CN107867196A - 车辆充电器定位方法和充电器总成 - Google Patents

Abstract

一种示例性充电器定位方法除了别的之外还包括基于传导式充电器和车辆之间的无线传输，相对于车辆的充电端口定位传导式充电器的充电插头。示例性充电器总成包括与车辆或传导式充电器中的一个相关联的发射器系统、与车辆或传导式充电器中的另一个相关联的接收器系统以及响应于来自发射器系统的传输将传导式充电器的充电插头移动到充电位置的致动器。

Description

车辆充电器定位方法和充电器总成

技术领域

本公开涉及将充电插头定位在充电位置以将传导式充电器连接到电动车辆的充电端口。

背景技术

电动车辆与常规机动车辆不同，因为电动车辆使用由电池组供电的一个或多个电机选择性地驱动。电机可以驱动电动车辆，替代或者另外使用内燃机驱动。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(FCV)和电池电动汽车(BEV)。

电动车辆的动力传动系统通常配备有具有存储为电机供电的电力的电池单元的电池组。可以通过再生制动或通过内燃机在驱动期间对电池单元进行再充电。一些电动车辆(例如PHEV)连接充电器以将电力从电网源传输到电池单元。

发明内容

示例性充电器定位方法除了别的之外还包括基于传导式充电器和车辆之间的无线传输，相对于车辆的充电端口定位传导式充电器的充电插头。

在上述方法的另一示例中，无线传输从车辆发出并且被传导式充电器接收。

在任何上述方法的另一示例中，无线传输由线圈产生，并且该方法包括在使用线圈的定位之后对车辆进行充电。

任何上述方法的另一示例包括定位是自动定位。

任何上述方法的另一示例包括进一步基于红外识别进行定位。

任何上述方法的另一示例包括进一步基于超声波识别进行定位。

任何上述方法的另一示例包括进一步基于光学识别进行定位。

任何上述方法的另一示例包括在定位期间使充电插头或充电端口的一部分接收在充电插头或充电端口中的另一个中，并且通过充电端口对车辆进行传导式充电。

在任何上述方法的另一示例中，无线传输是磁场。

根据本公开另一示例性方面的充电器总成除了别的之外还包括与车辆或传导式充电器中的一个相关联的发射器系统、与车辆或传导式充电器中的另一个相关联的接收器系统、以及致动器，该致动器响应于来自发射器系统的传输，将传导式充电器的充电插头移动到充电位置。

在上述充电器总成的另一示例中，当处于充电位置时，充电插头物理地连接到车辆的充电端口。

在上述充电器总成的另一示例中，发射器系统包括第一线圈，并且接收器系统包括第二线圈。

在上述充电器总成的另一示例中，传输是磁场。

在上述充电器总成的另一示例中，发射器系统安装到车辆，并且接收器系统安装到传导式充电器。

在上述充电器总成的另一示例中，接收器系统安装到充电插头。

上述充电器总成的另一示例包括红外发射器和红外检测器。致动器响应于红外信号另外地将充电插头移动到充电位置。

上述充电器总成的另一示例包括超声波发射器和超声波检测器。致动器响应于超声波信号另外地将充电插头移动到充电位置。

上述充电器总成的另一示例包括光学发射器和光学检测器。致动器响应于光学信号另外地将充电插头移动到充电位置。

上述充电器总成的另一示例包括发射器系统，该发射器系统包括至少三个单独的发射器。

附图说明

通过详细描述，所公开的示例的各种特征和优点对本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可以简要描述如下：

图1示出了电动车辆和处于充电位置的示例充电器总成的主视图；

图2示出了电动车辆和处于非充电位置的图1的传导式充电器总成的局部示意图；

图3示出了图2的充电器总成和处于非充电位置的电动车辆的充电端口的特写透视图和局部示意图；

图4示出了图2的处于非充电位置的充电端口的选定部分和充电器总成的选定部分的高度示意图；

图5示出了处于充电位置的图4的充电端口的部分和充电器总成的部分；

图6示出了使用充电器总成为图1的电动车辆的充电的示例方法的流程。

具体实施方式

本公开涉及一种对电动车辆充电的充电器总成。充电器总成可以自动地移动到充电位置，在充电位置，充电插头在充电位置与电动车辆的充电端口连接。当充电插头处于充电位置时，充电器总成可以对车辆进行传导式充电。

参考图1至图5，示例电动车辆10包括牵引电池14、电机18、控制模块22、至少两个驱动轮26、充电端口30和充电端口门32。电机18可以接收来自牵引电池14的电力。电机18将电力转换为扭矩以驱动轮26。牵引电池14是相对高压的牵引电池。

车辆10是全电动车辆。在其他示例中，电动车辆是插电式混合动力电动车辆，其使用由内燃机提供的扭矩来替代电机18或者除了电机18以外地选择性地驱动车轮。

在该示例中，电动车辆10被示出为停放在充电器总成34附近，该充电器总成34可以用于使用来自电源38的电力为牵引电池14充电，电源38是电网电源。在另一示例中，充电器总成34使用由电池组提供的电力对牵引电池14充电。本公开不限于电动车辆10。也就是说，本公开的教导除了别的之外还适用于连接到充电器总成以对电池充电的任何车辆。

在示例性实施例中，充电器总成34包括基部40、致动器44和充电插头48。在该示例中，充电器总成34是传导式充电器。传导式充电器可能需要一些物理连接，例如将装置连接在一起的导体。由于导体，传导式充电不被认为是无线电力传输。

与传导式充电器相比，感应充电器不需要在充电插头和充电端口之间的直接物理连接来传输能量。相反，电磁场用于将能量传输到电动车辆。感应充电器通常被认为是无线充电器。感应充电被认为是无线电力传输。

在充电期间，充电插头48自动地从非充电位置移动到图1和图5的充电位置。在充电位置，充电插头48直接连接到电动车辆10的充电端口30。充电端口门32打开以允许充电插头48在充电位置连接充电端口30。

当充电器总成34的充电插头48处于充电位置时，电能可以从电源38通过充电器总成34移动到电动车辆10。在该示例中，充电是使用来自AC(交流)电源的电力的AC充电。在另一示例中，充电是DC(直流)充电，其中充电器连接到充电端口30的DC接口50。

在图1中，充电器总成34被示出为充电插头处于充电位置，在该位置，充电插头48直接连接到电动车辆10的充电端口30。值得注意的是，充电器总成34可以自动地将充电插头48从图2的非充电位置移动到图1的充电位置。因此，充电器总成34被认为是免提充电器总成。

充电器总成34包括充电端口定位系统，该系统用于确定将充电插头48移动到充电位置所必需的移动。充电端口定位系统除了别的之外还包括与电动车辆10相关联的发射器系统60以及与充电插头48相关联的接收器系统64。

发射器系统60包括产生磁场68的线圈。接收器系统64检测从发射器系统60发出的磁场。由接收器系统64检测到的磁场被传送到充电器总成34的信号处理单元72。

在非限制性实施例中，发射器系统60在电动车辆10上，并且接收器系统64在充电插头48上。示例性发射器系统60包括分布在充电端口30周围的三个单独的发射器62a、62b、62c。当充电插头48移动到充电位置时，使用三个发射器62a、62b、62c有助于充电端口定位系统对充电端口30的位置进行三角测量。

在另一示例中，接收器系统64包括分布在充电插头68周围以有助于三角测量的三个或更多单独的接收器，以及电动车辆10上的发射器系统60内的少于三个的发射器。接收器系统64可以是分布在充电插头68、与充电插头68相关联的充电电缆、或两者周围的环形传感器。

在另一示例中，接收器系统在电动车辆10上，并且发射器系统在充电插头48上。电动车辆10上的接收器系统可以包括三个或更多单独的接收器以有助于三角测量，并且充电插头48上的发射器系统可以包括少于三个单独的发射器。或者，充电插头48上的发射器系统可以包括三个或更多单独的发射器以有助于三角测量，并且电动车辆10上的接收器系统可以包括少于三个接收器。

致动器44、基部40或两者相对于发射器系统60移动接收器系统64和充电插头48。相对于发射器系统60移动接收器系统64改变传递到信号处理单元72的磁场的强度。充电器总成34基于磁场的强度将充电插头48相对于充电端口30定位。例如，充电器总成34可以通过将充电插头48移动到与给定频率下的最大检测磁场相对应的位置来将充电插头48相对于充电端口30定位。

信号处理单元72接收来自接收器系统64的与由接收器系统64检测到的在接收器系统64的位置处的磁场相对应的输入。输入可以是基于由接收器系统64检测到的磁场的电流测量结果。随着接收器系统64移动更靠近发射器系统60，信号处理单元72解释观察到的电流的增加。

信号处理单元72可以利用控制算法来找到最大检测到的磁场，并且因此找到发射器系统60关于充电端口50的位置。适合于定位检测到的磁场的最大值的示例性控制算法包括，但不限于干扰观测法(P&O)和极值搜索控制(ESC)。值得注意的是，ESC不会被限制在局部最大值，并且将寻找全局最大功率点。

在示例性非限制性实施例中，发射器62a、62b、62c是各自相对平的薄线圈，该薄线圈产生和传输低功率的磁场。由发射器62a、62b、62c产生和发射的磁场是非辐射能量传递，并且可以远低于100kHz。

在示例性非限制性实施例中，发射器62a、62b、62c配置为使得发射器62a、62b、62c各自具有大于或等于十的质量因子或“Q”。为了本实施例的目的，可以使用以下等式1来计算Q：

等式1：

在等式1中，L表示电感，R表示电阻，和F表示发射器62a、62b、62c的各自一个内的线圈的工作频率。选择和配置发射器62a、62b、62c具有大于或等于10的Q可以提供适合于由接收器系统64检测的磁场。增加Q可以扩展接收器系统64可以检测来自发射器系统60的磁场的范围。

示例性发射器62a、62b、62c可以是小于12.7毫米×12.7毫米的矩形或正方形线圈。与感应充电有关地使用的线圈可以与发射器62a、62b、62c的线圈相反，可以是160毫米×160毫米或更大。由发射器系统60产生和发射的磁场的强度大体上小于在感应充电中使用的线圈产生的磁场。

因为由发射器系统60产生和发射的磁场的强度大体上小于在感应充电中使用的线圈产生的磁场的强度，所以和与感应充电有关地使用的线圈的磁场相比，发射器系统60的磁场不太可能干扰例如医疗设备或其他设备。

发射器62a、62b、62c的线圈可以是空气冷却的。在一些示例中，每个线圈是铁氧体或金属衬垫。在其他示例中，发射器62a、62b、62c的线圈不包括铁氧体或金属衬垫。

示例性发射器62a、62b、62c可以封闭在非金属的紫外线保护的外壳中，以阻止水、灰尘和其它潜在的污染物到达发射器62a、62、62c。

发射器系统60可以是使用粘合剂固定到电动车辆10的售后总成。在这种示例中，发射器系统60可以是电池供电的。在其他示例中，发射器系统60从诸如牵引电池14或辅助电池的电动车辆10的电源获取电力。

来自每个发射器62a、62b、62c的磁场可以包括编码信号、加密信号、或两者，信号处理单元72利用该信号以将信号与多个单独的发射器62a、62b、62c中的特定一个相关联。多个单独的发射器62a、62b、62c可以被定位成特定的模式。该模式对信号处理单元72是有益的，并且信号处理单元72命令充电插头48部分地基于该模式而移动。

来自发射器系统60的磁场可以包括包含车辆标识符的编码信号、加密信号或两者。当确定在何处定位充电插头48时，信号处理单元72可以利用车辆标识符。例如，信号处理单元72可命令充电插头48移动到与发射器系统60的位置偏离的位置。基于车辆标识符确定偏移。再次，可以基于来自发射器系统60的磁场的峰值强度来计算发射器系统60的位置。

充电器总成34可以联网以接收关于新车辆型号或端口配置的更新。信号处理单元72可根据需要调取该更新的信息，以允许信号处理单元72理解来自发射器系统60、新发布的发射器系统60或具有定位在新位置的发射器62a、62b、62c的发射器系统60的新编码信号。

来自发射器系统60的磁场可以穿过障碍物。因此，即使发射器系统60和接收器系统64在电动车辆10的相对侧上，接收器系统64也可以检测发射器系统60的位置。

参考充电器总成34，基部40可以响应于来自信号处理单元72的命令而移动。在该示例中，基部40包括可以旋转以改变基部40相对于电动车辆10的位置的轮76。在示例性非限制性实施例中，基部40可以移动以沿着图1中所示的Y轴线以及沿着延伸到图1中的页面之外的X轴线重新定位充电插头48。

致动器44可以响应于来自信号处理单元72的命令而移动充电插头48。在示例性非限制性实施例中，致动器44可以包括第一臂80和第二臂84，第一臂80延伸和缩回以将充电插头48沿着在图1中示出的Z轴线定位，第二臂84延伸和缩回以将充电插头48沿着Y轴线定位。

在一些示例中，首先通过相对于充电端口30定位基部40来调整充电插头48的位置。然后使用具有第一臂80和第二臂84的致动器44进行更精确的调整，以使充电插头48的位置被微调。

致动器44可以包括机械致动器，例如运行为延伸和缩回第一臂80和第二臂84的马达。致动器44可以具有齿条和小齿轮结构，以允许精确地定位充电插头48。本领域技术人员和本公开的益处可以响应于来自信号处理单元72的一个或多个命令，选择适合于在特定位置移动充电插头的致动器。

特别参考图4，信号处理单元72可以利用来自除了接收器系统64之外的源的输入来帮助将充电插头48移动到充电位置。在该示例中，其他源包括来自超声波传感器90、摄像机94、红外传感器98或这些的一些组合的输入。

例如，超声波传感器90可以产生高频声波并且评估响应中接收到的回波。信号处理单元72可以使用回波来验证充电插头48处于充电位置。回波可以用于检测车辆10和充电器总成34之间的距离。

例如，摄像机94可以拍摄电动车辆10的照片，以验证充电器总成34在电动车辆10的正确一侧。如果信号处理单元72没有在图像中识别到充电端口30，则信号处理单元72可以命令充电器总成34移动到电动车辆10的相对侧。

例如，红外传感器98可以产生朝着电动车辆10的红外线。红外传感器98可以接收光束的反射或者识别光束的中断。响应于光束的反射或中断，信号处理单元72可以重新定位或调整充电插头48相对于充电端口30的位置。

参考图6，继续参考图1至图5，连接充电插头48的示例性方法100包括启动充电请求的步骤110。例如，当电动车辆10停放在充电器总成34附近的车库内时，用户可以在行驶周期结束时启动充电请求。

启动请求可以包括用户与电动车辆10的客舱内的触摸屏显示器或按钮交互。用户可以从电动车辆10的外部启动请求，例如通过与智能手机或者电脑上的充电程序交互。

在一些示例中，响应于电动车辆10移动到充电器总成34附近的位置，该请求自动地启动。电动车辆10的定位可以利用全球定位坐标或基于与充电器总成34或车库相关联的接近传感器来确定。

启动请求可以利用无线网络、无线个域网或蓝牙信号或光学识别(例如，QR(快速反应)码)。在其他示例中，启动请求可以依赖于其他通信方法，例如射频识别、近场通信或专用短距离通信。

在步骤110处启动充电请求之后，控制模块命令充电端口门32打开。例如，致动器可以用于打开充电端口门32。或者，由驱动器打开充电器门的动作可以触发从车辆到信号处理单元72的充电请求以启动充电事件。

然后，方法100移动到步骤120，其中发射器系统60开始传输充电器总成34用于定位充电端口30的磁场。然后在步骤130处，接收器系统64检测来自发射器系统60的磁场。

然后，在步骤140处，充电器总成34沿相对于电动车辆10的方向移动。如果充电器总成34的信号处理单元72检测到与检测到的磁场相关联的电流的增加，则充电器总成34继续沿该方向移动。如果电流减小，则充电器总成34沿另一方向移动，直到信号处理单元72将充电插头48定位在磁场最大化的位置。

发射器系统60和接收器系统64配置为使得当充电插头48在充电位置与充电端口30连接时检测到最大磁场。

在另一示例中，发射器系统60和接收器系统64配置为使得在与充电位置偏移的位置处检测到最大磁场。在这样的示例中，磁场可以包括与电动车辆10相关联的标识符。然后，信号处理单元72将充电插头48移动到与最大磁场的位置偏移的充电位置。基于标识符确定偏移量。信号处理单元72可以从数据库中提取信息，以确定哪个偏移量应该用于特定车辆。数据库可以包括关于将特定车型的发射器系统的位置与该车辆的充电端口位置相关联的各种车型的信息。

在步骤150处，方法100使用从电源38获取的电能开始对电动车辆10的牵引电池14进行充电。当充电插头48处于充电位置并且电动车辆10正在充电时，发射器系统60的线圈被关闭。在另一示例中，发射器系统60的线圈在充电期间保持开启。

一些所公开的示例的特征包括不依赖于大功率磁场的免提充电器。充电器不需要专门的安装，但是可以按照与标准电动车辆供应设备相同的方式进行安装。充电器可以使用各种充电标准，并且不是特定型号。

前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例的变化和修改对于本领域技术人员来说可能变得显而易见，这些变化和修改不一定偏离本公开的实质。因此，给予本公开的法律保护的范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种充电器定位方法，包括：

基于传导式充电器和车辆之间的无线传输，相对于所述车辆的充电端口定位所述传导式充电器的充电插头。

2.根据权利要求1所述的充电器定位方法，其中所述无线传输从所述车辆发出并且被所述传导式充电器接收。

3.根据权利要求1所述的充电器定位方法，其中所述无线传输由线圈产生，并且所述方法包括在使用所述线圈的所述定位之后对所述车辆进行充电。

4.根据权利要求1所述的充电器定位方法，其中所述定位是自动定位。

5.根据权利要求1所述的充电器定位方法，其中所述定位还基于红外识别、超声波识别或者光学识别。

6.根据权利要求1所述的充电器定位方法，进一步包括在所述定位期间使所述充电插头或所述充电端口的一部分接收在所述充电插头或所述充电端口中的另一个中，并且通过所述充电端口对所述车辆进行传导式充电。

7.根据权利要求1所述的充电器定位方法，其中所述无线传输包括磁场。

8.一种充电器总成，包括：

与车辆或传导式充电器中的一个相关联的发射器系统；

与所述车辆或所述传导式充电器中的另一个相关联的接收器系统；和致动器，所述致动器响应于来自所述发射器系统的传输，将所述传导式充电器的充电插头移动到充电位置。

9.根据权利要8所述的充电器总成，其中所述充电插头当处于所述充电位置时物理地连接到所述车辆的充电端口。

10.根据权利要求8所述的充电器总成，其中所述发射器系统包括第一线圈，并且所述接收器系统包括第二线圈，并且可选择地其中所述发射器系统包括至少三个单独的发射器。

11.根据权利要求8所述的充电器总成，其中所述传输是磁场。

12.根据权利要求8所述的充电器总成，其中所述发射器系统安装到所述车辆，并且所述接收器系统安装到所述传导式充电器，并且可选择地其中所述接收器系统安装到所述充电插头。

13.根据权利要求8所述的充电器总成，进一步包括红外发射器和红外检测器，其中所述致动器响应于红外信号而另外地将所述充电插头移动到所述充电位置。

14.根据权利要求8所述的充电器总成，进一步包括超声波发射器和超声波检测器，其中所述致动器响应于超声波信号而另外地将所述充电插头移动到所述充电位置。

15.根据权利要求8所述的充电器总成，进一步包括光学发射器和光学检测器，其中所述致动器响应于光学信号而另外地将所述充电插头移动到所述充电位置。