CN104859469B - 车辆充电系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一示例性方面的系统除其它外包括滑动杆，附接在滑动杆上的连杆，被连杆承载并随着滑动杆移动的充电装置。

Description

车辆充电系统

技术领域

本发明涉及一种充电系统，并且更具体地，但不是仅仅涉及包括自动对准系统的电气化车辆充电系统。

背景技术

一般来说，电气化车辆不同于传统的机动车辆在于电气化车辆使用一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，传统的机动车辆仅仅依赖内燃发动机驱动车辆。电气化车辆可以使用电机替代内燃发动机，或者除了内燃发动机以后还是用电机。电机通常由高压电池提供电力。

缺少给车辆高压电池充电的配套基础设施，是电气化车辆被更广泛使用的一个障碍。已知的无线充电系统使用电磁场在两个物体之间传输能量。但是，这些系统需要安装在车辆上的发射线圈与接收线圈的精确定位，从而保证两个线圈之间的最大电力传输。

发明内容

根据本发明的一示例性方面的系统除了其它包括滑动杆、附接在滑动杆上的连杆和充电装置，该充电装置由连杆承载并随着滑动杆移动。

在前述系统的进一步非限制实施例中，滑动杆相对于至少一个滑轨是可移动的。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，至少一个滑轨安装在轮板总成上。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，板轮总成包括第一板轮、第二板轮以及连接在第一板轮和第二板轮之间的底座。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，至少一个车轮导引装置安装到滑动杆上。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，至少一个车轮导引装置包括安装在滑动杆第一侧的第一车轮导引装置和安装在滑动杆第二侧的第二车轮导引装置。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，至少一个车轮导引装置在朝向连杆的方向上弯曲。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，至少一个车轮止动器安装到滑动杆上。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，充电装置包括覆盖发射线圈的线圈垫。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，可视目标放置在滑动杆的前面。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，充电装置相对于安装在电气化车辆上的接收装置与滑动杆一致地移动到某个位置。

在前述任意系统的进一步非限制实施例中，充电装置在第一位置和第二位置之间是可移动的，其中在第一位置中，充电装置的发射线圈与接收装置的接收线圈偏移，在第二位置中，发射线圈与接收线圈对准。

根据本发明的另一个示例性方面的车辆充电系统除了其它包括充电装置和包括至少一个车轮导引装置的对准系统，该车轮导引装置接合电气化车辆的车轮以将充电装置相对于电气化车辆的接收装置定位。

在前述车辆充电系统的进一步非限制实施例中，对准系统包括接合电气化车辆的第一车轮的第一车轮导引装置和接合电气化车辆的第二车轮的第二车轮导引装置。

在前述任一车辆充电系统的进一步非限制实施例中，至少一个车轮导引装置弯曲以沿着车轮内表面行进。

在前述任意车辆充电系统的进一步非限制实施例中，对准系统包括滑动杆和连杆，该连杆从滑动杆延伸并承载充电装置。

在前述任意车辆充电系统的进一步非限制实施例中，至少一个车轮导引装置包括安装在滑动杆第一侧的第一车轮导引装置和安装在滑动杆第二侧的第二车轮导引装置。

在前述任意车辆充电系统的进一步非限制实施例中，至少一个车轮导引装置包括安装在滑动杆第一侧上的第一车轮导引装置和安装在滑动杆第二侧上的第二车轮导引装置。

在前述任意车辆充电系统的进一步非限制实施例中，对准系统绕着锁定枢轴可枢轴转动。

在前述任意车辆充电系统的进一步非限制实施例中，充电装置在第一位置和第二位置之间是可移动的，其中在第一位置中，充电装置的发射线圈与接收装置的接收线圈偏移，在第二位置中，发射线圈与接收线圈对准。

根据本发明的另一个示例性方面的方法除了其它包括利用电气化车辆的运动移动充电装置来相对于电气化车辆的接收装置自动对准充电系统的充电装置。

前述段落、权利要求或具体实施方式和附图的实施例、示例和替代项，包括它们的任何各个方面或各自的各个特征，可以被单独或者任意组合起来使用。与一个实施例有关说明的特征适用于所有的实施例，除非这些特征是矛盾的。

从如下具体实施方式中可以得知，本发明的各个特征和优点对于所述技术领域的技术人员将是显而易见的。伴随着具体实施方式的附图可以简短描述如下。

附图说明

图1图示说明了电气化车辆的动力传动系统。

图2展示了配备有车辆充电系统的停车位。

图3展示了车辆充电系统的透视图。

图4展示了车辆充电系统的俯视图。

图5A和5B图示说明了根据本发明的一个非限制实施例的车辆充电方法。

具体实施方式

本发明涉及一种对电气化车辆的电池无线充电的充电系统。该充电系统包括对准系统，该对准系统适合于接合电气化车辆以将充电装置相对于电气化车辆精确定位在充电位置。一旦充电装置相对于安装在电气化车辆上的接收线圈正确定位，电能就从充电装置转移到接收线圈。该电能随后可以转换为电，用于为电气化车辆的电池提供动力和给电气化车辆的电池再充电。这些以及其他特征将在此更详细的讨论。

图1示例性的展示了电气化车辆12的动力传动系统10。应当理解的是，此处描述的概念不仅限于混合动力电动车辆(HEV)，而是可以延伸到其它电气化车辆，包括但不仅限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)。

在一个实施例中，动力传动系统10是使用第一传动系统和第二传动系统的动力分配系统，其中第一传动系统包含发动机14和发电机16(也就是第一电机)，第二传动系统至少包括马达36(也就是第二电机)、发电机16和电池50。例如，马达36、发电机16和电池50可以组成动力传动系统10的电力驱动系统25。第一和第二传动系统产生扭矩，从而驱动一组或多组电气化车辆12的车辆驱动轮30。

发动机14——例如内燃发动机——和发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限制实施例中，动力传输装置18是行星齿轮组。当然，其它类型的动力传输单元——包含其它齿轮组和变速器——也可以用于连接发动机14和发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20，中心齿轮22和支架总成24。当作为发电机以将动能转换为电能的时候，发电机16被动力传输单元18驱动。发电机16也可以选择性地发挥马达的功能将电能转换为动能，从而输出扭矩到轴26，轴26连接在动力传输单元18的支架总成24上。因为发电机16操作地连接在发动机14上，发动机14的速度可以被发电机16控制。

动力传输单元18中的环形齿轮20可以连接到轴28，轴28通过第二动力传输单元32连接到车辆驱动轮30上。第二动力传输单元32可以包括含有多个齿轮34A,34B,34C,34D,34E和34F的齿轮组。其他动力传输单元也是适合的。齿轮34A-34F将扭矩从发动机14转移到差速器38，从而为车辆驱动轮30提供牵引力。差速器38可以包括多个能够使扭矩转移到车辆驱动轮30上的齿轮。第二动力传输单元32通过差速器38机械性地耦接在轮轴40上以将扭矩分配到车辆驱动轮30。

马达36也可以用于通过输出扭矩到轴46驱动车辆驱动轮30，轴46也连接到第二动力传输单元32上。在一个实施例中，马达36和发电机16是再生制动系统的一部分，在该系统中马达36和发电机16可以用作马达来输出扭矩。例如，马达36和发电机16每一个都可以向高压母线48和电池50输出电力。

电池50可以是能够输出电力运转马达36和发电机16的高压电池。也可以包括其他类型的储能装置和/或输出装置用于供电气化车辆12使用。在电气化车辆12的非限制性PHEV实施例中，电池50可以使用充电适配器45再充电或部分地再充电，充电适配器45连接到由外部电源——例如电网、太阳能电池板，或诸如此类——供电的充电站。

马达36，发电机16，动力传输单元18和动力传输单元32可以通常被称为电气化车辆12的驱动桥42，或变速器。因此，当驾驶员选择特定挡位时，通过给车辆驱动轮30提供牵引力，驱动桥42适当地被控制用于为使电气化车辆12前行提供对应的齿轮。

动力传动系统10可以另外包括控制系统44，用于监控和/或控制电气化车辆12的各个方面。例如，控制系统44可以与电力驱动系统25，动力传输单元18，32或其他组件通讯，从而监控和/或控制电气化车辆12。控制系统44包括电子器件和/或执行必要的用于操作电气化车辆12的控制功能的软件。在一个实施例中，控制系统44是组合式车辆系统控制器和动力传动系统控制模块(VSC/PCM)。虽然示出为单独的硬件装置，但控制系统44可以包括多个硬件装置形式的多个控制器，或者一个或多个硬件部件内的多个软件控制器。

控制器局域网络(CAN)52允许控制系统44与驱动桥42通讯。例如，控制系统44可以从驱动桥42接收信号来指示挡位之间的转变是否发生。控制系统44也可以与电池50的电池控制模块或其他控制装置通讯。

此外，电力驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，例如逆变器系统控制器(ISC)。控制器54配置为控制驱动桥42内的特定组件，例如发电机16和/或马达36，例如用于支持双向功率流。在一个实施例中，控制器54是与可变电压转换器结合的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。

在一个非限制实施例中，电气化车辆12有两个基本的操作模式。电气化车辆12可以以电动车辆(EV)模式运转，其中马达36用于车辆推进(通常不依靠发动机14的援助)，从而在某种驾驶模式/周期时，耗尽电池50的荷电状态直到其最大允许的放电率。EV模式是电气化车辆12运转的电荷耗尽模式的示例。EV模式期间，电池50的荷电状态可以在某些情况下增加，例如由于再生制动期间。发动机14通常不允许在默认EV模式下运转，但可以根据车辆系统状态在必要时运转，或被操作者允许时运转。

电气化车辆12此外可以在混合动力(HEV)模式下运转，在混合动力(HEV)模式中，发动机14和马达36都用作车辆推进。HEV模式是电气化车辆12运转的电荷持续模式的示例。在HEV模式期间，电气化车辆12可以减少马达36推进使用，以便通过增加发动机14推进使用来保持电池50的荷电状态处在恒定或近似恒定的水平。除了EV和HEV模式，电气化车辆12也可以在其他模式下运行。

电气化车辆12的电池50进行无线充电是值得期待的。为了实现这个目的的示例性充电系统在下面有更具体的描述。

图2示例性展示了停车位56。停车位56可以位于停车场、车库、车道或在停放车辆99的任何其他表面。车辆99可以是任何类型的电气化车辆，包括但不限于图1的电气化车辆12。停车位56配备有适合给车辆99的电池50无线充电的充电系统58。

在一个实施例中，充电系统58包括可以相对于车辆99将充电装置62精确定位的对准系统60。正如下面更具体的讨论中所说，为了相对于安装到车辆99的接收装置65定位充电装置62，对准系统60可以在横向L1自动移动充电装置62。

正如我们所知道的，充电装置62相对于接收装置65的适当对准对于装置之间的无线传输电磁能是必要的。无线转移到车辆99的接收装置65的电能可以转化为向电池50提供动力和/或给电池50充电的电。

图3和图4展示了一种示例性的为电气化车辆的高压电池无线充电的充电系统58。充电系统58可以包括可视目标64，对准系统60和充电装置62。在一个实施例中，可视目标64与对准系统60分离并可以横向放置在对准系统60前面的位置(也就是对准系统60的前侧在远离停放的车辆的方向)。

可视目标64可以延伸到足够高到被车辆驾驶员看到的高度H(见图3)。在一个非限制实施例中，可视目标64直接放置在电气化车辆的驾驶员座位的前边的位置(也可见图5A)。这种放置实质上减少了任何可能出现在车辆停放时的视差。正如下面关于图5A和图5B中讨论的，车辆驾驶员可以利用可视目标64适当地确定电气化车辆相对于充电系统58的方向。

对准系统60可以包括滑动杆66，连杆68，一个或多个车轮导引装置70，以及轮板总成72。滑动杆66在横向L1(也就是向左或向右)相对于一个或多个滑轨74可移动。两个滑轨在图4中示出；然而，对准系统60可以使用任意数量的滑轨74。作为充电系统58的底座，滑轨74是固定的并且可以安装到轮板总成72上。在一个实施例中，滑轨74包括滚珠轴承布置，使得滑动杆66在滑轨74内的横向L1平稳滑动。

滑动杆66还可以配备有一个或多个车轮止动器76(见图4)。车轮止动器76表示放置为阻止停放车辆的前进运动(纵向L2)的障碍物。在一个非限制实施例中，车轮止动器76是三角形的，并延伸到高于滑动杆66的高度(例如，见图5A)。然而，车轮止动器76可以包括任意尺寸或形状，并且可以放置在滑动杆66的任意位置，从而阻止车辆的前进运动。

连杆68可以附接在滑动杆66上并在与滑动杆66相反的尾端承载充电装置62。因此，滑动杆66的移动也移动连杆68和充电装置62。也就是说，充电装置62与滑动杆66一致地移动。在一个实施例中，连杆68横向于滑动杆66。在另一个实施例中，连杆68与滑动杆66是垂直的。

车轮导引装置70被安装到滑动杆66上，并从滑动杆66沿着与连杆相同的方向延伸。车轮导引装置70可以在朝着连杆68的方向弯曲。也就是说，在一个示例性的实施方式中，车轮导引装置70是弯曲杆。

在一个非限制实施例中，第一车轮导引装置70A安装在滑动杆66的第一侧78，并且第二车轮导引装置70B安装在滑动杆66的第二侧80。第一、第二车轮导引装置70A、70B可以接合车辆的相对的车轮。例如，当车辆车轮接触车轮导引装置70A、70B并相对于车轮导引装置70A、70B移动时，滑动杆66相对于滑轨74滑动以迫使车轮导引装置70A、70B与车轮对准。因此，对准系统60可以响应于车辆的车轮与车轮导引装置70A、70B的接合将充电装置62相对于车辆自动定位在充电位置。也就是说，通过对准系统60的车轮导引装置70A、70B，充电系统58相对于车辆自动自主定位于精确位置，从而给车辆电池充电。

车轮导引装置70A、70B可以间隔距离D1，并且充电装置62可以放置在距离滑动杆66距离D2的位置(见图4)。距离D1、D2可以在充电装置58安装期间被设置，用以容纳具有特定车轮-车轮尺寸的特定车辆，以及特定定位的接收装置(使得包括接收线圈)。这种特别的布置可以适合于对充电系统58的家庭使用。

作为选择，充电装置58可以适用于提供距离D1、D2的自动定位。自动定位特别适合用于不同的车辆使用充电系统58充电的停车场。例如，充电系统58可以包括通讯系统55(见图4)，例如Wi-Fi系统、蜂窝系统或类似系统，该系统可以与车辆通讯以获得车辆数据(车轮-车轮尺寸等)，并且必要时自动设置距离D1、D2以容纳该特定车辆。

对准系统60的轮板总成72可以包括第一轮板82和第二轮板84。底座86可以在第一轮板82和第二轮板84之间延伸(见图4)。在一个实施例中，滑轨74安装到底座86上。在一个实施例中，第一轮板82、第二轮板84以及底座86的每一个直接接触停车位的表面S。

当车辆接近充电系统58时，车辆车轮可以移动到第一轮板82和第二轮板84上面。充电系统58即使可以接触车辆的某一部分，也不会被从接近的车辆推开，因为车辆车轮在第一轮板82和第二轮板84顶部上的移动保持了它的定位。因此，即将到来的车辆移动产生的能量用于相对于车辆车轮对准车轮导引装置70A、70B。这样，在不必困难的将系统安装到表面S的情况下，充电系统58可安装和使用，因此，减少了安装成本并提高了重复利用性。

此外，对准系统60可以包括锁定枢轴88(见图4)。在一个非限制实施例中，充电系统58围绕锁定枢轴88可枢轴转动，从而相对于表面S改变充电系统58的旋转定位α。锁定枢轴88可以选择性地释放以使充电系统58旋转。例如，充电系统58会需要相对于即将到来的车辆旋转以相对于车辆更好地定位充电系统58。

在一个非限制装置中，充电装置62是感应充电装置。其他类型的无线充电系统也被预期为处在本发明的范围内。充电装置62可以包括覆盖发射线圈95的线圈垫98。充电装置62还包括将能量无线传输到附近装置所必要的其他组件，例如安装在需要充电的车辆上的接收装置。

图5A和5B图示性地展示了上述使用充电装置58(见图3和4)的车辆充电方法，该方法相对于车辆99的接收装置65自动对准充电装置62，从而给车辆99的电池50无线充电。虽然在这个实施例中，电池50示出与接收装置65相连接，但应该理解的是，其他组件也可以安置于其间用于将接收装置65接收的电能转化为可以用于为电池50提供动力和/或给电池50再充电的电。

首先参照图5A，当电气化车辆99进入配备有充电系统58的停车位56时，便开始了示例性的车辆充电方法。当车辆99进入停车位56时，车辆驾驶员可以使用可视目标64引导车辆99进入相对于充电系统58的对准系统60的合适方向。在一个非限制实施例中，可视目标64放置在车辆99的驾驶员侧92前方的直线视线LOS中。这种定位可以减少当车辆进入停车位56时可能以其他方式发生的视差的开始。车辆99可以纵向向前被驱动直到车辆车轮94邻接充电系统58的车轮止动器76，表明车辆99已经达到了相对于充电系统58的恰当纵向定位。

现在参照图5B，当车辆99朝着可视目标64纵向向前移动时，对准系统60的车轮导引装置70可以接合车轮94。当车辆99继续接近可视目标64时，车轮导引装置70可以滑动或以其他方式沿着车辆车轮94的内表面96行驶。当车轮导引装置70接合车辆车轮94时，对准系统60的滑动杆66可以在横向L1(左或右)移动，从而相对于车辆99使充电装置62放置在充电位置。换言之，在一个非限制实施例中，利用车辆99的运动移动充电装置62(通过滑动杆66)来相对于接收装置65自动对准充电装置62。

在一个非限制实施例中，滑动杆66的移动使连杆68和在第一位置X和第二位置X’(双点划线所示)之间移动、附接的充电装置62移动，其中在第一位置X中，充电装置62的发射线圈95与车辆99接收装置65的接收线圈90偏移，在第二位置X’中，发射线圈95与接收线圈90对准，使得电能可以从发射线圈95无线传输到接收线圈90。例如，当接收线圈90直接定位在发射线圈95上时，适当的对准可以实现。一旦适当对准，电磁场便在发射线圈95和接收线圈90之间产生，使得电能可以转移到接收装置65。随后电能可以用于给电池50充电。

在此描述的充电系统和方法提供了充电装置以免手动方式相对于车辆的横向和纵向的精确定位。建议的对准系统使用单个运转部件，并且不包括电子期间，其是稳健的，并提供可重复的结果。

虽然将不同非限制实施例示出为具有特定的组件或步骤，但本发明的实施例不仅限于那些特定组合。还可以使用来自任何非限制实施例的组件或特征与来自任何其他非限制实施例的特征或组件的结合。

应该理解的是，相似的附图标记确定贯穿于若干附图的对应的或类似的元件。应当理解的是，虽然在这些示例性实施例中公开和展示了特定的组件布置，但其他布置也可以从本发明的教导中受益。

前述说明书应当被认为是说明性的且没有任何限制的意义。所属技术领域的技术人员将理解的是某些修改会在本发明的范围内。为此，以下权利要求应当被用于确定本发明的真正范围和内容。

Claims (12)

1.一种车辆充电系统，包含：

滑动杆；

附接在所述滑动杆上的连杆；以及

被所述连杆承载并随着所述滑动杆移动的充电装置，其中所述充电装置相对于所述连杆固定定位。

2.如权利要求1所述的车辆充电系统，其中所述滑动杆相对于至少一个滑轨是可移动的。

3.如权利要求2所述的车辆充电系统，其中所述至少一个滑轨安装在轮板总成上。

4.如权利要求3所述的车辆充电系统，其中所述轮板总成包括第一轮板，第二轮板，以及连接所述第一轮板和所述第二轮板的底座。

5.如权利要求1所述的车辆充电系统，包含至少一个安装到所述滑动杆上的车轮导引装置。

6.如权利要求5所述的车辆充电系统，其中所述至少一个车轮导引装置包括安装在所述滑动杆第一侧的第一车轮导引装置和安装在所述滑动杆第二侧的第二车轮导引装置。

7.如权利要求5所述的车辆充电系统，其中所述至少一个车轮导引装置在朝向所述连杆的方向上弯曲。

8.如权利要求1所述的车辆充电系统，包含至少一个安装到所述滑动杆上的车轮止动器。

9.如权利要求1所述的车辆充电系统，其中所述充电装置包括覆盖发射线圈的线圈垫。

10.如权利要求1所述的车辆充电系统，包含定位于所述滑动杆前面的可视目标。

11.如权利要求1所述的车辆充电系统，其中所述充电装置相对于安装在电气化车辆上的接收装置与所述滑动杆一致地可移动到某个位置。

12.如权利要求11所述的车辆充电系统，其中所述充电装置在第一位置和第二位置之间是可移动的，其中在第一位置中，所述充电装置的发射线圈与所述接收装置的接收线圈偏移，在第二位置中，所述发射线圈与所述接收线圈对准。