CN104737359B - 自供式可再生电池充电器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于对电动车辆的电池充电的自供式便携式单元。便携式单元包括可移动的对接垫，所述对接垫具有基本平的、水平的基座以及形成有用于保持至少一个蓄电池的隔间。柱体的第一端安装到对接垫上，并且从对接垫取向向上延伸到第二柱体端。太阳能电池阵列被附接到柱体的第二端用于在对接垫上展开。来自太阳能电池阵列的电流使用充电管理系统被馈送至蓄电池。电池进而连接于EV充电站，EV充电站产生充电电流以对电动车辆的电池进行充电。

Description

自供式可再生电池充电器

技术领域

本发明一般涉及用于车辆和设备的充电系统。更具体地说，本发明涉及使用电阳能对电动车辆进行充电的系统和方法。本发明特别的，但并不排它的，用作便携式、自供式的充电系统，用于有效地存储来自太阳能电池阵列的能量，以及使用所存储的能量给电动车辆的电池进行充电。

背景技术

电动车辆(EV)正在消费者当中日益普及，电动车辆可以包括全电动车辆和诸如气体/电动的混合的车辆。这些车辆提供了对于完全由石油产品驱动的车辆的环保性的替代。具体地，EV具有更低的烟雾前体气体的排放，以及他们几乎不排放与“全球变暖”有关的温室气体。此外，由于石油产品的成本增加，使用电动车已变得更经济。

在现代生活中，几乎所有的EV包括用于存储驱动一个或多个电机和使得车辆运动所必需的电能的一个或多个车载电池。一种用于对车载电池充电的技术包括将车辆连接到永久安装的充电站，该充电站从电网接收电力。例如，大多数EV操作者在通常存放汽车的位置具有充电站，诸如操作者的家里或公司。不幸的是，接入其它的再充电站在当前在大多数区域有点受到了限制。尽管近年来在电池必须重新充电前EV能够行驶的距离有所改善，但在中程或远程的旅行期间EV依然需要再充电。

随着电动车辆越来越普及，对于许多EV的操作者，他们的电动车辆可能是他们唯一的车辆。因此，许多这些EV操作者将希望使用他们的电动车辆用于他们所有的运输需求，包括相对长的行程，诸如假期等。为了增加电动车辆的有用范围，操作者将需要在除了他们的主要车辆存放站点的位置接入充电站。在一些情况下，可能需要临时提供充电站，例如，以在特定事件提供覆盖。可替代地，可能希望在远程位置处在一个更永久的充电站正在安装时，提供临时的充电站。在一些情况下，需要充电站的临时位置可能没有准备好接入电网。在其它实例中，提供永久安装的充电站的成本可能过高，或者与永久安装相关联的交付周期可能不能令人满意。

有鉴于这些，本发明的一个目的是提供一种系统，用于显著且有效地对电动车辆进行充电，该系统可以灵活地移动到EV需要充电的各种不同位置。本发明的另一个目的是提供一种系统和方法，用于在一个位置快速地建立EV充电站，而不需要从电网获得对电力的接入。本发明的再一个目的是提供一种便携式的、自供式的系统，其能够从太阳能电池阵列提供可再生能量来为EV充电。本发明的另外的目的是提供一种自供式的再生电池充电器，其易于使用，制造相对简单，并且相比成本较低。

发明内容

根据本发明，一种用于对电动车辆的电池充电的便携式单元，该便携式单元包括可移动对接垫。对于便携式单元，对接垫包括基本平的、水平的基座并且形成有用于保持至少一个蓄电池的隔室、和电子设备。所述便携式单元还包括具有第一端和第二端的柱体，其中第一端安装到对接垫上。在结构上，该柱体从对接垫取向向上延伸到第二柱体端。另外，在该柱体的第二端，太阳能电池阵列被附接到柱体。

在本发明的第一实施例中，太阳能电池阵列用于产生直流(DC)输出。对于该实施例，来自太阳能电池阵列的电流使用充电管理电子装置被馈送到蓄电池。该电池进而连接到EV充电站，EV充电站产生充电电流以对外部电池进行充电，诸如电动车辆的电池。逆变器也可以提供在便携式单元中，以从DC电池输出产生交流电流(AC)。来自逆变器的交流电流可被馈送到EV充电站和/或便携式单元上中其它AC负载，诸如灯、120VAC插座、USB插座等。

在本发明的另一个实施例中，太阳能电池阵列被配置成产生AC输出。例如，太阳能电池阵列中的每个光伏模块可以包括微逆变器。对于该实施例，来自光伏模块的组合电流在逆变器/充电器处转换为DC并被馈送到蓄电池。此外，来自太阳能电池阵列的AC电力可以通过逆变器/充电器被馈送到EV充电站。最后，逆变器/充电器可以将来自电池存储的DC电力转换为用于EV充电站的AC电力。蓄电池也可以直接连接到EV充电站。利用这种布置，EV充电站可以从AC太阳能电池阵列产生用于EV电池的充电电流，AC太阳能电池阵列从蓄电池补充电力。

同样用于本发明，跟踪机构可以集成到柱体上，用于移动太阳能阵列以调整太阳能电池阵列取向以及最大化太阳光在光伏模块上的入射。更具体地，跟踪机构可以定位成将柱体的固定部分与太阳能电池阵列互连。利用这种配置，跟踪机构可以用来相对于固定对接垫选择性地移动太阳能电池阵列。在一些情况下，太阳能电池阵列的移动可以根据预定的周期，所述预定的周期基于太阳的运动和位置来开发。

为了辅助便携式单元的运输，枢转机构被提供柱体和对接垫之间，以选择性地在展开配置和收起配置之间枢转太阳能电池阵列。在展开配置中，太阳能电池阵列从柱体延伸到自由端，并覆盖基部。在展开配置中，太阳能电池阵列和对接垫被布置成给便携式单元提供配重，以防止在恶劣天气条件下倾翻。通过重量以及在对接垫隔室中的蓄电池的布置进一步增加抗倾翻的配重。在收起配置中，太阳能电池阵列绕枢转点被折叠，使得太阳能阵列的自由端靠近对接垫。一旦靠近对接垫，自由端可以附着到对接垫以固定太阳能电池组而便于运输。

在便携式EV电池充电单元的特定布置中，对接垫基本上被成形为具有长边和较短端的右矩形。在一些情况下，对接垫可形成有轮块，以将车辆稳定在对接垫上。为了在对接垫上提供车辆的对准，对接垫的一部分可以形成为从对接垫基座向上延伸，以及处于对接垫的中心。

附图说明

本发明的新特性，以及本发明本身，其结构和其操作将通过附图，并结合附带的描述变得更好理解，其中相同的参考符号指代相同的部件，以及在附图中：

图1是在操作环境中自供式可再生电池充电器的前立体图；

图2是图1中所示的自供式可再生电池充电器的后立体图；

图3是用于在自供式可再生电池充电器中使用的电子组件的布置的示意图示，其中太阳能电池阵列提供DC输出。

图4是示出用于在自供式可再生电池充电器中使用的电子组件的第二布置，其中太阳能电池阵列提供AC输出。

图5是装载在用于运输的车架上的具有定位在收起配置中的太阳能电池阵列的自供式可再生电池充电器的立体图。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的系统被示出并且一般表示为10。如图所示，系统10包括用于对电动车辆14进行充电的便携式单元12。如本文所述，便携式单元12在组装后可以被运输到诸如示出的停车场的位置，在那里可以进行对电动车辆14的充电操作，而不一定被连接到电网(未示出)或其它电源。

交叉参考图1和图2，可以看到便携式单元12包括具有基部18的可移动对接垫16和用于保持至少一个蓄电池22和电子器件的(参见图3)的隔间20。应当理解的是，本文所使用的术语“电池”包括具有可操作地连接在一起的一个或多个电池和/或电池单元的电池组。如图所示，对接垫16的基部18可以是合适的结构，以支撑车辆14的重量，并形成有凸块以帮助车辆14支撑在底座18上。典型地，如图所示，底座18可以包括大体平坦、水平的部分和斜坡，以允许车辆14进入并停放在水平部分上。还可以进一步看出，便携式单元12包括柱体24，柱体24具有被安装到对接垫16上的第一端26和第二柱体端28。如图所示，柱体24朝上延伸，并在一些情况垂直于对接垫16。

继续参考图1和2，可以看出，太阳能电池阵列30附接到柱体24的第二端28。如所示的布置，具有横梁32和横向构件34的结构篷被附着到柱体24，以支撑被布置在阵列30中的多个光伏模块36(最好参见图2)。对于本发明，光伏模块36可包括现有技术中任何类型的光伏电池。

图3示出了本发明的实施例，其中，太阳能电池阵列30被配置成产生直流(DC)输出。如图所示，光伏模块36的示例性列并联电连接，以产生馈送到充电控制器38的电输出，充电控制器38包括最大功率点跟踪器。CC 38用作DC-DC转换器，该DC-DC转换器在管理DC电池充电的同时，使用最大功率点跟踪逻辑从太阳能阵列30汲取最高效的电力。CC 38的输出使用电池管理系统(BMS 40)被馈送到蓄电池22。电池22的尺寸为其容量以存储足够的能量为EV充电，例如1级(110V)或2级(220V)EV充电，以及提供连续的系统功能。BMS 40确保正确的电池充电、放电、平衡，并取决于电池的化学反应可以被包含或排除。逆变器42接收DC电池输出并将其转换至交流电流(AC)，其进而被导引至电动车辆充电站44(也参见图2)。此外，如图3所示，辅助的交流负载48可以包括例如灯和120VAC和USB插座，辅助的交流负载48可从逆变器42或通过可选的变压器46供电。

如图3所示，电动车辆充电站44从电池22接收DC电力，并且也可以从逆变器42接收AC电力。典型地，组件被调整尺寸以允许在电动车辆充电站44提供2级EV充电。在2级的EV充电中，AC能量被提供给车辆14的车载充电器。AC能量范围为208-240伏、单相，具有32安培(连续)的最大电流和额定电流为40安培的支路断路器。

图3还示出了可以提供一个或多个DC/DC转换器50以从电池22输出产生适合于辅助DC负载52的恒定DC电压。这些DC负载可以包括，例如，电机、控制器、网络硬件以及USB插座。除了在图3中所示的组件，可以理解的是，一个或多个断路器和/或继电器(未示出)可以被包括，以用于合适的系统控制和安全。

对于一些应用，可以使用一个全DC布置。对于这种布置，图3的组件可以不使用AC组件(框54)。对于这种布置，车辆充电站44从电池22接收DC电力，并将DC能量提供到车辆14的车载充电器。在一些情况下，全DC系统可以更节能，因为消除了DC到AC的转换损失。

图4示出了本发明的另一个实施例，其中太阳能电池组30′被配置成产生AC输出。如图所示，太阳能电池阵列30′中的每个光伏模块36a′-36i’包括相应的微逆变器56a-i。对于图4所示的实施例，每个微逆变器包含最大功率点跟踪逻辑，以确保从太阳能电池阵列30′获得最有效的功率汲取。如图所示，光伏模块36的(多个)列并联电连接，以产生被馈送到逆变器/充电器58的电输出。在可选的实施例中，参考图3的如上所述的充电控制器可被连接到太阳能电池阵列30′的输出。MPPT38′。可替代地，太阳能电池阵列30′可馈送到列逆变器(未示出)，以替代图4中所示的微逆变器56a-f。

继续参考图4，可以看出，来自太阳能电池阵列30′的AC可以在逆变器/充电器58处被转换为DC，以及使用电池管理系统40′馈送到蓄电池22′(如上所述)。此外，逆变器/充电器58能将来自太阳能电池阵列30′的AC隧传到EV充电站44′，和/或将来自电池22′的DC转换成AC，并将AC馈送到充电站44′。

对于图4的实施例，电池22′的尺寸为其容量以存储足够的能量为EV充电，例如1级(110V)或2级(220V)EV充电，并提供连续的系统功能。此外，如图4所示，辅助AC负载48′可以包括，例如，电机、控制器、网络硬件、USB插座、灯和120VAC和USB插座，辅助AC负载48′也可以从逆变器/充电器58或通过可选的变压器46′供电。还如图所示，电动车辆充电站44′可以从电池22′接收DC电力。

图4还示出了可以提供一个或多个DC/DC转换器50′以从电池22’输出产生适于辅助DC负载52′的恒定DC电压。这些DC负载可以包括，例如，电机、控制器、网络硬件和USB插座。除了在图4中所示的组件，可以理解的是，一个或多个断路器和/或继电器(未示出)可以被包括，以用于合适的系统控制和安全

返回参考图1，可以看到便携式单元12也可以包括跟踪机构60，跟踪机构60集成到用于移动太阳能电池阵列30的柱体24。可以执行该移动以调整太阳能电池阵列30的取向，以最大化太阳光在太阳能电池阵列30上的入射(即太阳能电池阵列30指向太阳)。这种调整可以在设置和安装期间和/或在操作期间初始地进行。如图所示，跟踪机构60可以被定位成将柱体24的固定部分62与柱体24的可动部分64互连，其中可动部分64进而附着到太阳能电池阵列30。例如，由发明人Robert L.Nobel和Desmond Wheatley共同拥有的申请号为No.13/099,152，题目为“Device for Continuously Orienting a Solar Panel”，2011年5月2日提交的，(代理人案号为11472.4)的美国专利申请中公开和要求保护用于在本发明中使用的一种合适的跟踪机构，其全部内容通过引用并入本文。利用图1所示的布置，跟踪机构60可用于相对于固定对接垫16选择性地移动太阳能电池阵列30。在一些情况下，太阳能电池阵列30的移动可以是根据预定的周期，该预定的周期基于太阳的移动和位置来开发。

图5示出了便携式单元12可以包括位于柱体24和对接垫16之间的枢轴机构66。交叉参考图1和5，可以看出该枢轴机构66允许太阳能阵列30和柱体24在展开配置(图1)和收起配置(图5)之间枢转。在图1中所示的展开配置中，太阳能电池阵列30从柱体24延伸到自由端68并且覆盖对接垫16。更具体地，太阳能电池阵列30被定位在对接垫16之上。无论太阳能电池阵列30是处于展开配置(图1)，还是处在收起配置(图5)，对接垫16均给便携式单元12提供配重(即平衡)，以防止倾翻。这种抗倾翻配重由于定位在隔间20中的蓄电池22(标示在图3中)的重量而进一步增加，并与枢轴机构66和柱体24间隔开。而且，如本领域技术人员将理解的，用作混凝土块的材料可以被选择性地用于配重，以及如果需要的话，随后可以被去掉以提供额外电池的放置。在收起配置(图5)中，太阳能电池阵列30绕枢轴机构66折叠，使得相对枢轴机构66的自由端68靠近对接垫16。一旦靠近对接垫16，自由端68可以附着到对接垫16以固定太阳能电池阵列30用于运输。

继续参考图5，可以看出对接垫16可基本上被成形为具有长边70和较短端68，72的右矩形，以及包括用于保持图3或图4中所示的一些或全部电子组件的外壳74。如图所示，对接垫16被调整大小以适合电动车辆14(参照图1)，以及可以形成有轮块76以将车辆14稳定在对接垫16上。还示出，对接垫隔间20可以形成为从对接垫底座18向上延伸。而且，凸起的隔间20可处于对接垫16的侧面70之间的中心，以提供用于车辆14在对接垫16上的对准(参照图1)，以减少车辆14意外地从对接垫16的侧面翻落的风险。

图5进一步图示了能够在托架78上运输便携式单元12，托架78具有轮子80和球钩接收器82用于附着到诸如卡车的牵引车辆(未示出)。例如，可以使用千斤顶，例如4个千斤顶(未示出)从托架78提起便携式单元12。一旦被提起，托架可以从便携式单元12底部被推出，并且便携式单元12可以使用千斤顶降低到操作位置。一旦被适当的定位，该枢轴机构66可以被用于部署太阳能电池阵列30。为了从站点运输便携式单元12，便携式单元12可被顶起，托架78卷起下方，以及千斤顶用于将便携式单元12降低到托架78上。可替代地，起重机(未示出)或叉车(未示出)可用于将便携式单元12装载到托架78或卡车(未示出)上或从托架78或卡车(未示出)卸载便携式单元12。

如对于系统10的预想，便携式单元12可以用本领域中公知的任何方式进行远程监控。换句话说，可以在持续基础上监控与系统10的操作相关的运行状况、性能和环境条件。

尽管本文示出并详细公开的特定自供式可再生电池充电器完全能够实现目的并且提供上文所述的优点，但是可以理解的是，这仅仅是对本发明的当前优选实施例进行的说明，并且除了如所附权利要求中所描述的，并不意在对在此示出的结构或设计的细节进行限制。

Claims (20)

1.一种用于提供电动车辆的自供式可再生电池充电器的可运输单元，所述可运输单元包括：

可移动对接垫，所述可移动对接垫具有基座，所述基座带有用于在所述基座上停放所述电动车的接入斜坡，其中，所述对接垫还形成有隔间，所述隔间用于在其中保持至少一个蓄电池；

柱体，所述柱体安装在所述对接垫上用于随其移动并且取向基本上与其垂直，其中所述柱体从所述对接垫上延伸并终止于附着点；

基本平的面板，所述面板附接到所述柱体上的所述附着点，用于随所述柱体移动；

枢轴机构，所述枢轴机构将所述柱体与所述对接垫互联以围绕枢转点相对于所述对接垫选择性地枢转所述面板和柱体，用于将所述面板的自由端降低和固定至所述对接垫，用于所述单元的运输；

支撑在所述面板上用于随其移动的光伏模块阵列，用于将来自太阳光的太阳能转换成电能，以将所述电能从所述光伏模块传送到所述隔间中的所述蓄电池；以及

充电站，所述充电站选择性地定位在所述对接垫上用于随其移动，并且与所述隔间中的所述蓄电池电连接，以建立用于对所述车辆中的外部电池再充电的源。

2.如权利要求1所述的可运输单元，进一步包括充电管理系统，所述充电管理系统将所述光伏模块阵列与所述蓄电池电互连。

3.如权利要求1所述的可运输单元，进一步包括逆变器，所述逆变器将所述蓄电池与所述充电站电互连，以选择性地将来自所述蓄电池的直流电流转换成用于所述充电站的交流电流。

4.如权利要求1所述的可运输单元，进一步包括跟踪机构，所述跟踪机构集成到所述柱体，用于将所述柱体的固定部分与所述面板互连，以根据预定的周期相对于所述对接垫移动所述面板，来最大化太阳光在所述光伏模块上的入射。

5.如权利要求1所述的可运输单元，其中所述对接垫基本上被成形为具有长边和较短端的右矩形，并且其中所述柱体位于所述对接垫的端部，用于为所述单元提供配重，其中所述面板在所述对接垫上方从所述柱体上的所述附着点延伸到所述面板的自由端。

6.如权利要求5所述的可运输单元，进一步包括枢轴机构，用于相对于所述对接垫绕枢转点选择性地枢转所述面板和柱体，以将所述面板的所述自由端降低和固定至所述对接垫，用于所述单元的运输。

7.如权利要求6所述的可运输单元，进一步包括托架，其中所述托架选择性地与所述对接垫接合，以方便所述单元的运输。

8.如权利要求1所述的可运输单元，其中所述外部电池安装在所述车辆中。

9.如权利要求8所述的可运输单元，其中所述对接垫形成有轮块，用于将所述车辆稳定在所述对接垫上。

10.如权利要求9所述的可运输单元，其中所述对接垫的所述隔间从所述对接垫的基座向上延伸，以提供车辆在所述对接垫上的对准。

11.一种用于对电动车辆充电的自供式可运输电池充电器，所述电池充电器包括：

可移动对接垫，所述可移动对接垫具有基座，所述基座带有用于在所述基座上停放所述电动车的接入斜坡，并且在所述可移动对接垫中保持有至少一个蓄电池；

柱体，所述柱体安装在所述对接垫上用于随其移动，并从其延伸；

面板，所述面板支撑用于将来自太阳光的太阳能转换为电能的装置，所述面板安装在所述可移动柱体上，用于随其移动；

枢轴机构，所述枢轴机构将所述柱体与所述对接垫互联以围绕枢转点相对于所述对接垫选择性地枢转所述面板和柱体，用于将所述面板的自由端降低和固定至所述对接垫，用于可运输单元的运输；

用于将所述电能从所述可移动转换装置传送到安装在所述可移动对接垫上的所述蓄电池的装置；以及

电动车辆充电站，所述电动车辆充电站与安装在所述可移动对接垫上的所述蓄电池电连接，用于将充电电流输送到电动车辆电池。

12.如权利要求11所述的电池充电器，其中所述转换装置产生交流电流输出。

13.如权利要求12所述的电池充电器，进一步包括逆变器，所述逆变器将所述转换装置与所述蓄电池电互连，以将来自所述转换装置的交流电流转换成所述蓄电池处的直流电流。

14.如权利要求11所述的电池充电器，其中所述转换装置产生直流电流输出。

15.如权利要求14所述的电池充电器，进一步包括逆变器，所述逆变器将所述蓄电池与所述电动车辆充电站电互连，以将来自所述蓄电池的直流电流转换为所述电动车辆充电站处的交流电流。

16.一种用于制备自供式可再生电池充电器的方法，所述自供式可再生电池充电器用于在站点为电动车辆电池充电，所述方法包括以下步骤：

提供可移动对接垫，所述可移动对接垫具有基座，所述基座带有用于在所述基座上停放所述电动车的接入斜坡，并且在所述可移动对接垫中保持有至少一个蓄电池，所述至少一个蓄电池安装在可移动对接垫上，用于随其移动；

将柱体安装到所述可移动对接垫上用于随其移动，以从其延伸；

部署面板，所述面板具有安装在所述可移动柱体上的太阳能电池阵列，以将来自太阳光的太阳能转换为电能；

将所述太阳能电池阵列电连接至安装在可移动对接垫上用于随其移动的所述蓄电池；

将车辆充电站与安装在可移动对接垫上用于随其移动的所述蓄电池电连接；

用来自所述太阳能阵列的电能对所述蓄电池充电；

停放所述电动车辆，以利用来自所述蓄电池的充电电流将所述电动车辆充电；以及

相对于枢轴机构枢转所述面板和柱体，所述枢轴机构将所述柱体与所述对接垫互联以围绕枢转点相对于所述对接垫选择性地枢转所述面板和柱体，用于将所述面板的自由端降低和固定至所述对接垫，用于可运输单元的运输。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括以下步骤：

将组装好的自供式可再生电池充电器运输到所述站点；以及，然后使用所述自供式可再生电池充电器给所述电动车辆的电池充电。

18.如权利要求16所述的方法，进一步包括以下步骤：

将所述太阳能阵列配置为相对于所述可移动对接垫的收起配置；

将组装好的自供式可再生的电池充电器运输到所述站点；以及

将所述太阳能阵列重新配置为相对于所述对接垫的展开配置。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述太阳能电池阵列在所述展开配置中直接处于所述可移动对接垫之上。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述运输步骤使用托架来完成。