。在一些实施方式中，顶部支架可以允许连接器头臂的其余部分围绕顶部支架与顶部杆/柱相连之处的垂直轴旋转。
连接器臂(208)还可以包括如下各种杆或者组件：它们可以彼此连接，从而使得它们可以相对于彼此移动。例如，可以由杆(例如，208c，208d，208e，208f)形成四边形。这些杆可以连接，从而使它们可以相对于彼此形成不同的角度(例如，208c和208d可以具有枢轴连接以使得其可以形成相对于彼此的不同角度，208c和208e可以具有枢轴连接以使得其可以形成相对于彼此的不同角度，208f和208d可以具有枢轴连接以使得其可以形成相对于彼此的不同角度，208f和208e可以具有枢轴连接以使得其可以形成相对于彼此的不同角度)。在一些实施方式中，所述杆中的一些可以在角度改变时保持彼此平行(例如，208c和208f可以保持彼此平行，208d和208e可以保持彼此平行)。这可以提供在连接器头组装件(201)的垂直放置和/或在连接器头组装件的前向和后向放置中的灵活性。虽然可示出4个杆，但是亦可使用任何数目(例如，1、2、3、4、5、6、7、8或者更多)的杆或者其他组件(例如，柔性构件、刚性构件、弹簧、弹性物)来形成连接器臂。在一些实施方式中，可能期望连接器臂包括刚性或者半刚性组件。例如，可能期望由具有柔性接头的刚性组件形成连接器臂。可以使用本领域已知的任何连接器来形成柔性接头，其可以包括铰链、球窝接头和套筒接头、弹性物或弹簧加载接头以及/或者活塞或可伸缩类型的元件。在一些实施方式中，可以使用气缸或者其他致动机构来缩短或者拉长连接器臂。可以将致动机构纳入到诸如杆之类的刚性组件中。在一些实施方式中，杆本身的长度可以改变。或者，杆可以保持不变的长度。
连接器臂(208)还可以包括底部枢轴点(208g)，以使得连接器头组装件(201)可以相对于底部杆(208f)旋转。在一些实施方式中，连接器头组装件围绕底部枢轴点处的垂直轴旋转。在一些实施方式中，连接器头组装件还可以围绕底部枢轴点处的侧向水平轴或者前后水平轴旋转。这可以允许连接器头组装件具有任何期望的定向。由此，可以提供连接头组装件的位置和定向的自由度。在一些实施方式中，可以在连接器臂中提供这样的机构：其可以将连接器头保持对齐——与车辆的行进方向平行或者基本上平行。这可在连接器头接近与之相配的叶片时为头提供有益的适当导向。连接器臂可以允许连接器头组装件向下并且远离充电座定位。
充电站的连接器头组装件(201)可以与车辆互连结构(202)相互作用。车辆互连结构可以安装在车辆上，并且可以是车辆顶部可与连接器头组装件相配的连接。车辆互连结构可以提供连接器头组装件与车辆储能系统之间的电联接。在一些实施方式中，连接器头组装件可以包括连接器头导向特征(218)。连接器头导向特征可以是入口以及将叶片支架(209)对准连接器头组装件的导向器。连接器头导向特征的形状可以使得叶片以漏斗状形式汇集或者被引向连接器头的集电器支柱和/或刷。可朝向连接器头导向特征的外部提供较大的空间，并且可朝向连接器头的内部提供较狭小的空间。
车辆互连结构(202)可以包括凹部(206)。该凹部可以是车辆顶部的导向特征，连接器头组装件可以落在其上并且对准叶片支架(209)。凹部可以在朝向车辆的前侧处较宽，在朝向车辆的后侧处较窄，以便协助将连接器头组装件以漏斗状形式汇集至叶片支架。或者，凹部可以具有可捕获连接器头组装件并将其导向叶片支架的任何其他形状。凹部可以从车辆的顶盖突出。该凹部可以是可从车辆的顶盖向上延伸的笔直的、弯曲的或者弯折的脊或者板条。车辆前侧的凹部的部分可以足够宽以针对较宽范围的车辆位置捕获连接器头组装件。在一些实施方式中，凹部可以采取大于、小于或者等于车辆宽度的大约100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％或者20％。凹部可以足够窄，以便将连接器头组装件带入期望的定向。期望的定向可以与车辆的行进方向平行。期望的定向可以与叶片支架的长度平行。在一些实施方式中，凹部的最窄部分可以与连接器头组装件的宽度一样，或者比其稍宽。
车辆互连结构(202)可以具有叶片支架(209)。叶片支架可以具有叶片支架导向器(217)。叶片支架导向器可以是可对连接器头进行导向和对准的特征。在一些实施方式中，可将叶片支架导向器的形状使得较靠近车辆前部的叶片支架导向器的部分可以比朝向车辆后部的叶片支架导向器的部分具有更小的横截面积。当车辆在充电站下方行驶时，叶片支架导向器可与连接器头导向特征(218)相遇。叶片支架导向器可由连接器头导向特征捕获，并且可以允许叶片支架电连接至连接器头组装件。
图11示出了叶片支架(209)的特写图。叶片支架可以包括两个端子(207)、引导信号接触板(210)、接地连接位置(216)、单个叶片支架导向器(217)和汇流条(buss bar)(213)。这可在下文中详细讨论。
图12示出了连接器头组装件(201)的特写图。连接器头组装件可以包括集电器刷致动组装件(203)、连接器头外壳(215)和连接器头导向特征(218)。
集电器刷致动组装件(203)可以包含用于集电器刷的弹簧加载和致动机构。当车辆与充电站电连接时，集电器刷可以与叶片的端子电接触。集电器刷致动组装件可以提供足够量的横向力，以确保集电器刷与叶片电接触。弹簧(或者其他致动机构)可以将集电器刷(或者任何其他类型的电接触机构)强压至位于连接器头组装件的两个半部之间的叶片。在连接器头组装件的两个部分之间，可将集电器刷压向彼此，但是又使得它们不彼此接触。在一些实施方式中，可以在连接器头组装件的两个半部上都提供集电器刷致动组装件。或者，其可以仅在连接器头组装件的一个半部上提供集电器刷致动组装件。
可以在连接器头组装件中提供任意数目的集电器刷。例如，可以提供1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、10个、12个、16个、20个或者更多个集电器刷。
可以将集电器刷致动组装件(203)包含在连接器头外壳(215)内。连接器头外壳可以容纳连接器头组装件。可以提供连接器头导向特征(218)，其可以充当用于将叶片支架对准到连接器头组装件中的入口和导向器。连接器头导向特征可在远离集电器刷的一端具有较大的宽度，并且在朝向集电器刷处具有较小的宽度。连接器头导向特征可以接纳叶片支架并且以漏斗状形式将其汇集至期望的位置。
在一些实施方式中，可以使用如图12所示的连接器头组装件的配置来接纳单个叶片。或者，其可以用于接纳可适合于连接器头组装件的两个半部之间的两个平行叶片。在一些实施方式中，可以在车辆上提供附加的叶片。在这种情况下，可以从充电座提供附加的连接器头组装件。在某些情况下，连接器头组装件中的每一个可以连接至充电座，以使得它们可以得到适当定位或者定向，从而接纳指定的一个或多个叶片。或者，连接器头组装件的配置可以适应多个叶片。例如，可以提供连接器头组装件的多个部分，而不是两个半部。在某些情况下，这些部分中的每一个可以包含集电器刷和/或致动机构。例如，如果提供了两个单独的叶片，则连接器头组装件可以具有三个部分，其可以包括两个连接器头导向特征。由此，连接器头组装件可以配置用于接纳任意数目的叶片。
图13提供了集电器刷致动组装件(203)的视图。如先前所述，这可以包括用于集电器刷(205)的弹簧加载和致动机构。可以使用的致动机构的一个示例是气缸(214)。该气缸可以使得集电器刷拉长。可以使用任何其他致动机构，其可以包括但不限于其他气动机构、液压机构、弹簧、弹性物、磁体、柔性构件或者任何移动机械组件。在一些实施方式中，集电器刷的默认位置可以是伸长的，并且当叶片滑过时，其可以推挤集电器刷，从而致使它们收缩。或者，集电器刷的默认位置可以是收缩的，并且当叶片在合适位置时，可以使用致动机构来将集电器刷伸长。在一些实施方式中，可以手动将集电器刷收缩，或者通过叶片的经过而使其伸长。在其他实施方式中，刷可以响应于来自控制器的信号而收缩或者伸长。
可以在连接器头组装件的多个部分之间提供端子(207)。这些可以是电气端子，可以称为集电器板。在一些实施方式中，所述端子可以提供在叶片上，该叶片可在车辆由充电站进行充电时定位在集电器刷之间。在某些情况下，可以提供正极端子和负极端子。或者，可以提供多个正极端子或者多个负极端子或者其任意组合。
集电器刷组装件还可以包括一个或多个汇流条(213)。汇流条可以由传导材料形成。在某些情况下，可以提供两个汇流条，每一个汇流条用于连接器头组装件的一个半部。或者，可以提供任意其他数目的汇流条。在某些情况下，一些汇流条可以彼此电隔离或者绝缘。这在第一汇流条与正极端子电连通并且第二汇流条与负极端子电连通时可能是期望的。在某些情况下，可以在第一汇流条与第二汇流条之间提供间隙。
在一些实施方式中，可在连接器头的每个部分中提供1个、2个、3个、4个、5个或者更多个集电器刷。集电器刷可以在物理上彼此隔离。在某些情况下，它们可以被单独地致动。集电器刷还可以彼此电隔离或者绝缘。或者，它们可以彼此电连通。它们可以经由汇流条而电连接。
图13示出了具有伸长的集电器刷(205)的集电器刷组装件(203)。图14示出了具有收缩的集电器刷(204)的集电器刷组装件。对集电器刷的描述可以应用于与叶片相接触的任何种类的导电材料。集电器刷可以具有任何配置。例如，其可以具有利用纤维或线缆的刷状配置。在另一示例中，其可以具有条状的形状，无论是矩形棱柱、三角棱柱、圆柱或者任何其他形状均可。在某些情况下，集电器刷可以包括圆锥形或者圆形的头端。在其他实施方式中，集电器刷可以具有平坦的头端或者倾斜的头端。集电器刷的表面可以是光滑的或者粗糙的。如先前所讨论，集电器刷的默认位置可以是收缩或者伸长的。在一些实施方式中，刷可以是铜石墨刷。
图15示出了直列叶片(211)的备选配置的示例。该叶片可以包括端子(207)、叶片支架(209)和引导信号连接板(210)。该叶片配置将在下文中详细讨论。在一些实施方式中，连接器头和/或叶片支架可由聚甲醛(POM)迭尔林材料形成。在其他实施方式中，可以包含或者采用其他材料，包括各种金属或金属合金或者塑料。
图16示出了连接器头组装件(212)的备选配置的示例。备选连接器头组装件可以包括一个或多个集电器支柱(219)。集电器支柱可以是连接器头内弹簧加载(或者使用任何其他致动机构)的接触板。连接器头组装件还可以具有引导信号接触板(210)，其可以建立引导信号，该引导信号示出连接器头和叶片支架可彼此接触并且正确对准。引导信号可以用于感测连接器头处于使充电循环开始的合适位置上。引导信号可以包括单个信号或者多个信号，并且可以同时或者顺序地接合。该信号可以包括在接触式设备或者非接触式设备中，诸如霍尔效应传感器。
在一个示例中，当在连接头(212)内提供此类配置的叶片(211)时，图16的引导信号接触板(210)可以接触图15的引导信号接触板(210)。当叶片和连接器头的引导信号接触板对准时，叶片的端子(207)可以电连接至集电器支柱(219)。
架空充电连接器头组装件和车辆互连结构(例如，图9-图16中所提供)的附加实施方式可以向电动车辆充电站的架空充电装置(例如，图1-图8中所提供)提供附加和增强的特征。可以组合或者单独使用车辆和/或充电站的任何组件或者特征。附加设计可以减少接触板和集电器支柱中的尺寸容差累积，以允许在所有坐标方向上较宽的车辆接近路径和离去路径。这可以提供车辆行进路径的灵活性，并且可以减少对充电站提供的空间约束。
在一些实施方式中，可以用单叶片和直列集电器支柱配置来代替双接触板和集电器支柱配置。单叶片配置可以在相对侧或者沿着单个充电支架直列地配备正极端子和负极端子。双集电器支柱或集电器刷可以与单个叶片直列地联结或者联结在其相对侧上。或者，其可以仍然使用双叶片和集电器支柱配置，或者任意数目的叶片和集电器支柱。另外，作为备选配置，可以用弹簧加载的集电器刷来替代集电器支柱，该弹簧加载的集电器刷可以经由致动或者滑动接触来接合接触板。
连接器头组装件的运动及柔度范围可以延伸，以包括整个坐标运动范围和增加给定方向上可允许移动的程度。除了允许水平移动和垂直移动之外，修改的设计可以围绕坐标空间内的中心点旋转。系统柔度的程度以及集电器组装件中收缩正极端子和负极端子的能力可以允许较宽的接近路径和离去路径，包括以急左或急右离去角离开充电站的能力。类似地，车辆互连结构的凹部可以适应连接器头的运动范围，并且为连接器头组装件提供适当的降落垫和导向器。对于需要呈角度离开车站的车辆，车辆互连结构组装件的最优位置可以朝向后部。这在转运中心内可能是重要的，其中，车辆可以以笔直的方式接近具有充电站的车站，但是可能需要以锐角离开的能力。
车辆
车辆可以包括定位在车辆的顶面上的两个接触板。车辆可以包括附接至车辆顶盖上的两个杆。在本发明的一些实施方式中，这两个杆是传导性的，并且充当车辆与充电站之间建立连接的接触板。两个杆可以是铜杆或者任何其他类型的传导材料。其他类型的传导材料可以包括但不限于铜、铝、银、金或者合金或者其组合，或者可以镀/覆以传导材料。在某些情况下，杆可以由相同材料制成，而在其他情况下，针对不同的杆可以采用不同的材料。杆可以由可抗腐蚀的材料形成。另外，杆可以由光滑的或者高润滑性的材料形成。在本发明的一些实施方式中，杆的形式类似于SUV上的行李架。两个杆或者接触板可以在与车辆移动方向平行的方向上延伸。如图1、图2和图3所示，两个杆(10，12)可以在沿着杆的长度的任何地方建立与充电连接的接触。杆的定向可以减少在为车辆充电之前在向前的方向或者向后的方向上对准车辆的需要。
在车辆上可以存在机械和/或电气保护设备，以便在非接触情形中隔离传导路径。此类设备可以配置用于仅在接收电子消息(无线、接近开关接触和/或手动触发)之后，或者经由直接机械致动，才允许能量流动。
杆还可以安装在车顶弧线之上的规定间隙高度处，以确保将任何积水和/或其他暂时性或者永久性的传导物质保持在相对于电压差的适当介电间隙高度处。
车辆可以在仪表台上具有计量器或者屏幕，用以将车辆的充电状态通知车辆的驾驶员。车辆可以包括用于指示充电正在进行的显示器。
车辆可以包括充电监控设备，其可以出于对能量可用性的特性描述而向其他区域性的充电站通知充电状态和车辆快速充电能力。该监控系统可以用于预测建模，以估计在路线上的一个或多个充电站处可用的能量。路线可以是固定的，使用GPS导航来控制，或者是自发的。监控系统可以用于确定在充电站可用的时间中车辆可以收集多少能量。车辆可以包括预测航程的系统，该系统是基于充电状态、能量可用性和来自前方充电站电荷传输的预测的能量可用性。在本发明的一些实施方式中，落后于调度表运行的车辆可以基于对到达下一能量站所需的能量和/或在下一能量站可用的能量的预测而跳过充电站或者限制在充电站花费的时间。在本发明的其他实施方式中，可以基于一个或多个充电站处可用的能量来修改路线。
在本发明的一些实施方式中，车辆包含快速充电储能设备。快速充电储能设备可以是钛酸锂电池或者本领域技术人员已知的任何其他类型的电池。车辆可以是包含快速充电储能设备的电动公交车或者电动混合动力公交车。
图8示出了具有至少一个接触杆(141)的车辆(140)的示例。车辆可以在充电站之下通过，充电站可以包括充电座(142)。接触杆可以经过接触组装件(143)。接触组装件可以包括导向特征(144)，该导向特征可以引导接触组装件以接纳接触杆。充电站还可以包括连接结构(145)，该连接结构可以是柔性的，以便支持接触组装件的横向移动，从而允许接触组装件接纳接触杆(141)。
在一些实施方式中，车辆的一个或多个接触杆可以是具有圆顶的垂直板。在一些实施方式中，这可以有益地允许在结冰条件下进行充电。在一些实施方式中，接触杆的形状使得其具有与车辆的两个或更多个接触点。例如，如图8所示，接触杆(141)可以具有朝向接触杆的前端和尾端的与车辆顶盖的接触点。在其他实施方式中，接触杆可以具有与车辆顶盖的一个接触。例如，接触杆的整个长度可以接触车辆顶盖。可以在接触杆与车辆之间提供任意数目的接触点。
图10示出了可以安装在车辆上的车辆互连结构(202)。车辆互连结构(202)可以包括凹部(206)，该凹部可以是顶部导向特征，来自充电站的连接器头组装件可以落于其上并且与叶片支架(209)对准。叶片支架可以提供在车辆互连结构上，并且可以包括单个叶片支架导向器(217)。
在一些实施方式中，车辆互连结构可以安装在车辆的后部。图17示出了安装在公交车后部的互连结构(300)的示例。凹部部分(301)可以是车辆顶盖的凹陷，或者可以是构建在顶盖中的特征。叶片支架(302)可以朝向车辆互连结构的后部。在备选实施方式中，车辆互连结构可以朝向车辆的前部或中部安装。
在一些实施方式中，可以使用电阻加热或者使用车辆冷却回路的废热来加热车辆互连结构部分。加热可以应用于整个车辆互连结构或者其一部分，诸如叶片支架或者端子。这样可以处理积雪或积冰。
图11示出了可以安装在车辆上的叶片支架(209)的示例。叶片支架可以是车辆互连结构的子组装件，其可以容纳和支撑端子(207)、引导信号接触板(210)和接地(216)。
叶片支架(209)可以安装在一个或多个汇流条(213)上。汇流条可以由传导材料(诸如金属，其可以包括在本文其他各处所讨论的任何传导材料)形成，并且可以在叶片与车辆的期望组件之间建立电连接。汇流条可以按照如图所示的方式间隔开布置。或者，汇流条可以彼此相邻，或者以任何其他方式分布。汇流条可以具有可允许期望的传导的任何形状。在某些情况下，一些汇流条可以彼此电隔离和/或绝缘。如果第一组汇流条电连接至正极端子，并且第二组汇流条电连接至负极端子，则这样可能是期望的。在一些实施方式中，支撑叶片的、汇流条之上的车辆互连结构的板或者基部可以由非导电材料形成。在其他实施方式中，可以在汇流条的组之间提供间隙。
板或者基部可以支撑单个直列叶片。或者，其可以支撑多个叶片。在一些实施方式中，针对车辆可以仅提供车辆互连结构的一个板或者基部。在其他实施方式中，可以在车辆上提供多个叶片支架。优选地，车辆互连结构可以安装在车辆的顶盖上，而备选配置可以允许将车辆互连结构提供在车辆的任何其他位置上。
叶片支架(209)可以包括一个或多个端子(207)。在一些实施方式中，可以提供正极端子和负极端子。这些电气端子有时还可以称为集电器板。在某些情况下，正极端子和负极端子可以彼此电隔离和/或绝缘。在一个示例中，可以在叶片的一侧上提供正极端子，而在叶片的另一侧上提供负极端子。或者，叶片可以具有两个或更多个正极端子，或者两个或更多个负极端子。为叶片提供的端子可取决于为车辆提供的叶片的数目。
叶片还可以包括接地连接位置(216)。接地连接位置可以为接地连接提供位置，其可以充当可能出现的任何杂散电荷的吸收点，以及充当安全特征。叶片还可以包括引导信号接触板(210)。该接触板可以建立引导信号，该引导信号可以指示连接器头和叶片支架相接触并且已适当地对准。另外，叶片可以包括叶片支架导向器(217)，其是可以引导和对准连接器头的特征。这些特征可以辅助叶片与充电站的适当部件的对准，并且可以确定实现期望的充电连接。
叶片支架可以将连接器头导向到与端子的适当定向。如图9所示，可以在凹部(206)的部分之间提供叶片支架(209)，这些部分可以形成车辆互连结构(202)的导向部分。在一些实施方式中，叶片支架可以位于朝向车辆后部的凹部内。叶片可以位于凹部的窄部分之间。
图15示出了直列叶片(211)的备选配置。叶片可以具有叶片支架(209)。叶片可以包括1个、2个或者更多个端子(207)。如先前所讨论，端子可以是正极端子和/或负极端子的任何组合。叶片还可以包括引导信号接触板(210)，该引导信号接触板可以帮助建立引导信号，该引导信号指示连接器头和叶片支架相接触并且已适当地对准。接触板可以位于沿着叶片的任何位置。在一些实施方式中，接触板可以从叶片突出。
在一些备选实施方式中，连接器头组装件和叶片位置可以颠倒，其中将叶片附接至连接器臂并在车辆互连结构上使用连接器头组装件。包括在此所讨论的这些特征或特性在内的各种特征或特性可以应用于具有颠倒配置的任何实施方式。
接触杆或者叶片可以具有可使其能够附接至车辆上的任何尺寸。例如，在一些实施方式中，接触杆可以是大约1cm、5cm、10cm、20cm、30cm、50cm、80cm、100cm、120cm或者140cm长或者更长。接触杆可以是大约0.5cm高、1cm高、2cm高、3cm高、4cm高、5cm高、7cm高、10cm高或者15cm高或者更高。在一些实施方式中，接触杆可以足够高，以使得可以存在允许接触杆与充电站的接触组装件之间接触的一定的灵活性。例如，接触杆可以足够高，以使得即使高度存在一些变化(诸如由于道路上的颠簸或者车辆高度的不同)，接触组装件的导电表面仍然可以接触到接触杆。
接触杆还可以具有任何厚度。例如，接触杆可以是大约0.2cm厚、0.5cm厚、0.7cm厚、1cm厚、1.5cm厚、2cm厚、3cm厚、4cm厚、6cm厚或者更厚。接触杆可以足够厚，以使得当其在接触组装件之间通过时，接触杆的两侧都可以优选地沿着接触组装件的导向条的导电表面而接触到该导向条。接触杆还可以足够厚，以使得当接触杆在导向条之间通过时，在接触杆上施加有足够量的压力，以确保较强的电连接以及降低的阻抗。压力的量还可以足以确保整个导电表面接触到接触杆而不只是一部分表面接触到接触杆。优选地，在静止时，接触杆的厚度稍微大于接触组装件的导电表面之间的空间。这可以确保接触组装件的导向条可以足以紧握、按压、挤压、夹持或者把持接触杆，以提供牢固的电接触，而仍然允许接触杆在导向条之间滑动。
两个或者更多个接触杆或叶片还可以在车辆的顶盖上间隔开。接触杆可以按照任何期望的距离间隔开。例如，接触杆可以间隔开大约5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、60cm、70cm、80cm或者更大或更小的距离。优选地，接触杆基本上彼此平行。
或者，在一些实施方式中，可以在车辆上提供单个接触杆或者叶片。可以提供任意其他数目的杆或者叶片，无论是1、2、3、4、5、6个或者更多个叶片均可。
方法
运输公交车可以在重复的路线系统上运行，从而公交车至少每个小时都重复其路线。这样，运输公交车可以每个小时都通过公共点，并且在该点等待重复路线的提示。在很多情况下，这可能涉及10到20分钟的等待。本发明的方法提供了可以利用等待时间来为运输公交车充电的运输公交车。运输公交车可以包含快速充电储能设备，其可以在10分钟内完成再充电。在某些情况下，运输公交车可以在5分钟、3分钟、2分钟或者1分钟内完全得到充电或者基本上(例如，75％以上)得到充电。快速充电储能设备可以是钛酸锂电池或者若干其他电池化学成分中之一。
在本发明的一些实施方式中，储能设备仅部分地充电。对储能设备进行部分充电可以通过减少在单次充电程序中向储能设备输送的充电量而增加储能设备的寿命。例如，根据在此描述的本发明而设计的电动运输公交车可以平均每小时11至13英里并且消耗大约1.5至3.0kWh/英里。如果电动运输公交车包含具有大约56kWh容量的储能设备，则根据驾驶应用，电动运输公交车可以包含足够的能量使电动运输公交车行驶大约2至4个小时而无需充电。这可以允许电动运输公交车利用每小时对储能设备的容量的大约25％的充电而无限地运行。该充电程序与从完全耗尽状态起对储能设备进行充电的充电程序相比，可以增加储能设备的寿命。
在本发明的一些实施方式中，通过将车辆置于充电站之下来为车辆充电。充电站可以包括充电连接，该充电连接通过调节充电连接的位置而接合。可以使用车辆中的控制设备来向充电站和/或充电连接传输指令，以建立充电连接与车辆之间的电连接。
在本发明的一些实施方式中，充电连接可以包括一对接触组装件，该对接触组装件之间的距离与车辆顶盖上的充电点之间的距离相对应。这些充电接触可以使用如下系统来将其返回至中心位置，该系统可以利用弹簧、液压件或者重力使连接组装件在使用之后回到中心位置。
在一个示例中，接触组装件可以包括具有导向器的传导垫，以确保组装件相对于车辆行进方向横向地或者垂直地移动。为了降低复杂度，如果用于组装件的支撑结构可以隔绝比传输电压更大的电压，则可以为整个组装件供给能量。接触垫可以是金属的或者非金属的传导垫，并且可以是或者可以不是可更换的。优选的方法将具有可更换的垫，该垫可以在传导部分受损或者被用旧时更换。通过使用弹簧接触和相对于所传输电流量的大表面区域，组装件可以确保跨接合处的低阻抗。在一些实施方式中，电子导向设备可以适应向充电握持设备的导向，该电子导向设备通过激光器或者类似的检测设备来对准。
在其他实施方式中，充电连接可以通过连接器头组装件来提供，该连接器头组装件可以配置用于接纳来自车辆的单个叶片。连接器头可以经由连接器臂而连接至充电座。连接器臂可具有与充电座和/或连接器头组装件的枢轴连接。连接器臂可以由具有柔性连接的刚性组件形成。连接器臂可以导致连接器头组装件向下并且远离充电座定位。在某些情况下，可以在连接器臂与连接器头组装件之间提供第二枢轴连接。充电连接可以具有1个、2个、3个、4个或者更多个枢轴连接。在一些实施方式中，1个、2个、3个、4个或者更多个枢轴连接可以围绕垂直轴旋转。或者，枢轴连接中的一个或多个枢轴连接可以围绕侧向或前后水平轴旋转。在一些实施方式中，连接器臂可以具有收缩状态下的默认位置，除非其被致动到较低位置。连接器臂可以是弹簧加载的。在一些实施方式中，如果连接器臂的默认位置是收缩状态，则如果致动机构存在问题，其就可能在收缩位置上发生故障。或者，连接器臂的默认位置可以是悬挂的非收缩状态。连接器头可以包括集电器刷，该集电器刷可以是弹簧加载的，或者包括致动机构，该致动机构可以导致集电器刷在车辆充电期间接触安装在车辆上的叶片。
在一个实施方式中，车辆可以接近充电站。在一些实施方式中，车辆可以以基本上笔直的方式接近充电站。或者，车辆可以从某一接近角接近充电站。来自充电站的连接器头可以被车辆顶盖上的凹部的较宽部分所捕获。该凹部可以将连接器头导向至凹部的较窄部分，在该部分内可提供叶片。叶片可以包括叶片支架导向器，该叶片支架导向器可以被连接器头组装件上的连接器头导向特征所捕获。叶片可以在连接器头组装件的各部分之间得到引导。可以在充电站与车辆之间建立电连接。在一些实施方式中，连接器头组装件的集电器刷可以默认处于收缩状态。当发生充电时，可使致动机构执行起到作用。车辆可以在在充电站停留一段时间，以便达到车辆的储能系统内的期望充电状态。在一些实施方式中，当充电完成时，集电器刷可以脱离，并且连接器头可以垂直提升至收缩状态。或者，集电器刷不需要脱离并且/或者连接器头不需要提升。车辆继而可以继续向前行驶并离开充电站。在一些实施方式中，车辆可以以相对笔直的方式离开充电站。或者，车辆可以以某一离去角离开充电站。在某些情况下，离去角可以较大。
车辆和/或储能控制系统可以监控车辆路线时间表。如果有额外的时间可用于再充电，则控制系统可以选择减小充电器功率和/或电流，以便与路线中的可用休息时间相匹配。这样，经调整的充电性能而可以增加效率和系统寿命。
在一些备选实施方式中，充电站还可以充当放电器。例如，如果车辆具有大量的存储能量(例如，在车载电池或者储能单元中)，则可能期望在某种程度上为车辆放电，并且将该能量输送至充电站的储能单元，或者将其提供给公共设施。充电站可以能够操作用于为车辆充电和放电。
系统和方法可以采用或者纳入本领域中已知或者先前采用的任何方法、技术、特征或者组件。例如，参见美国专利号Re 29,994；美国专利号3,955,657；欧洲专利申请号EP 2014505A1；欧洲专利申请号EP 1997668A1；PCT公开号WO 2008/107767A2；美国专利公开号2008/0277173；PCT公开号WO 2009/014543，以上文献特此通过引用而全文并入。
根据上文应当理解，虽然已经示出和描述了特定实现，但是在此可以预期和进行对其的各种修改。并且，本发明并非旨在由说明书内提供的具体示例所限制。虽然已参考上述说明书而对本发明做出了描述，但是在此的优选实施方式的描述和示出并不意味着应以限制性的意义加以解释。另外，应当理解，本发明的所有方面不限于在此陈述的取决于多种条件和变量的具体图示、配置或者相对比例。本发明的实施方式在形式和细节上的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，预期本发明还应当覆盖任何此类修改、变型和等同物。

Claims (20)

1.一种车辆，包括：
所述车辆的顶面上的凹部，其中，所述凹部朝向所述车辆的前部的宽度大于所述凹部朝向所述车辆的后部的宽度；
电池；以及
至少两个端子，其具有用于电接触的表面区域并且位于所述凹部的宽度内，
其中，所述至少两个端子电连接至所述电池，并且
其中，至少一个端子是正电极，并且至少一个端子是负电极，以用于电连接至电源以便为所述电池充电。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少两个端子与所述车辆的移动方向相对平行。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少两个端子彼此电隔离。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少两个端子位于在所述凹部的宽度的狭窄部分内。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少两个端子由叶片支架来支撑，所述叶片支架安装在彼此电隔离的一个或多个汇流条上。
6.根据权利要求1所述的车辆，其还包括叶片，所述叶片包括所述至少两个端子和接地连接。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述叶片还包括叶片支架导向器。
8.一种充电站，包括：
连接器臂，其具有刚性结构组件，所述刚性结构组件具有柔性连接，所述连接器臂安装在充电座上，并且从所述充电座向下并且远离所述充电座延伸，其中，所述连接器臂利用枢轴连接而安装在所述充电座上，
其中，所述连接器臂连接至连接器头组装件；以及
垂直支撑结构，其机械地连接至所述充电座，并且支撑所述充电座和充电悬架。
9.根据权利要求8所述的充电站，其中，所述连接器臂利用枢轴连接而连接至连接器头组装件。
10.根据权利要求9所述的充电站，其中，所述连接器臂围绕相对于所述充电座的垂直轴旋转，并且其中，所述连接器头组装件围绕相对于所述连接器臂的垂直轴旋转。
11.根据权利要求8所述的充电站，其中，所述连接器头组装件包括多个集电器刷和集电器刷致动组装件，所述集电器刷致动组装件向所述多个集电器刷提供力。
12.根据权利要求11所述的充电站，其中，所述集电器刷致动组装件在至少一个集电器刷上提供朝向至少一个其他集电器刷的力。
13.根据权利要求11所述的充电站，其中，所述连接器头组装件还包括连接器头导向特征，该连接器头导向特征远离所述集电器刷具有较大的宽度，而朝向所述集电器刷具有较小的宽度。
14.一种用于为车辆充电的方法，包括：
将所述车辆移动至充电座下方的位置，
其中，所述车辆包括所述车辆表面上的凹部以及至少两个端子，其中，所述凹部朝向所述车辆的前部的宽度大于所述凹部朝向所述车辆的后部的宽度，所述至少两个端子具有用于电接触的表面区域并且位于所述凹部的宽度内，并且
其中，所述充电座经由具有至少两个枢轴连接的连接器臂而连接到连接器头组装件；以及
在所述至少两个端子与所述连接器头组装件之间建立电连接。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述连接器头组装件还包括多个集电器刷。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，建立所述电连接包括：使所述集电器刷的导电表面区域接触安装在所述车辆上的所述至少两个端子的导电表面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述至少两个端子挤压在所述多个集电器刷之间，以使得第一集电器刷的导电表面区域接触所述至少两个端子中的第一端子，并且第二集电器刷的导电表面区域接触所述至少两个端子中的第二端子。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：监控所述车辆的充电状态。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：将所述车辆的所述充电状态传送至中心站、充电站或者另一车辆。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述连接器头组装件由所述凹部捕获和导向，以使得所述集电器刷与所述至少两个端子相接触。
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