CN112776625A - 用于免持电动化车辆充电的系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于免持电动化车辆充电的系统”。一种车辆充电站，包括：护罩，所述护罩被配置为引导车辆充电插头，所述车辆充电插头随着车辆朝向所述充电站移动而从所述车辆朝向充电连接器降低。所述车辆充电插头和所述充电连接器具有触点，所述触点布置在大致垂直于其上搁置有所述车辆充电站的表面的连接器面上。

Description

用于免持电动化车辆充电的系统
技术领域
本申请总体上涉及用于电动化车辆的自动化免持充电。
背景技术
电动化车辆包括牵引电池，所述牵引电池可以通过连接到外部充电器来再充电。所述电动化车辆包括用于从外部充电器接收充电连接器的充电端口或插头。为了方便操作人员，充电端口位于车身面板上。充电系统通常依赖于将充电连接器手动耦接到车辆充电插头来发起充电。因此，充电系统通常被设计成促进车辆操作员的手动耦接。
发明内容
一种车辆充电系统包括充电连接器，所述充电连接器耦接到电源并且具有触点，所述触点布置在大致垂直于其上搁置有所述车辆充电系统的表面取向的面上。所述车辆充电系统包括护罩，所述护罩耦接到所述充电连接器并且限定从所述充电连接器通向一对成角度表面的通道，所述对成角度表面被配置为引导充电插头的元件，所述充电插头从车辆降低并朝向所述充电连接器移动到所述通道中。所述车辆充电系统包括锁定销，所述锁定销耦接到致动器并且被配置为选择性地延伸到所述通道中并限制所述充电插头的移动。
所述致动器可以是螺线管。所述护罩还可以被配置有上表面，所述上表面被成形为远离所述通道和所述充电连接器倾斜以引导液体远离所述通道。所述充电连接器还可以包括一个或多个磁性元件以吸引所述充电插头。所述护罩可以包括集成支撑件，所述集成支撑件被配置为将所述护罩支撑在所述表面上并且限定开放侧以防止碎屑积聚在所述护罩下方。所述车辆充电系统还可以包括柔性支脚，所述柔性支脚耦接到所述护罩并且被配置为将所述护罩支撑在所述表面上。所述车辆充电系统还可以包括加热元件，所述加热元件耦接到所述护罩并且被配置为防止冰积聚在所述充电连接器附近。所述车辆充电系统还可以包括充电状态指示器，所述充电状态指示器耦接到充电电缆，所述充电电缆耦接到所述充电连接器并且被配置为传达所述车辆充电系统的状态。所述充电状态指示器还可以包括用于在充电期间传达车辆电池的荷电状态的多个灯元件。所述充电状态指示器还可以包括显示元件，所述显示元件被配置为显示充满电时间。所述充电状态指示器可以包括多色照明元件以传达所述状态。
一种车辆包括：充电插头，所述充电插头具有触点，所述触点布置在大致垂直于所述车辆在其上行进的表面取向的面上；以及电缆，所述电缆耦接到所述充电插头。所述车辆包括电缆卷轴，所述电缆卷轴被配置为选择性地将所述电缆缠绕在所述电缆卷轴上和从所述电缆卷轴上解绕以升高和降低所述充电插头。所述车辆包括致动器，所述致动器耦接到所述电缆卷轴并且被配置为旋转所述电缆卷轴。所述车辆包括连接器保持框架，所述连接器保持框架被配置为在所述充电插头缩回时接纳所述充电插头并且所述电缆穿过其中，并且包括用于所述触点的盖部分和用于随着所述充电插头缩回而引导所述充电插头的成角度表面。
所述充电插头还可以包括锁定机构，所述锁定机构被配置为在被致动时接合环，所述环从充电站连接器延伸到所述充电插头的所述面中。所述致动器可以是电动马达。所述充电插头还可以包括一个或多个磁性元件，所述一个或多个磁性元件被配置为将所述充电插头吸引到充电站连接器。所述车辆还可以包括对准带轮，所述对准带轮被配置为引导所述电缆穿过连接器保持框架并且将所述电缆导引到所述电缆卷轴。
一种用于将车辆的充电插头耦接到地基充电站的充电连接器的方法包括：引导耦接到充电插头的元件，随着车辆朝向所述充电站移动，所述充电插头从所述车辆朝向通道降低，其中所述通道将所述充电插头引导到所述充电连接器。所述方法包括使用磁力将所述充电插头吸引到所述充电连接器。所述方法包括接合锁定机构以防止所述充电插头移动。所述方法包括在所述充电连接器与所述充电插头之间传输电力以对所述车辆的电池充电。
所述方法还可以包括在车辆控制器与充电站控制器之间建立无线通信。所述方法还可以包括在充电期间禁用所述车辆的推进装置。所述方法还可以包括使用一个或多个止轮器来限制所述车辆的前进运动。
附图说明
图1描绘了电动化车辆的可能配置。
图2描绘了车辆充电连接器的可能配置。
图3描绘了地基自动充电装置的可能配置。
图4描绘了连接有车辆充电连接器的地基自动充电装置的可能配置。
图5描绘了连接有可伸缩车辆充电连接器的地基自动充电装置的可能配置。
图6描绘了部署在停车或充电区域中的多个地面自动充电装置的可能配置。
图7描绘了示出当车辆接近地基自动充电装置时执行的可能操作序列的图式。
图8A和图8B描绘了用于使用车辆充电连接器和地基自动充电装置对车辆充电的可能操作序列的流程图。
图9是自动充电装置的处于解锁状态的锁定机构的可能配置。
图10是自动充电装置的处于锁定或接合状态的锁定机构的可能配置。
具体实施方式
本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而仅解释为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一附图示出和描述的各个特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以是所期望的。
图1描绘了可以被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电动化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可以包括一个或多个电机114，所述一个或多个电机机械地耦接到齿轮箱或混合动力变速器116。电机114可能能够充当马达和发电机。另外，混合动力变速器116机械地耦接到发动机118。混合动力变速器116还机械地耦接到驱动轴120，所述驱动轴机械地耦接到车轮122。电机114可以在发动机118开启或关闭时提供推进和再生制动能力。电机114还可以充当发电机，并且可以通过回收通常在摩擦制动系统中作为热量损失的能量来提供燃料经济性益处。电机114还可以通过使发动机118以更高效的转速操作以及在某些条件下使电动化车辆112在发动机118关闭的情况下以电动模式操作来减少车辆排放。电动化车辆112还可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，可能不存在发动机118。
电池组或牵引电池124存储可由电机114使用的能量。牵引电池124可以提供高压直流(DC)输出。接触器模块142可以包括一个或多个接触器，所述一个或多个接触器被配置为在断开时将牵引电池124与高压总线152隔离，并且在闭合时将牵引电池124连接到高压总线152。高压总线152可以包括用于在高压总线152上载运电流的电力导体和返回导体。接触器模块142可以位于牵引电池124中。
一个或多个电力电子模块126(也称为逆变器)可以电耦接到高压总线152。电力电子模块126还电耦接到电机114，并且提供在牵引电池124和电机114之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池124可以提供DC电压，而电机114可以利用三相交流(AC)操作以起作用。电力电子模块126可以将DC电压转换为三相AC电流来操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可以将来自充当发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可以为其他车辆电气系统提供能量。车辆112可以包括DC/DC转换器模块128，所述DC/DC转换器模块将来自高压总线152的高压DC输出转换为与低压负载156兼容的低压总线154的低压DC水平。DC/DC转换器模块128的输出可以电耦接到辅助电池130(例如，12V电池)，以用于对辅助电池130充电。低压负载156可以经由低压总线154电耦接到辅助电池130。一个或多个高压电气负载146可以耦接到高压总线152。高压电气负载146可以具有相关联的控制器，所述控制器在适当的时候操作和控制高压电气负载146。高压电气负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电动化车辆112可被配置为从外部电源136对牵引电池124再充电。外部电源136可以是与电气插座的连接。外部电源136可以电耦接到充电站或电动车辆供电装备(EVSE)138。外部电源136可以是由电力公司提供的电力分配网络或电网。EVSE 138可以提供电路和控件以调节和管理电源136与车辆112之间的能量传输。外部电源136可以向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可以具有用于耦接到车辆112的充电端口134的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为将电力从EVSE 138传输到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可以电耦接到车载电力转换模块或充电器。充电器132可以调节从EVSE 138供应的电力，以向牵引电池124和高压总线152提供适当的电压水平和电流水平。充电器132可以电耦接到接触器模块142。充电器132可以与EVSE 138对接以协调对车辆112的电力输送。EVSE连接器140可以具有与充电端口134的对应凹部配合的销。替代地，被描述为电耦接或连接的各种部件可以使用无线感应耦接来传输电力。
可以提供车轮制动器144以用于使车辆112减速并阻止车辆112的运动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某种组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可以包括用于操作车轮制动器144的其他部件。出于简单起见，附图描绘了制动系统150与车轮制动器144中的一者之间的单一连接。暗示制动系统150与其他车轮制动器144之间的连接。制动系统150可以包括用于监测并且协调制动系统150的控制器。制动系统150可以监测制动部件并且控制车轮制动器144以使车辆减速。制动系统150可响应于驾驶员命令，并且还可自主操作以实现诸如稳定性控制的特征。制动系统150的控制器可以在由另一个控制器或子功能请求时实现施加所请求的制动力的方法。
车辆112内的电子模块可以经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线，诸如控制器局域网(CAN)。车辆网络的信道中的一者可以包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802系列标准限定的以太网网络。车辆网络的附加信道可以包括模块之间的离散连接并且可以包括来自辅助电池130的电力信号。可以通过车辆网络的不同信道传输不同的信号。例如，视频信号可以通过高速信道(例如，以太网)传输，而控制信号可以通过CAN传输或可以是离散信号。车辆网络可以包括有助于在模块之间传输信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未在图1中示出，但可能暗示车辆网络可以连接到车辆112中存在的任何电子模块。可以存在车辆系统控制器(VSC)148来协调各种部件的操作。
车辆112可以包括无线通信模块170，所述无线通信模块被配置为实现无线通信。无线通信模块170可以包括天线和接口电路以实现一个或多个无线通信标准。例如，无线通信模块170可以支持无线以太网(例如，IEEE 802.11)和蓝牙通信接口。无线通信模块170可以用于与EVSE 138建立无线通信信道以促进充电。
电动化车辆112还可以包括用户界面160。用户界面160可以提供用于向操作员传达信息的多种显示元件。用户界面160可以提供用于从操作员接收信息的多种输入元件。用户界面160可以包括一个或多个显示器。显示器可以是触摸屏显示器。用户界面160可以包括离散的灯具/灯。例如，灯具可以包括发光二极管(LED)。用户界面160可以包括开关、旋钮和按钮以用于允许操作员改变各种设置。用户界面160可以包括经由车辆网络通信的控制模块。用户界面160可以提供指示禁止充电以及禁止车辆操作的一个或多个显示元件。用户界面160还可以提供用于指示接触器模块142的状态的显示元件。显示元件可以包括离散的灯具和/或在消息显示区域中的消息。用户界面160还可以包括诊断终端，所述诊断终端允许使用诊断工具或其他装置来访问存储的控制器数据。例如，诊断终端可以允许用户或技术人员检索存储在车辆控制器中的诊断代码。
为了改进电动化车辆的用户体验，车辆充电系统可以结合免持充电。当前的车辆充电系统需要用户手动地将充电连接器定位到车辆充电端口。改进的系统可以允许充电站和车辆充电元件自动对准。
一些充电系统已经采用了无线或感应充电策略。此类系统通过对准发射线圈和接收线圈来感应地传输电力。虽然无线充电系统可能是有效的，但是此类系统尚未得到广泛采用。另外，无线系统需要来自当前的导电充电系统的基础设施更新。任何车辆充电系统中的考虑因素是成本。用于免持导电充电的现有策略包括各种致动器和传感器以适当地对准车辆的充电部件和充电站。这些传感器和致动器增加了此类系统的成本。更简单、更便宜的免持导电充电系统可能更可能获得广泛采用。
本文公开的车辆充电系统可以提供有效的免持导电充电，而无需复杂的对准特征。本文公开的车辆充电系统可以结合磁性元件、重力和弹簧来使用车辆的前进运动以对准和连接充电元件。公开了一种简单的充电站地面单元，其成本有效并且可以大量部署。充电系统使用水平取向(例如，平行于地面)的导电气触点。
所公开的车辆充电系统可以在地面单元或车辆上有或没有可移动盖的情况下操作。重力可以用于从车辆降低加配重的充电连接器。地面单元上的保护罩还用作电缆引导件以提供宏观定位。触点元件附近的磁性元件提供精细对准以配合连接器并提供力以固定连接件。所述系统还可以结合有弹簧加载机构以使充电电缆缩回。所述地面单元可以包括锁定机构以在充电期间固定充电连接间。
图2描绘了用于促进免持车辆充电的可能的车辆充电连接系统200。车辆充电连接系统200包括用于将充电连接器降低到车辆下方以与地基充电器配合的部件。
车辆充电连接系统200可以包括电缆卷轴202。电缆卷轴202可以被配置为盘绕和展开充电电缆208。充电电缆208可以包括用于传输电力和信号的导体。例如，充电电缆208可以包括耦接到电力转换模块132的电力导体。充电电缆208可以包括用于在充电期间传输信号的导体(例如，汽车工程师协会J1772标准接口)。信号导体可以电耦接到车辆内的车辆控制器230以进行处理。车辆控制器230可以包括处理单元以及易失性和非易失性存储器。车辆控制器230可以包括用于与各种部件对接的电路。车辆控制器230可以被编程为实现本文描述的各种特征。车辆控制器230可以连接到车辆网络，并且可以与无线通信模块170对接以通过无线通信信道进行通信。
电缆卷轴202可以由电动马达204驱动。电动马达204的轴可以耦接到电缆卷轴202。轴可以与中心轴线对准，电缆卷轴202被配置为围绕所述中心轴线旋转。在其他配置中，轴可以耦接到齿轮箱的输入轴，所述齿轮箱具有耦接到缆卷轴202的输出轴。电动马达204可以由车辆控制器230驱动。电缆卷轴202还可以是弹簧加载装置，使得弹簧将卷轴偏置到缩回位置。
车辆充电连接系统200还可以包括车辆充电插头或连接器216。车辆充电连接器216可以包括一个或多个电气触点220。电气触点220可以电耦接到充电电缆208的对应导体。车辆充电连接器216可以耦接到充电电缆208。车辆充电连接器216可以包括电缆保护器元件214，所述电缆保护器元件被配置为在靠近车辆充电连接器216的区域中围绕充电电缆208。电缆保护器元件214可以由与车辆充电连接器216相同的材料形成。电缆保护器元件214可以是耦接到车辆充电连接器216的中空圆柱体或销，从而允许充电电缆208穿过。一个或多个电气触点220可以被布置在车辆充电连接器216的面上。所述面可以大致垂直于车辆在其上行进的表面取向。也就是说，触点220可以被布置在平行于地面的竖直平面上。
车辆充电连接器216可以包括一个或多个配重元件(未示出)。车辆充电连接器216可以被设计成具有预定重量以防止在部署时的过度移动。所述重量也可以通过为车辆充电连接器216的壳体选择的材料来实现。例如，可以选择壳体的厚度以实现预定重量。
车辆充电连接系统200还可以包括连接器保持框架205。连接器保持框架205可以被配置为将车辆充电连接器216保持在缩回位置中。连接器保持框架205可以包括连接器引导元件206。连接器引导元件206可以被配置为在车辆充电连接器216处于缩回位置中时接纳所述车辆充电连接器。连接器保持框架205可以包括触点盖212，所述触点盖被配置为在处于缩回位置时保护触点220。触点盖212可以包括垫圈或其他密封元件。车辆充电连接器216的面的取向以及触点盖212保护电气触点220免于暴露于污染物。连接器保持框架205可以被配置为限定开口，充电电缆208可以通过所述开口升高和降低。连接器引导元件206可以包括一个或多个成角度或扩口表面，以帮助将车辆充电连接器216引导到缩回位置。例如，随着车辆充电连接器216升高，它可以接触连接器引导元件206，所述连接器引导元件将车辆充电连接器216朝向连接器保持框架205的开口引导。这允许车辆充电连接器216在缩回期间存在车辆充电连接器216的横向和纵向位移的情况下正确地安置在连接器保持框架205中。
车辆充电连接系统200还可以包括对准带轮210。对准带轮210可以被配置为将电缆208定位在连接器保持框架205的开口上方。对准带轮210可以被配置为将电缆208导引到电缆卷轴202。对准带轮210可以与电缆卷轴202或连接器保持框架205耦接到公共框架。对准带轮210可以被配置为随着充电电缆208在由对准带轮210限定的圆周通道中行进而围绕轴线旋转。对准带轮210的放置允许不同的安装和包装配置。
车辆充电连接器216可以包括在车辆充电连接器216的面上对准的一个或多个磁性元件218。磁性元件218可以被配置为在充电期间提供磁力以用于对准和固定与地基充电器的连接件。磁性元件218可以是永磁体。在一些配置中，磁性元件218可以是由车辆控制器230驱动的电磁体。
在驾驶循环(例如，不充电)期间，车辆充电连接器216可以处于缩回模式，其中车辆充电连接器216安置在连接器保持框架205中并由其保持。在缩回模式中，触点盖212保护电气触点220免受碎屑和污染物的影响。当车辆接近充电站时，车辆充电连接器216可以从连接器保持框架205降低。
图3描绘了自动充电装置(ACD)300的可能配置。ACD 300可以包括ACD充电插头或连接器304。ACD充电连接器304可以经由电缆306耦接到电源。ACD充电连接器304可以限定多个电气触点310，所述多个电气触点被布置在大致垂直于其上搁置有ACD 300的表面(例如，地面)取向的面上。所述面可以是大致竖直平面。ACD充电连接器304可以包括一个或多个磁性元件308，所述一个或多个磁性元件被配置为吸引并保持车辆充电连接器216。磁性元件308可以是永磁体和/或可以是由ACD控制器330驱动的电磁体。磁性元件308可以对准以匹配车辆磁性元件218的布置。磁性元件308可以被极化以与车辆磁性元件218互补，使得车辆磁性元件218和ACD磁性元件308被彼此吸引。ACD 300可以包括电缆接入盖316。电缆接入盖316可以允许进入ACD充电连接器304以检查连接件。电缆接入盖316可以是密封元件以防止水分进入ACD充电连接器304。
电缆306可以包括与触点310中的每一者相关联的导体。例如，导体可以向ACD充电连接器304中的对应触点310供电和接地。导体可以在ACD控制器330与车辆控制器230之间传输各种信号。电缆306可以耦接到EVSE 138。触点310可以被布置为与车辆充电连接系统200的电气触点220匹配。
ACD控制器330可以包括处理单元以及易失性和非易失性存储器。ACD控制器330可以包括用于与各种部件对接的电路。ACD控制器330可以被编程为实现本文描述的各种特征。ACD控制器330可以包括用于通过无线通信信道进行通信的无线通信收发器。ACD控制器330可以被配置为操作一个或多个ACD地面站。在一些配置中，ACD控制器330可以容纳为EVSE 138的一部分。
ACD 300还可以包括顶盖或护罩302。护罩302可以在第一端处耦接到ACD充电连接器304。护罩302可以被配置为遮盖ACD充电连接器304的触点310，以防止水或碎屑与触点310接触。护罩302可以由塑料或其他材料构成。护罩302可以限定通向ACD充电连接器304的通道312。护罩302还可以在与ACD充电连接器304所耦接的第一端相对或远离的表面上限定一对成角度表面314。成角度表面314可以被配置为引导从车辆朝向通道312降低的电缆(例如，208)。成角度表面314可以限定大致V形，使得朝向ACD充电连接器304移动的电缆朝向通道312引导。成角度表面314允许在对接期间车辆充电连接器216有一定程度的错位。也就是说，车辆充电连接器216在对接期间不必与ACD充电连接器304完全对准。
ACD 300可以包括加热元件320，所述加热元件被配置为加热靠近ACD充电连接器304的区域。可以选择加热元件320的位置以防止冰积聚在ACD充电连接器304附近。加热元件320可以电耦接到ACD控制器330。ACD控制器330可以被编程为响应于温度低于预定温度(例如，水冻结的温度)而激活加热元件320。ACD控制器330可以在低温条件期间的充电循环之间周期性地激活加热元件320，以防止水冻结在ACD充电连接器304附近。ACD控制器330可以包括或对接到温度传感器，所述温度传感器被配置为测量ACD 300的温度。
护罩302可以包括用于将护罩302升高到高于地平面的集成支撑件。例如，支撑件可以被模制为护罩302的一部分。护罩302可以被构造成具有开放侧，使得碎屑不会积聚在护罩302下方。开放侧可以允许碎屑继续穿过而不是积聚在护罩302下方。护罩302的上表面可以被配置为远离通道312倾斜以引导液体从上表面排出远离通道312。
图4描绘了ACD 400的另一种可能配置，其描绘了由ACD 400接纳的车辆充电连接器216。ACD 400的特征包括先前讨论的特征。车辆充电连接器216与ACD充电连接器304对准。在所描绘的位置中，耦接到车辆充电连接器216的电缆保护器元件214由通道312接纳。
ACD 400可以包括耦接到护罩302的锁定销402和相关联的致动器404。锁定销402可以被配置为通过致动器404的操作来定位。例如，锁定销402可以是由作为螺线管的致动器404驱动的活塞。护罩302可以限定锁定销402可以穿过其中的开口。在锁定状态下，锁定销402可以延伸跨过通道312，使得电缆保护器元件214穿过通道312的移动受到限制或阻止。在解锁状态下，锁定销402可以从通道312缩回，使得进入和离开电缆保护器元件214的通道312不受限制。致动器404可以电耦接到被编程为操作致动器404的ACD控制器330。
图5描绘了ACD 500的另一种可能配置，其描绘了车辆和充电站部件。应注意，具有与先前描述的相同标签的特征可以先前描述的方式操作。ACD 500可以包括通常如本文先前所述起作用的顶盖502。ACD 500可以包括耦接到顶盖502的一个或多个柔性支撑件504。柔性支撑件504可以被配置为支撑顶盖502的一个或多个部分。柔性支撑件504可以由在变形之后恢复到其原始形状的柔韧材料构成。柔性支撑件504有助于防止ACD 500在被驶过或踩到的情况下永久变形。在顶盖502上施加向下的力导致柔性支撑件504变形。在移除向下的力之后，柔性支撑件504恢复到其原始形状。
顶盖502可以限定通道512，所述通道被配置为接纳电缆保护器元件214和/或车辆电缆208。顶盖502可以在第一端处耦接到ACD充电连接器304。顶盖502可以在距第一端一定距离的表面上限定一个或多个成角度表面514。成角度表面514可以如本文先前所描述的那样执行以将车辆充电连接器216引导到通道512。通道512可以从ACD充电连接器304通向一对成角度表面514。
ACD 500还可以包括充电系统指示器520。充电系统指示器520可以与电缆306串联电耦接。充电系统指示器520可以由ACD控制器330操作和控制。充电系统指示器520可以被配置为提供关于连接的车辆的充电操作的荷电状态信息。充电系统指示器520可以包括充电状态指示器506。充电状态指示器506可以是灯元件，诸如发光二极管(LED)。充电状态指示器506可以包括不同颜色的灯元件以描绘各种充电状态。例如，充电状态指示器506可以用于指示ACD 500的可用性。充电状态指示器506可以用于指示ACD 500何时对车辆充电。充电状态指示器506可以用于指示ACD 500不可用于充电(例如，电源不可用)。通过使充电状态指示器506以不同速率闪烁，不同的状态指示可以被表达为不同颜色的光，和/或它们的某种组合。充电状态指示器506可以是多色照明元件。充电状态指示器506可以从充电系统指示器520的壳体升高，使得易于看到充电状态指示器506。
充电状态指示器506可以被实现为显示元件，诸如液晶显示器(LCD)。在此类配置中，可以传达附加信息。例如，充电状态指示器506可以显示在实现充满电之前的剩余时间。在其他配置中，充电状态指示器506可以显示牵引电池124的数字荷电状态值。
充电系统指示器520还可以包括灯条507，所述灯条、可以由多个灯元件508构成。灯元件508可以包括灯具或LED。灯条507还可以是显示器，诸如液晶显示器(LCD)。灯条507可以被配置为显示充电参数的相对值。灯条507可以被配置为显示离散水平的参数。例如，当没有灯元件508被激活时，参数值可以是零或百分之零。当所有灯元件508都被激活时，参数值可以是百分之百或最大值。灯条507还可以被配置为使灯元件508以预定序列或模式闪烁以指示各种状况。
在一些配置中，充电参数可以包括正在充电的牵引电池124的荷电状态。灯条507可以被配置为传达充电车辆的牵引电池的荷电状态。例如，所有灯元件508点亮可以指示满荷电状态。荷电状态水平可以由被点亮的灯元件508的数量指示。例如，随着荷电状态增加，可以点亮更多的灯元件508。一个或多个灯元件508可以闪烁以指示与充电操作相关的其他条件。可以从车辆控制器230接收荷电状态，所述车辆控制器可以被编程为周期性地传输荷电状态或根据请求提供荷电状态。
充电系统指示器520还可以包括显示元件，诸如液晶显示器(LCD)。显示元件可以用于使用图形或数字元件显示充电状态和荷电状态。
充电系统指示器520可以沿着充电电缆306定位在距ACD充电连接器304一定距离处，使得充电系统指示器520对于车辆的驾驶员和/或靠近车辆的人是可见的。例如，充电系统指示器520可以被定位成使得当车辆正在充电时它不在车辆下方。在一些配置中，充电系统指示器520可以安装在柱上并且从ACD充电连接器304的地面或静止表面竖直地移位。
图9和图10描绘了具有接合在车辆侧上的锁定机构的充电系统的配置。图9描绘了耦接之前的地基ACD和车辆充电插头。图10描绘了在耦接之后并处于锁定状态的地基ACD和车辆充电插头。ACD可以包括ACD充电插头或连接器904。ACD充电连接器904可以限定多个电气触点910，所述多个电气触点被布置在大致垂直于其上搁置有ACD的表面(例如，地面)取向的面上。所述面可以是大致竖直平面。ACD充电连接器904可以包括一个或多个磁性元件908，所述一个或多个磁性元件被配置为吸引并保持车辆充电连接器952。磁性元件908可以是永磁体和/或可以是由ACD控制器驱动的电磁体。ACD可以包括护罩902，所述护罩耦接到ACD充电连接器904。护罩902可以如本文先前所描述。
另外，ACD充电连接器904可以包括从ACD充电连接器904的面延伸的钩或环元件912。环元件912可以被定位在电气触点910中的一些电气触点之间的空间中。
车辆充电连接系统可以包括车辆充电插头或连接器952。车辆充电连接器952可以包括一个或多个电气触点958。电气触点958可以电耦接到充电电缆950的对应导体。车辆充电连接器952可以耦接到充电电缆950。一个或多个电气触点958可以被布置在车辆充电连接器952的面上。所述面可以大致垂直于车辆在其上行进的表面取向。也就是说，触点958可以被布置在平行于地面的竖直平面上。车辆充电连接器952可以包括在车辆充电连接器952的面上对准的一个或多个磁性元件960。磁性元件960可以被配置为在充电期间提供磁力以用于对准和固定与ACD充电连接器904的连接件。
车辆充电连接器952还可以包括环通道956。环通道956可以被配置为当车辆充电连接器952对准并靠近ACD充电连接器904时接纳环元件910。环通道956可以限定开口，环元件910可以通过所述开口延伸超过所述面并进入车辆充电连接器952的内部。车辆充电连接器952可以包括锁接合机构954，所述锁接合机构被配置为将锁定元件插入到环元件910中。在所描绘的示例中，锁接合机构954可以包括弯曲杆，所述弯曲杆被配置为由环元件910接纳。弯曲杆可以耦接到轴，所述轴被配置为旋转以将弯曲杆移入和移出环元件910。轴可以由电动马达驱动。在其他配置中，线性致动器或螺线管可以驱动弯曲杆。电动马达可以由车辆控制器230控制。在解锁位置中，弯曲杆旋转远离环通道956和环元件910。在锁定位置中，弯曲杆旋转进入环通道956和环元件910。在锁定位置中，弯曲杆与环元件910接合以防止ACD充电连接器904和车辆充电连接器952分离。弯曲杆可以被成形为具有变化的横截面积，使得随着弯曲杆旋转进入锁定位置中，ACD充电连接器904和车辆充电连接器952被拉得更近。
车辆控制器230可以响应于经由电气触点958建立电连接而致动锁接合机构954。在其他配置中，锁接合机构954可以是由螺线管驱动的销。例如，销可以与环通道956和环元件910对准。可以致动螺线管以将销移动到环元件910中以防止环元件910移动。
图6描绘了包括如本文先前所述操作的多个ACD 300的可能的充电设施600。充电设施600可以包括与ACD 300中的每一者相关联的多个止轮器604。止轮器604可以被配置为停止车辆的前进运动，以确保车辆充电连接器216和ACD充电连接器304可以正确地连接。ACD 300的设计允许多个站容易地安装在充电设施600中。例如，ACD 300可以放置在每个停车区中以促进车辆的自动充电。
图7描绘了可以随着电动化车辆接近充电站而执行的事件或操作的可能序列图700。序列图700可以由距离标度702和时间标度706加索引。距离标度702可以表示车辆与充电站之间的距离。距离标度702还可以识别各种元件的位置。时间标度706可以表示时间的进展。可以预期，车辆的速度将在进入充电站附近的区域时降低。
停车位入口708可以由距ACD的第一预定距离限定。ACD的位置可以由预定距离范围716限定。预定距离范围716可以限定车辆充电连接器216与ACD的护罩302在其处接触时的距离。停车位的端部可以由第二预定距离724表示。停车位的端部可以是止轮器所处的位置或车辆的前部延伸的位置。
随着车辆接近ACD，可以触发各种事件。各种事件可以由车辆控制器230和ACD控制器330单独地和/或协作地操作来管理。可以在第一预定时间或距离处触发插头锁定释放事件710。在进入停车位之后，车辆控制器230可以发出命令以从连接器保持框架205释放车辆充电连接器216。车辆控制器可以解锁将车辆充电连接器216保持或锁定在适当位置的任何机构。
随着车辆继续朝向ACD行进，可以在第二预定时间或距离处触发插头降低事件712。车辆充电连接器216可以从车辆车身底部降低。在一些配置中，车辆控制器230可以操作电动马达204以降低车辆充电连接器216。在其他配置中，车辆充电连接器216可以由于重力而降低。
可以在第三预定时间或距离处发生插头完全降低事件714。随着车辆进一步朝向ACD行进，车辆充电连接器216可以到达最终深度。最终深度可以被配置为使得车辆充电连接器216与ACD充电连接器304大致水平地对准。
可以在第四预定时间或距离处发生与地面单元初始接触事件718。随着车辆继续朝向ACD行进，电缆保护器元件214可以与ACD护罩302接触。随着车辆继续向前行进，电缆保护器元件214将沿着护罩302的成角度表面314并朝向通道312滑动。
可以在第五预定时间或距离处发生插电式中心通道事件720。随着车辆继续行进，电缆保护器元件214可以被引导到护罩302的通道312。随着车辆向前移动，车辆充电连接器216朝向ACD充电连接器304行进。
可以在第六预定时间或距离处发生接触建立事件722。随着车辆接近停车位的端部，磁体(218、308)可以将车辆充电连接器216吸引到ACD充电连接器304。此时，车辆充电连接器216的电气触点220可以电连接到ACD充电连接器304的触点310。
可以在第七预定时间处发生锁接合事件726。在接触建立事件722之后的预定时间处，可以致动锁定销402以将车辆充电连接器216锁定到ACD。可以经由触点220、310在车辆控制器230与ACD控制器330之间建立通信。
可以在第八预定时间处触发充电事件。此时，可以根据建立的充电程序和协议对牵引电池124进行充电。车辆112和EVSE 138可以交换电力和信号以管理充电操作。
当充电完成或车辆112起动时，可以发生充电终止事件730。充电终止可以通过驾驶循环的发起(例如，点火开关置于运行位置)来检测。随着车辆112离开ACD，可以颠倒上述过程。
图8A和图8B描绘了用于实现车辆/自动充电装置(ACD)交互的可能操作序列的流程图800。所述操作可以部分地由车辆控制器230和/或ACD控制器330实现。在操作802处，车辆112接近配备有ACD的停车区。所述方法可以由操作员手动完成，或者可以由自主驾驶系统自动化。在操作804处，车辆控制器230经由无线通信链路与ACD控制器330进行通信。例如，无线通信链路可以是蓝牙或wifi链路。车辆控制器230和ACD控制器330此时可以交换充电相关信息。通信数据可以包括ACD可用性状态以确认ACD的操作状态。
在操作806处，可以评估ACD的可用性。如果ACD不可用或不可操作，则可以执行操作808以中止充电操作。中止充电操作可以包括向车辆操作员提供不能在选定的ACD处执行充电过程的通知。如果确认了ACD可用性，则可以执行操作810。
在操作810处，车辆控制器230可以将信息传达到ACD控制器330。例如，车辆控制器230可以将车辆类型和充电请求数据传达到ACD控制器330。在操作812处，车辆控制器230可以释放和降低车辆充电连接器216。车辆充电连接器216的释放可以车辆速度低于速度阈值(例如，2mph)为条件。车辆控制器230可以操作电动马达204以降低车辆充电连接器216。
在操作814处，ACD控制器330可以打开可选面板以暴露ACD充电连接器304的触点。在操作816处，车辆充电连接器216接触ACD的护罩302，并且如由护罩302引导的那样朝向ACD充电连接器304移动。车辆控制器230可以检查车辆速度小于低速阈值(例如，0.3mph)。在操作818处，连接器上的磁体218、308可以将车辆充电连接器216吸引到ACD充电连接器304。在其中磁体218、308是电磁体的配置中，对应的控制器可以激励电磁体。此时，车辆充电连接器216的电气触点220可以电连接到ACD充电连接器304的触点310。在操作820处，车辆控制器230可以确认车辆处于驻车模式并且车辆速度为零。车辆控制器230可以在检测到挡位选择器换挡到驻车位置时确认车辆处于驻车模式。
在操作822处，车辆控制器230可以通过车辆充电连接器216与ACD控制器330建立通信。在操作824处，车辆控制器230可以将驻车状态传达到ACD控制器330。在操作826处，ACD控制器330可以确认车辆状态，并且车辆控制器230可以禁止车辆移动。例如，可以通过应用驻车制动器和/或禁用推进系统或动力传动系统来禁用车辆移动。在操作828处，ACD控制器330可以检查驻车锁状态。如果车辆控制器230已经正确地应用了驻车锁，则可以执行操作830。可以基于驻车制动器处于开启或激活位置来确认驻车锁状态。
在操作830处，ACD控制器330可以激活致动器404以接合锁定销402。例如，ACD控制器330可以致动致动器404以将锁定销402驱动到通道312中。在操作832处，可以发起充电会话。例如，可以如SAE J1772标准所定义的那样执行充电会话。在操作834处，可以执行充电完成检查。如果牵引电池124的荷电状态超过指示优选荷电水平的预定阈值，则可以完成充电。如果充电未完成，则可以执行操作836以检查用户中止条件。操作员可以手动中止充电。在一些情况下，可以通过将车辆置于运行或驾驶模式来中止充电。如果操作员已经中止充电会话，则可以执行操作838。如果操作员尚未中止充电会话，则车辆将继续充电。如果充电在操作834处完成，则可以执行操作838。
在操作838处，ACD控制器330可以减小电力并断开任何接触器以将电力与ACD充电连接器304断开。在操作840处，ACD控制器330可以通过操作致动器404来脱离锁定销402，并且将状态传达到车辆控制器330。在操作842处，车辆控制器230可以执行操作以将车辆充电连接器216卷回到存放位置。例如，车辆控制器330可以操作电动马达204以将充电电缆208缠绕在电缆卷轴202上。在操作846处，ACD控制器330可以固定任何盖并且在操作848处进入待命模式。在操作844处，车辆控制器230可以启用车辆驾驶模式并且在操作848处进入待命模式。此时，车辆可以驶离配备ACD的停车区。
本文中公开的过程、方法或算法可能够递送到处理装置、控制器或计算机或者由它们实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，所述形式包括但不限于永久地存储在诸如ROM装置的不可写存储介质上的信息和可改动地存储在诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其他磁性和光学介质的可写存储介质上的信息。过程、方法或算法也可以以软件可执行对象来实现。替代地，可以使用合适的硬件部件全部或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置或者硬件、软件和固件部件的组合。
尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。如先前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。尽管各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但本领域技术人员应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式理想的实施例不在本公开的范围外，并且对于特定应用可为理想的。
根据本发明，提供了一种车辆充电系统，所述车辆充电系统具有：充电连接器，所述充电连接器耦接到电源并且具有触点，所述触点布置在大致垂直于其上搁置有所述车辆充电系统的表面取向的面上；护罩，所述护罩耦接到所述充电连接器并且限定从所述充电连接器通向一对成角度表面的通道，所述对成角度表面被配置为引导充电插头的元件，所述充电插头从车辆降低并朝向所述充电连接器移动到所述通道中；以及锁定销，所述锁定销耦接到致动器并且被配置为选择性地延伸到所述通道中并限制所述充电插头的移动。
根据一个实施例，所述致动器是螺线管。
根据一个实施例，所述护罩还被配置有上表面，所述上表面被成形为远离所述通道和所述充电连接器倾斜以引导液体远离所述通道。
根据一个实施例，所述充电连接器还包括一个或多个磁性元件以吸引所述充电插头。
根据一个实施例，所述护罩包括集成支撑件，所述集成支撑件被配置为将所述护罩支撑在所述表面上并且限定开放侧以防止碎屑积聚在所述护罩下方。
根据一个实施例，本发明的特征还在于柔性支脚，所述柔性支脚耦接到所述护罩并且被配置为将所述护罩支撑在所述表面上。
根据一个实施例，本发明的特征还在于加热元件，所述加热元件耦接到所述护罩并且被配置为防止冰积聚在所述充电连接器附近。
根据一个实施例，本发明的特征还在于充电状态指示器，所述充电状态指示器耦接到充电电缆，所述充电电缆耦接到所述充电连接器并且被配置为传达所述车辆充电系统的状态。
根据一个实施例，所述充电状态指示器还包括用于在充电期间传达车辆电池的荷电状态的多个灯元件。
根据一个实施例，所述充电状态指示器还包括显示元件，所述显示元件被配置为显示充满电时间。
根据一个实施例，所述充电状态指示器包括多色照明元件以传达所述状态。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：充电插头，所述充电插头具有触点，所述触点布置在大致垂直于所述车辆在其上行进的表面取向的面上；电缆，所述电缆耦接到所述充电插头；电缆卷轴，所述电缆卷轴被配置为选择性地将所述电缆缠绕在所述电缆卷轴上和从所述电缆卷轴上解绕以升高和降低所述充电插头；致动器，所述致动器耦接到所述电缆卷轴并且被配置为旋转所述电缆卷轴；以及连接器保持框架，所述连接器保持框架被配置为在所述充电插头缩回时接纳所述充电插头并且所述电缆穿过其中，并且包括用于所述触点的盖部分和用于随着所述充电插头缩回而引导所述充电插头的成角度表面。
根据一个实施例，所述充电插头还包括锁定机构，所述锁定机构被配置为在被致动时接合环，所述环从充电站连接器延伸到所述充电插头的所述面中。
根据一个实施例，所述致动器是电动马达。
根据一个实施例，所述充电插头还包括一个或多个磁性元件，所述一个或多个磁性元件被配置为将所述充电插头吸引到充电站连接器。
根据一个实施例，本发明的特征还在于对准带轮，所述对准带轮被配置为引导所述电缆穿过连接器保持框架并且将所述电缆导引到所述电缆卷轴。
根据本发明，一种用于将车辆的充电插头耦接到地基充电站的充电连接器的方法包括：引导耦接到充电插头的元件，随着车辆朝向所述充电站移动，所述充电插头从所述车辆朝向通道降低，其中所述通道将所述充电插头引导到所述充电连接器；使用磁力将所述充电插头吸引到所述充电连接器；接合锁定机构以防止所述充电插头移动；以及在所述充电连接器与所述充电插头之间传输电力以对所述车辆的电池充电。
在本发明的一方面中，所述方法包括在车辆控制器与充电站控制器之间建立无线通信。
在本发明的一方面中，所述方法包括在充电期间禁用所述车辆的推进装置。
在本发明的一方面中，所述方法包括使用一个或多个止轮器来限制所述车辆的前进运动。

Claims (15)

1.一种车辆充电系统，其包括：
充电连接器，所述充电连接器耦接到电源并且具有触点，所述触点布置在大致垂直于其上搁置有所述车辆充电系统的表面取向的面上；
护罩，所述护罩耦接到所述充电连接器并且限定从所述充电连接器通向一对成角度表面的通道，所述对成角度表面被配置为引导充电插头的元件，所述充电插头从车辆降低并朝向所述充电连接器移动到所述通道中；以及
锁定销，所述锁定销耦接到致动器并且被配置为选择性地延伸到所述通道中并限制所述充电插头的移动。
2.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中所述致动器是螺线管。
3.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中所述护罩还被配置有上表面，所述上表面被成形为远离所述通道和所述充电连接器倾斜以引导液体远离所述通道。
4.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中所述充电连接器还包括一个或多个磁性元件以吸引所述充电插头。
5.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中所述护罩包括集成支撑件，所述集成支撑件被配置为将所述护罩支撑在所述表面上并且限定开放侧以防止碎屑积聚在所述护罩下方。
6.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其还包括柔性支脚，所述柔性支脚耦接到所述护罩并且被配置为将所述护罩支撑在所述表面上。
7.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其还包括加热元件，所述加热元件耦接到所述护罩并且被配置为防止冰积聚在所述充电连接器附近。
8.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其还包括充电状态指示器，所述充电状态指示器耦接到充电电缆，所述充电电缆耦接到所述充电连接器并且被配置为传达所述车辆充电系统的状态。
9.根据权利要求8所述的车辆充电系统，其中所述充电状态指示器还包括用于在充电期间传达车辆电池的荷电状态的多个灯元件。
10.根据权利要求8所述的车辆充电系统，其中所述充电状态指示器还包括显示元件，所述显示元件被配置为显示充满电时间。
11.一种车辆，其包括：
充电插头，所述充电插头具有触点，所述触点布置在大致垂直于所述车辆在其上行进的表面取向的面上；
电缆，所述电缆耦接到所述充电插头；
电缆卷轴，所述电缆卷轴被配置为选择性地将所述电缆缠绕在所述电缆卷轴上和从所述电缆卷轴上解绕以升高和降低所述充电插头；
致动器，所述致动器耦接到所述电缆卷轴并且被配置为旋转所述电缆卷轴；以及
连接器保持框架，所述连接器保持框架被配置为在所述充电插头缩回时接纳所述充电插头并且所述电缆穿过其中，并且包括用于所述触点的盖部分和用于随着所述充电插头缩回而引导所述充电插头的成角度表面。
12.根据权利要求11所述的车辆，其中所述充电插头还包括锁定机构，所述锁定机构被配置为在被致动时接合环，所述环从充电站连接器延伸到所述充电插头的所述面中。
13.根据权利要求11所述的车辆，其中所述致动器是电动马达。
14.根据权利要求11所述的车辆，其中所述充电插头还包括一个或多个磁性元件，所述一个或多个磁性元件被配置为将所述充电插头吸引到充电站连接器。
15.根据权利要求11所述的车辆，其还包括对准带轮，所述对准带轮被配置为引导所述电缆穿过连接器保持框架并且将所述电缆导引到所述电缆卷轴。
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