CN104734279B - 电动车辆充电系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种车辆电池充电系统。所述车辆充电系统包括具有太阳能收集器的停车场结构。所述太阳能收集器被配置为收集并集中太阳能。然后，集中的太阳能被传送至位于车辆上的太阳能面板，以对车辆的电池充电。

Description

电动车辆充电系统

技术领域

本公开涉及对电动车辆电池和混合动力车辆电池充电。

背景技术

通常，电动车辆不同于传统的机动车辆，这是因为电动车辆是利用一个或更多个由电池提供动力的电机选择性地进行驱动。相比之下，传统的机动车辆仅依靠内燃发动机来驱动车辆。电动车辆可使用电机来代替内燃发动机或者除了内燃发动机之外还使用电机。

示例电动车辆包括混合动力电动车辆(HEV)，插电式混合动力电动车辆(PHEV)，燃料电池车辆以及电池电动车辆(BEV)。电动车辆的动力传动系通常配备有储存电力以向电机提供动力的电池。电池可通过再生制动、内燃发动机、电网(“插电式”)或产生能量的其他装置(诸如，光伏)进行再充电。

充电站通常连接到电网基础设施，以在使用之前对电动车辆的电池充电。采用电动车辆的障碍在于缺乏进行充电和再加燃料的配套基础设置。建立新的充电站非常昂贵且难以实现。

发明内容

根据本公开的一方面，公开了一种车辆电池充电系统。所述车辆充电系统包括具有太阳能收集器的停车场结构。所述太阳能收集器被配置为收集并集中太阳能。然后，集中的太阳能被导向位于停在停车场结构内的车辆上的太阳能面板，以对车辆的电池充电。所述太阳能收集器可包括用于收集并集中太阳能的透镜或透镜的阵列，例如，菲涅尔透镜。光纤电缆也可用于将集中的太阳能从太阳能收集器传送至太阳能面板。可响应于太阳在空中的移动以及由此引起的集中的太阳能的聚焦区域的移动，来调整太阳能收集器或车辆的位置中的任一个调整。

根据本公开的另一方面，公开了一种对车辆电池充电的方法。所述方法包括利用位于停车场结构上的太阳能收集器收集和集中太阳能，然后将集中的太阳能导向位于停在停车场结构内的车辆上的太阳能面板，以对车辆电池充电。所述太阳能收集器可包括用于收集并集中太阳能的透镜或透镜的阵列，例如，菲涅尔透镜。光纤电缆也可用于将集中的太阳能从太阳能收集器传送至太阳能面板。可响应于太远在空中的移动以及由此引起的集中的太阳能的聚焦区域的移动，来调整太阳能收集器或车辆的位置中的任一个调整。

根据本发明，提供了一种对车辆电池充电的方法，包括：通过位于停车场结构上的太阳能收集器收集并集中太阳能；将集中的太阳能导向位于停在停车场结构内的车辆上的太阳能面板，其中，所述太阳能面板被配置为对车辆电池充电。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能收集器包括至少一个菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜被配置为集中太阳能并将太阳能导向位于车辆上的太阳能面板。

根据本发明的一个实施例，控制器被配置为使车辆或太阳能收集器根据一天内的时刻而运动，以补偿太阳的运动。

根据本发明的一个实施例，控制器被配置为响应于不同季节的太阳的位置而调整太阳能收集器的位置。

根据本发明的一个实施例，控制器被配置为响应于过热警告信号使车辆或太阳能收集器运动。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能收集器通过至少一个光纤电缆将集中的太阳能导向太阳能面板。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能收集器从比太阳能面板的表面积大的表面积收集太阳能。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能收集器位于停车场结构的顶篷上。

在本公开的又一方面，公开了一种被配置为与停车场结构上的太阳能收集器配合的车辆。所述太阳能收集器被配置为收集并集中太阳能。位于车辆上的太阳能面板被配置为从太阳能收集器接收集中的太阳能，以对车辆电池充电。所述车辆还可包括控制器，所述控制器被配置为响应于集中的太阳能的运动而使车辆运动。

根据本发明的一个实施例，提供一种被构造为与停车场结构上的太阳能收集器配合的车辆，所述太阳能收集器被配置为收集和集中太阳能，包括：太阳能面板，被配置为接收来自太阳能收集器的集中的太阳能并对电池充电；控制器，被配置为响应于集中的太阳能的运动而使车辆运动。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能面板安装在车辆的车顶。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能面板的表面积比用于收集太阳能的太阳能收集器的表面积小。

根据本发明的一个实施例，控制器被配置为响应于过热警告信号而使车辆或太阳能收集器运动。

附图说明

图1示出了示例电动车辆的透视图；

图2示出了图1的电动车辆以及太阳能收集器的透视图；

图3A示出了在太阳正午之前进行充电期间图2的侧视图；

图3B示出了在太阳正午进行充电期间图2的侧视图；

图3C示出了在太阳正午之后进行充电期间图2的侧视图；

图4是示出用于控制车辆相对于集中的太阳能的位置的算法的流程图；

图5是示出用于控制太阳能收集器的位置以调整集中的太阳能相对于车辆的太阳能面板的位置的算法的流程图；

图6示出了用于对图1的车辆充电的示例光纤太阳能收集器阵列的俯视图；

图7示出了图6的光纤太阳能收集器阵列的主视图；

图8示出了图6的光纤太阳能收集器和图1的车辆的侧视图；

图9示出了图6的光纤太阳能收集器和图1的车辆的透视图；

图10是示出用于控制光纤太阳能收集器阵列相对于接收直射光的算法的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例并且其他实施例可以以多种和替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式应用这些实施例的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征相组合以形成未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可期望用于特定应用或实施。

参照图1和图2，使用一个或更多个由电池提供动力的电机选择性地驱动所示例的电动车辆10。电动车辆10可使用电机代替内燃发动机或除了内燃发动机之外还使用电机。

电动车辆10的动力传动系通常配备有电池12，电池12储存用于对电动车辆10的电机提供动力的电能。电池12可通过再生制动、内燃发动机、太阳能或这些中的某些组合进行再充电。

用于对电池12充电的太阳能通过至少一个太阳能面板14进行收集。太阳能面板14安装在电动车辆10的顶部或车顶16。太阳能面板14收集太阳能，以在白天对电动车辆10的电池12再充电。当电动车辆10行驶时以及当电动车辆10泊车时，太阳能面板14收集太阳能。

当车辆10泊车时，太阳能收集器18(也称为太阳能集中器)将太阳能收集并集中到太阳能面板14上，以加快电池12的充电。太阳能收集器18的表面积比太阳能面板14的表面积大很多。太阳能收集器18可以是可具有顶篷(canopy)的停车场结构20的一部分。示出的车辆10的电池12可具有7kWH至8kWH的功率，并且利用暴露到日平均照度下的太阳能收集器18可在一天内再充满。然而，车辆电池的功率容量可根据电池的型号、尺寸和设计而不同；并且可根据车辆的类型而不同。

太阳能收集器18可包括至少一个菲涅尔透镜。所描述的实施例包括按照10×8的网格布置的菲涅尔透镜22的阵列。然而，太阳能收集器18不应被解释为限于按照10×8的网格布置的菲涅尔透镜阵列。可选地，与使用菲涅尔透镜不同，太阳能收集器18可利用使太阳光弯曲并改变太阳光的方向的其他类型的透镜、棱镜、反光镜。支撑件28可连接在相邻的菲涅尔透镜22之间，以保持菲涅尔透镜22的位置。菲涅尔透镜22可由丙烯酸制成。焦距为三米的菲涅尔透镜22产生百分之九十的丙烯酸传光率。

示出的单个菲涅尔透镜22的维度可以是0.5米乘0.5米的方形，具有0.005米的厚度。在示出的实施例中的按照10×8的网格布置的菲涅尔透镜的整个表面积将具有大约20平方米的表面积，该表面积对应于收集太阳能的表面积。然而，其他实施例可具有在3平方米至75平方米范围内的收集太阳能的表面积。用于收集太阳能的表面积也可与车辆10上的太阳能面板14的表面积相比具有范围从50:1至2:1的比率。

当期望车辆10泊车时，车辆10行驶到停车场结构20的太阳能收集器18的下方。支腿32可用于撑起菲涅尔透镜22和支撑件28，使得车辆10可移动到太阳能收集器18的下方。

现在参照图3A至图3C并继续参照图2，太阳能收集器18使来自太阳40的太阳光线24聚焦，以集中太阳能，太阳能可汇聚在焦点44。当车辆10泊车时，太阳能收集器18相对于车辆10保持静止。随着太阳40在太阳能收集器18上方经过，集中的太阳能和焦点44的位置改变。车辆10能够调整其相对于太阳能收集器18的位置，以确保在焦点44附近的集中的太阳能随着太阳40的位置的改变而落在太阳能面板14上。

太阳正午对应于当太阳40运行到天球子午线的时刻，即，通常是在一天中当太阳40处于水平线以上最高处的时间。

在该示例中，在远不到太阳正午的时候(图3A)，集中的太阳能和焦点44位于太阳能收集器18的后方。在太阳正午时(图3B)，太阳40在太阳能收集器18正上方，并且收集的太阳能和焦点44在太阳能收集器18的正下方。在太阳正午之后(图3C)，太阳40运动而从太阳能收集器18上方经过并且收集的太阳能和焦点44逐渐移动到太阳能收集器18的前方。

车辆10响应于集中的太阳能和焦点44的移动而调整其位置，使得集中的太阳能和焦点44总是被导向太阳能面板14上。这样使得充电的效能最大化。如果随着太阳40相对于太阳能收集器18运动，车辆10相对于太阳能收集器18保持静止，那么集中的太阳能和焦点44将远离太阳能面板14。调整电动车辆10的位置，从而提高对车辆10的充电效能。随着太阳40在天空运动，太阳光整天都保持集中在车辆10的太阳能面板14上。

可利用自动驾驶能力调整车辆10。也就是说，车辆10可在驾驶员未直接参与的情况下从图3A的位置(车辆10位于太阳能收集器18的后方延伸的位置)运动到图3C的位置(车辆10位于从太阳能收集器18向前延伸的位置)。也可由远程控制来控制车辆10。

车辆远程信息处理、GPS定位、蓝牙、云计算、电动机控制策略、自动转向系统以及车辆传感器可用于指引车辆10相对于太阳能收集器18以及尤其是与太阳能收集器18相关的焦点的位置。与太阳能收集器18相关的焦点44可通过太阳40的位置来确定，太阳40的位置由一天内的时刻来确定并根据太阳40的位置因季节不同而进行调整。经纬度(GPS坐标)也决定太阳40的位置。对于不同季节的太阳40的位置的调整可按照预定间隔的增量(即，每天、每周、每月、每季度等)进行计算和执行。该信息可用作指令车辆10重新定位的车辆控制器26的输入，以确保太阳能面板14保持位于焦点44和集中的太阳能的范围内。

参照图4，示出了用于控制车辆10相对于集中的太阳能的位置的算法38。可使用包含在车辆控制器26内的软件代码执行算法38。在其他实施例中，所述算法可在其他控制器中执行，或者可分布在多个控制器中。

在步骤39中，车辆10停在停车场结构20的下方并且算法38开始操作。接下来，在步骤41中确定一天内的时刻，然后在步骤42处根据太阳40的位置因季节而不同对该时刻进行调整。步骤42可按照预定间隔的增量(即，每天、每周、每月、每季度等)进行计算和执行。因此，当处于季节调整的间隔之间时，可跳过步骤42。然后，在步骤43中确定集中的太阳能和焦点44的位置。在步骤45中，确定车辆10和/或太阳能面板14的位置。在步骤46中，确定集中的太阳能是否被导向太阳能面板14。如果集中的太阳能未导向太阳能面板14，则在步骤47中调整车辆10的位置，使得集中的太阳能指向太阳能面板14，然后算法38返回至步骤41。如果集中的太阳能指向太阳能面板14，则不调整车辆10并且算法38返回至步骤41。算法38可被编程为在返回至步骤41之后不断地重复或者按照预定时间增量(即，每5分钟、每30分钟、每60分钟等)操作。算法38也可被编程为仅在阳光直射最佳的时间段期间操作，或者仅当车辆10停在停车场结构20的下方时操作。

再次参照图2，太阳能收集器18也可包括遮蔽装置30。遮蔽装置30可以是设置在太阳能收集器18上方的滚轴式遮蔽物、百叶遮板(shutters)、百叶窗(blinds)或者一些其他类型的装置，从而防止阳光进入菲涅尔透镜22，进而防止太阳能收集器18集中太阳能。在另一示例中，遮蔽装置可以是简单地调整太阳能收集器18的位置的系统，这样对其相对于太阳40进行定位，从而不收集太阳能。为便于说明，图2中将遮蔽装置30示出为滚轴式遮蔽物，但不应解释为仅限于滚轴式遮蔽物。

当停车场结构20中不存在车辆10而无需集中太阳能时，可使用遮蔽装置30。当车辆开始到达可能损坏车辆10或车辆部件的温度时或者当集中的太阳能到达可能对太阳能收集器18附近的物体或人有害的水平时，遮蔽装置30也可用作安全防护措施。接近传感器可用于确定是否存在车辆10，能够发送过热警告信号的温度传感器可用于确定车辆10的温度或者停车场结构20内的温度是否到达可能损坏车辆10和/或对太阳能收集器18附近的其他物体或人有害的水平的温度。可选地，作为当温度到达可能损坏车辆10的温度时的安全防护措施，可调整车辆10的位置。可使用包含在结合到停车场结构20或车辆10的控制器内的软件代码来控制遮蔽装置30。在其他实施例中，用于控制遮蔽装置的算法可在其他控制器中执行，或者可分布在多个控制中。

虽然该示例指出了相对于太阳能收集器18调整车辆10，但作为替代方式，其他示例可包括调整太阳能收集器18，以使焦点44和集中的太阳能重新定位，或者相对于车辆10和太阳能收集器18两者移动太阳能面板14。例如，菲涅尔透镜22可附着到包括枢转机构的支撑件，枢转机构允许每个单独的菲涅尔透镜22或菲涅尔透镜22的整个阵列沿着一个方向或两个方向调整，以使焦点44和集中的太阳能重新定位。枢转机构可链接到致动器35(诸如，电动机或线性运动装置(诸如气缸))。致动器35可由任何传统的动力源(诸如，电池、太阳能面板、电网等)提供动力。致动器35可附着到控制器36，控制器36指令致动器35来调整菲涅尔透镜22的位置，从而调整集中的太阳能和焦点44相对于太阳能面板14的位置。下面将描述枢转(或旋转)机构的示例，该示例在图6至图9中示出。控制器36可通过任何类型的通信系统(诸如，蓝牙、云计算、GPS等)与车辆10进行通信，以确定车辆10和太阳能面板14相对于焦点44和集中的太阳能的位置。根据不同季节的太阳40的位置调整的一天内的时刻将作为控制器的输入，以确定如何能够将菲涅尔透镜22调整为使集中的太阳能聚焦在太阳能面板14上。控制器36也可用于控制遮蔽装置30。

参照图5，示出了用于控制太阳能收集器18的位置以调整集中的太阳能相对于车辆的太阳能面板14的位置的算法49。可使用包含在控制器36中的软件代码执行算法49。在其他实施例中，该算法可在其他控制器中执行，或者可分布在多个控制器中。

在步骤51中，车辆10停在停车场结构20的下方，算法49开始操作。接下来，在步骤52中确定一天内的时刻，然后在步骤53中针对不同季节太阳40的位置调整一天内的时刻。在步骤53中，可按照预定间隔的增量(即，每天、每周、每月、每季度等)进行计算和执行。因此，当处于季节调整的间隔之间时，可跳过步骤53。然后在步骤55中确定集中的太阳能和焦点44的位置。在步骤56中，确定车辆10和/或太阳能面板14的位置。在步骤57中，确定集中的太阳能是否指向太阳能面板14。如果集中的太阳能未指向太阳能面板14，则在步骤59中调整太阳能收集器18的位置，使得集中的太阳能指向太阳能面板14，然后算法49返回至步骤52。如果集中的太阳能指向太阳能面板，则不调整太阳能收集器18并且算法49返回至步骤52。算法49可被编程为在返回至步骤52之后不断的重复或者按照预定时间增量(即，每5分钟、每30分钟、每60分钟等)操作。算法49也可被编程为仅在阳光直射最佳的时间段期间，或者仅当车辆10停在停车场结构20的下方时操作。

在控制车辆10相对于焦点44和集中的太阳能的位置时，或者在控制焦点44和集中的太阳能相对于车辆10的位置时，也可考虑车辆的方向(即，车辆是朝前进入到停车场结构20还是朝后进入到停车场结构20中)以及在不同车辆类型上太阳能面板14的位置变化。

现在参照图6至图9，在另一示例中，光纤电缆50从太阳能收集器阵列54延伸至扩散端58。太阳能收集器阵列54可包括菲涅尔透镜，或者可不包括菲涅尔透镜。光纤电缆50传输用于对车辆10的太阳能面板14充电的太阳能。扩散端58与太阳能面板14直接交互。光纤电缆50为太阳能收集器阵列54的布置提供一定程度的灵活性。例如，太阳能收集器阵列54可位于车辆1的上方或外侧。

与光纤电缆50相连的太阳能收集器阵列54可包括基座旋转结构62和太阳能收集器阵列旋转结构66。这样的结构62和66使得能够调整太阳能收集器阵列54以加强太阳追踪。基座旋转结构62和太阳能收集器阵列旋转结构66可链接至致动器68(诸如，电动机或线性运动装置(即，气缸))。致动器68可通过任何传统的动力源(诸如，电池、太阳能面板、电网等)提供动力。致动器68可连接到控制器70，控制器70指令致动器，以调整太阳能收集器阵列54相对于太阳40的位置。针对不同季节的太阳40的位置而调整的一天内的时刻将用作控制器70的输入，从而可将太阳能收集器阵列54被调整为使得收集的直射阳光的量最大化。控制器70也可用于控制遮蔽装置。

参照图10，示出了用于控制光纤太阳能收集器阵列54相对于接收直射阳光的位置的算法72。算法72可使用包含在控制器70中的软件代码来实现。在其他实施例中，所述算法可在其他控制器中执行，或者可分布在多个控制器中。

在步骤74中，车辆10停在停车场结构20的下方并且光纤电缆50位于太阳能面板14的上方，算法72开始操作。接下来，在步骤76中确定一天内的时刻，然后在步骤78中针对不同季节的太阳40的位置调整所述一天内的时刻。步骤78可按照预定间隔的增量(即，每天、每周、每月、每季度等)进行计算和执行。因此，当处于季节调整的间隔之间时，可跳过步骤78。在步骤80中，确定太阳能收集器阵列54是否已经被设置为接收最大量的直射阳光。如果太阳能收集器阵列54未被设置在接收直射阳光的量最大的位置，则在步骤82中调整太阳能收集器阵列54的位置，以使太阳能收集器阵列54接收的直射阳光的量最大，然后算法72返回至步骤76。如果太阳能收集器阵列54已经被设置在接收的直射阳光量最大的位置，则不调整太阳能收集器阵列54并且算法72返回至步骤76。算法72可被编程为在返回步骤76之后不断的重复或者按照预定时间增量(即，每5分钟、每30分钟、每60分钟等)操作。算法72也可被编程为仅在阳光最佳直射的时间段期间，或者仅当车辆10停在停车场结构20的下方时操作。

虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如上所述，可组合多个实施例的特征以形成本发明的可能未明确描述或示出的进一步的实施例。虽然多个实施例已被描述为提供优点可在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特点可被折衷，以实现期望的整体系统属性，所述期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、易装配容性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式的实施例并不在本公开的范围之外并且可期望用于特殊应用。

Claims (7)

1.一种车辆电池充电系统，包括：

停车场结构，具有太阳能收集器，所述太阳能收集器被配置为：

收集并集中太阳能，以及

将集中的太阳能导向到被安装到停在停车场结构内的车辆的太阳能面板，以对车辆电池充电；

控制器，被配置为：响应于集中的太阳能的聚焦方向的改变，根据一天内的时刻调整车辆的位置以补偿太阳的运动，使得集中的太阳能保持被导向到太阳能面板。

2.如权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，所述太阳能收集器包括至少一个菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜被配置为集中太阳能并将太阳能导向位于车辆上的太阳能面板。

3.如权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，所述控制器还被配置为响应于不同季节的太阳的位置而调整太阳能收集器的位置。

4.如权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，所述控制器还被配置为响应于过热警告信号使车辆或太阳能收集器运动。

5.如权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，所述太阳能收集器通过至少一个光纤电缆将集中的太阳能导向太阳能面板。

6.如权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，所述太阳能收集器从比太阳能面板的表面积大的表面积收集太阳能。

7.如权利要求1所述的车辆电池充电系统，其中，所述太阳能收集器位于停车场结构的顶篷上。