CN113165545A - 电动车辆电池再充电车辆侧插座单元 - Google Patents

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Abstract

描述了一种可定位在电动车辆(EV)的底侧上的车辆侧插座单元以及一种用于操作这种单元的方法。车辆侧插座促进车辆侧电连接器与落地式再充电单元的地板单元电连接器的免手动连接。车辆侧插座单元包括：包括面向地面的表面的单元框架；包括前缘的滑动盖；以及容纳车辆侧电连接器的接口的间隙。滑动盖被布置为在平行于面向地面的表面的平面上线性滑动，以使用前缘朝着间隙引导携带有地板单元电连接器的穿梭部，以促进车辆侧电连接器和地板单元电连接器的对应电触头的配合。

Description

电动车辆电池再充电车辆侧插座单元
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2018年11月6日提交的共同待审的美国专利申请No.16/182,003的优先权，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及用于电动车辆的再充电系统和方法，并且更具体地涉及用于将充电站插头的接脚引导到电动车辆的物理再充电接口的互补插座的车辆侧插座单元和方法。
背景技术
由于从环境(特别是在人口稠密的城市环境中)中去除由燃烧化石燃料的车辆发动机而引起的污染的环境益处，电动车辆的使用正变得越来越普遍。与大多数移动电气设备一样，电动车辆携带有电能存储设备或电池，这些电能存储设备或电池向车辆推进系统和其他系统供应电力。可以理解，车辆电池在使用之后需要再充电。
当前，通过手动将再充电连接器连接到车辆插座中来完成电动车辆的再充电。车辆插座通常与车辆加油口位于相同或相似的位置。这样的位置由门或盖保护，这与保护车辆加油口免受环境因素、污垢和道路碎屑的影响大体相同。然而，随着自动电动车辆再充电系统的出现，车辆充电插座可以位于车辆中的其他地方，包括用户通常无法接近的区域，诸如车辆下方。
发明内容
在一个方面，本公开描述了一种可定位在电动车辆(EV)的底侧上的车辆侧插座单元，该车辆侧插座单元促进车辆侧电连接器与落地式再充电单元的地板单元电连接器的免手动连接。更具体地，车辆侧插座单元包括：包括面向地面的表面的单元框架；包括前缘的滑动盖；以及容纳车辆侧电连接器的接口的间隙。根据本公开，滑动盖被布置为在平行于面向地面的表面的平面上线性滑动，以使用前缘朝着间隙引导携带有地板单元电连接器的穿梭部，以促进车辆侧电连接器和地板单元电连接器的对应电触头的配合。
在另一方面，本公开描述了一种免手动方法，该免手动方法由电动车辆(EV)的底侧上的车辆侧插座单元执行，用于实现在车辆侧电连接器与落地式再充电单元的地板单元电连接器之间配合的电连接器。执行该方法的车辆侧插座单元包括：包括面向地面的表面的单元框架；包括前缘的滑动盖；以及容纳车辆侧电连接器的接口的间隙。根据本公开，滑动盖被布置为在平行于面向地面的表面的平面上线性滑动，以使用前缘朝着间隙引导携带有地板单元电连接器的穿梭部，以促进车辆侧电连接器和地板单元电连接器的对应电触头的配合。
通过以下详细描述和附图，将能够理解所公开的原理的其他和替代方面和特征。应当理解，与本文中公开的用于车辆侧再充电插座的自动清洁的系统、方法和软件有关的原理能够在其他和不同实施例中执行，并且能够在各个方面进行修改。因此，应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，而没有限制所附权利要求的范围。
附图说明
尽管所附权利要求书特别地阐述了本发明的特征，但是从以下结合附图的详细描述中，将能够最好地理解本发明及其优点。
图1是根据本公开的实施例的电动车辆(EV)再充电环境的透视图；
图2是根据本公开的实施例的用于对EV进行再充电的方法的流程图，该EV包含定位在EV的下侧上的车辆侧插座单元；
图3是根据本公开的车辆侧插座单元的从底部透视的示意图；
图4是根据本公开的与车辆侧插座单元相互作用的接地单元的连杆系统的示意图；
图5A和图5B示出了捕捉容纳有接地单元的电连接器的穿梭部的车辆侧插座单元的操作的前/后视图；
图6是使用图3和图4的连杆系统和车辆侧插座使接地单元和车辆侧插座单元中的互补连接器配合的方法的一个实施例的流程图；
图7A-图F是根据图6中描述的操作的与图3中描绘的元件的各种操作/定位状态相对应的示意图的序列；以及
图8是图3中描绘的车辆侧插座单元的备选配置。
具体实施方式
现在将详细参考特定实施例或特征，其示例在附图中示出。将尽可能在所有附图中使用对应或相似的附图标记指代相同或对应的部分。而且，当可以存在一个以上的相同类型的元素时，对本文中描述的各种元素的引用被共同地或个体地做出。但是，这些引用本质上仅是示例性的。应当注意，对单数形式的元素的任何引用也可以被解释为与复数有关，反之亦然，而没有将本公开的范围限于这样的元素的确切数目或类型，除非在所附权利要求中明确提出。
图1是根据本公开的实施例的电动车辆(EV)再充电环境2的透视图。在图1所示的示例中，EV 4被定位在地面6上。EV 4是汽车，如图1所示。备选地，EV 4可以是卡车、摩托车、轻便摩托车、卡车或公共汽车、农具或任何其他公路或非公路车辆。在所示的示例中，地面6是家庭或企业的车库的地板。备选地，例如，地面6是停车场的表面。再充电环境2包括地板单元8。地板单元8被定位在地面6上或至少部分被定位在地面6下面。因此，取决于特定再充电站应用，并且还取决于将被再充电的各种车辆的可预见的地面间隙，地板单元8可以全部或部分地设置在地面下面，或者备选地，例如，在安装在现有地板上时，可以设置在地面上。
地板单元8包括连接器单元10。连接器单元10的至少一部分面向并且暴露或可暴露于地面6。连接器单元10可操作地耦合到电源(例如，商用电网，其在图1中未示出)或者与电源相关联。因此，通过电源将第一电力12提供给地板单元8的连接器单元10。
例如，EV 4包括传动系14，传动系14包括向EV 4的车轮提供动力的一个或多个电动机。EV 4包括车辆侧插座单元16和至少一个可再充电蓄电装置(可再充电电池)18，至少一个可再充电蓄电装置(可再充电电池)18经由EV 4的再充电电路系统(未示出)被再充电，该再充电电路系统经由车辆侧插座单元16耦合到连接器单元10。因此，在EV 4的再充电期间，电源20设置在车辆单元16与电池18之间。
电池18可操作地耦合到传动系14以向传动系14提供电力，从而能够提供用于在操作期间推动EV 4的动力。为了简单起见，省略了EV 4的促进向传动系14提供电力的特定结构和系统以及传动系14的组件。然而，应当注意，在所提供的说明性示例中，车辆侧插座单元16的至少一部分面向下并且暴露或可暴露于地面6。此外，虽然EV 4在接近地板单元8时在一个取向上示出，但是也可以考虑其他取向和接近方向。
在图1中描绘的EV再充电环境2中，EV 4被驱动并且接近包括连接器单元10的地板单元8。EV 4的驾驶员(例如，人类驾驶员和/或自动驾驶车辆驱动系统，在图1中未示出)转向或以其他方式在沿着中心线路径22接近地板单元8的同时控制EV 4。如图1所示，中心线路径22从EV 4延伸到至少大致接近地面6的连接器单元10的中心点。基于EV 4的特定尺寸和其他规格，包括连接器单元10的地板单元8、和/或车辆单元16、EV 4的通向地板单元8的接近路径可以以许可偏差偏离目标中心线路径22。许可偏差可以在任何方向上，包括但不限于水平或垂直方向。许可偏差包括驾驶员侧偏差(由第一线24a指示)和乘客侧偏差(由第二线24b指示)。因此，在说明性示例中，在接近时由线24a和25b限定许可偏差角26。也可以考虑可接受的垂直偏差角。附加地，考虑EV 4相对于连接器单元10的俯仰、偏航和侧倾的其他许可偏差。因此，从所提供的描述中可以明显看出，当在车辆侧插座单元16的电连接器38(例如，母插座)与由地板单元8的连杆系统36携带的电连接器34(例如，多脚公插入式连接器)之间建立电连接时，地板单元8通常支持连接器单元10和车辆侧插座单元16的物理相对定位的一定程度的可变性。在操作中，在将EV4定位在地板单元8上方之后，连杆系统36将电连接器34提升到能够横向重新定位并且使电连接器34与车辆侧插座单元16的插座配合的高度。
转向图2，流程图总结了根据本公开的实施例的用于执行EV 4的底面再充电的方法的步骤。在说明性示例中，该方法至少部分由连杆系统36实现和执行，该连杆系统36将电连接器34从靠近地板6水平的缩回位置抬起，并且与车辆侧插座单元16的物理特征/元素协同作用，以影响电连接器34的互补连接结构(例如，插脚)和车辆侧插座单元16的电连接器38的对应导电表面(母插座电极)的物理配合。
继续参考图2，参考根据图1中描绘的环境执行的再充电操作的特别标识的阶段，在50期间，EV 4(在可接受的相对位置的范围内)被定位在地板单元8之上，并且电连接器34和连杆36被升高和引导，使得电连接器34相对于EV 4的电连接器38被放置在配合位置。
在建立电连接器34相对于电连接器38的配合位置之后，在60期间，关于连接器34和连接器38的互补导电电极/表面来影响配合。例如，电连接器34和电连接器38均包括对应的齐平/表面触头。然而，另一合适布置利用公/母接脚/插座连接器。例如，电连接器38是母/插座，电连接器34是多脚插头，并且连接器的配合通过将连接器34的接脚插入到连接器38的插座开口中来实现。备选地，电连接器34包括母/插座，电连接器38包括多脚插头。如下面将进一步解释的，电连接器34与电连接器38的定位和配合在没有用户物理干预的情况下执行。
在使连接器配合之后，在70期间，由地板单元8向EV 4的车辆侧插座单元16供电，以进行电池18的再充电操作。此后，在80期间，连接器34和电连接器38被分离，并且在90期间，连接器34被降低以允许EV 4从地板单元8附近撤回。
转向图3，提供了本文中之前参考图1在上文中讨论的车辆侧插座单元16的说明性示例。为了清楚起见，从底部透视图单独示出了车辆侧插座单元16的详细示例(和透视图)。车辆侧插座单元16包括单元框架102。单元框架102被牢固地附接到EV 4的底架(未示出)。在所示示例中，单元框架102具有大致矩形的形状。单元框架102的尺寸被确定以用作在下文中进一步描述的车辆侧插座单元16的各种组件的平台、保持器和保护器。单元框架102支撑电机驱动的滑动盖104。响应于控制信号，滑动盖104被移动以暴露单元框架102的面向地面的表面103。在说明性示例中，当缩回时，滑动盖104覆盖和保护本文中之前参考图1在上文中讨论的电连接器38(例如，母插座)的暴露表面。单元框架102和滑动盖104由能够保护电气组件并且承受EV 4的底侧所经受的恶劣环境条件(例如，灰尘、冰、盐水、泥、油等)的材料构成。
在说明性示例中，滑动盖104包括沿着滑动门104(和单元框架102)的宽度延伸的盖前缘106。盖前缘106被定尺寸/定形状使得：(1)关闭滑动盖104自然地迫使地板单元8的连接器34处于抵靠单元框架102的端壁105的连接就绪状态(当连接器34被拉入间隙107(具有宽度“w”)中以影响连接器34与车辆侧插座单元16的连接器38之间的配合时，地板单元8的连接器34和车辆侧插座单元16的连接器38的接触垫/引线之间的连接被完成；以及(2)滑动盖104相对于端壁105的几乎完全关闭(参见图5A和5B)在盖前缘106与端壁105的平行边缘110之间形成凹槽205(参见图5B)。凹槽205捕获连接器34(和连杆36)，以促进将连接器34拉入/引导到间隙107中，以影响电连接器34触头/引线与连接器38的对应的一组触头/引线的配合。例如，连接器34通过连接器致动器单元109被迫使与连接器38具有配合关系。然而，在备选示例中，连接器利用接触垫布置。在这种情况下，连接器34与连接器38的配合受到简单地将连接器34拉动/定位在间隙107中的影响，并且不需要连接器致动器单元109的帮助来使连接器34和连接器38的对应触头/引线配合。根据在下文中参考图6描述的示例性方法，设想了各种方式和结构以便以与连接器38配合的方式执行连接器34的最终定位，以及在再充电操作完成时分离配合的连接器。
在说明性示例中，电连接器38以及其他电子组件被封闭在与车辆侧连接器38附接或以其他方式在功能上和/或结构上与车辆侧连接器38集成的电子器件隔室112中。电子器件隔室112包括电子组件，该电子组件经由电连接器34与电连接器38之间的连接来促进控制和提供(包括调节)从接地单元8接收的电力。容纳在电子器件隔室112中的电子组件还促进控制信号和信息在EV 4与地板单元8和/或连接器单元10之间的发射/接收。电连接器38的电荷插座接口108与端壁105的对应内表面形成间隙。形成在插座接口108与端壁105之间的间隙107的宽度“w”被定尺寸为在图2中概括的再充电操作期间促进电连接器34和电连接器38的互补导电表面/元件的配合/分离。
在图3中提供的说明性示例中，当盖前缘106与平行边缘110之间的间隙关闭(即，滑动盖104相对于单元框架102完全关闭)时，隔室112没有被滑动盖104包围。当EV 4未与地板单元8接合以执行再充电操作时，这种完全关闭是滑动盖104的正常位置。在备选示例中，电子器件隔室112与容纳连接器致动器单元109的隔室一起定位。在这种情况下，通过对滑动盖104定尺寸使得(在关闭位置)其覆盖电子器件隔室112(与连接器致动器单元109一起定位)，滑动盖104为容纳在电子器件隔室112中的潜在敏感/易损坏的电子电路组件提供附加保护，以防止道路碎屑以及在驾驶EV 4时遇到的其他潜在损坏物体和结构。在图3中的说明性示例中，电子器件隔室112具有能够抵抗道路碎屑撞击和其他极端力的硬化壳体。
轨道和线性致动器(未示出)可以设置在单元框架102与滑动盖104之间，以辅助/引导滑动盖104在相对于单元框架102的关闭位置和打开位置之间的致动。轨道、致动器和/或其他组件可以安装到单元框架102和滑动盖104中的一者或两者。在图3中描绘的说明性示例中，滑动盖104在纵向(X)方向以及在垂直或横向方向(Y)和竖直方向(Z)上占据其覆盖区内的体积，该体积由滑动盖104的高度“h”占据，如图3中描绘的滑动盖104的侧面113在视觉上指示的。
在一个纵向端部处，单元框架102包括端壁105，端壁105垂直地远离单元框架102的面向地面的表面103延伸。端壁105的高度通常与滑动盖104的高度相同。然而，使端壁105的高度略小于滑动盖104的高度促进滑动盖104的面向单元框架102的盖前缘106表面与端壁105的平行边缘110之间的重叠接合。当滑动侧盖104相对于单元框架102处于关闭位置时，盖前缘106与平行边缘之间在XY平面中的重叠接合为车辆侧插座单元16提供附加结构完整性。
转向图4，参考图1所示的再充电环境，连杆系统36与连接器单元10集成在一起。连杆系统36包括致动器组件200，该致动器组件200连接到臂202并且允许/引起臂202相对于X、Y和Z轴在各个方向上移动和/或旋转。携带有电连接器34的穿梭部(shuttle)204设置在臂202的端部处，并且由此移动并且通过致动器组件200的作用而移动，以接触并且选择性地横越单元框架102的接地表面103，如图4所示。因此，穿梭部204的行进方向由以下各项确定：(1)致动器组件200的操作，(2)连杆系统36，以及(3)滑动盖104和面向地面的表面103的相对位置。例如，臂202使穿梭部204(相对于Z轴)升高，并且引起穿梭部204相对于面向地面的表面103横向(在XY平面上)移动。附加地，滑动盖104被致动以关闭盖前缘106与端壁105之间的空间。在这种关闭过程期间，边缘106使穿梭部204沿着面向地面的表面103的X轴朝着端壁105移动。此外，致动器组件200本身可以沿Y轴移动，以将携带有电连接器34的穿梭部204拉入间隙107中，以影响接地单元8的电连接器34和EV 4的电连接器38的导电触头的配合，以促进通过接地单元8启动对电池18的再充电操作。此外，在再充电操作完成时，致动器组件200被控制为沿着Y轴在相反方向上移动，以从间隙107撤回穿梭部204(并且因此携带的连接器34)。
转向图6，流程图总结了车辆侧插座单元16与连杆系统36和致动器组件200一起操作以实现地板单元8的连接器34的电触头/引线与车辆侧插座单元16的连接器38之间的配合关系的操作。在图6的步骤的描述期间，参考图7a-图d中的说明性示意图，图7a-图d示出了在所述阶段期间连接器34和车辆侧插座单元16的元件的定位。在300期间，EV 4在可接受的相对位置范围内定位在地板单元之上，以促进通过电连接器34和连杆装置36实现连接器34和连接器38的对应触头的配合。
接下来，在310期间，车辆侧插座单元16引起滑动盖104缩回以暴露出面向地面的表面103，如图7A所示。
在320期间，接地单元10激活并且引起携带有电连接器34的穿梭部204被致动器组件200抬起和引导，以使得电连接器34放置在单元框架102的面向地面的表面103附近(或上面)。电连接器34的这种初始定位在图7B中示出。
在330期间，车辆侧插座单元根据图5A和5B所示操作的之前/之后描述发起滑动盖104的关闭。在330完成之后，穿梭部204与端壁105并排放置，并且由边缘106和端壁105形成凹槽205(参见图7C)。
在使穿梭部204抵靠端壁105定位并且形成线性凹槽(以将穿梭部引导到间隙107)之后，在340期间，致动器组件200被激活以将携带有电连接器34的穿梭部204拉入间隙107中。参考图7D。在340完成之后，穿梭部适当地定位/安置在间隙107内，以便通过连接器致动器单元109的作用来影响接地单元8的电连接器34和车辆侧插座单元16的电连接器38的对应触头之间的配合对准。此时，EV 4和接地单元8可以开始再充电。在本文中提供的说明性示例中，连接器致动器单元109通过根据图7E中给出的示意图将连接器34横向推入与电连接器38的接合关系中来实现配合。在备选示例中，其中连接器34和连接器38包括接触垫(与公/母插头/插座结构相反)，可以简单地通过将连接器34置于图7D所示的位置来实现配合关系。
在再充电操作完成时，滑动盖104充分缩回以允许将穿梭部204从车辆侧插座单元16中抽出(例如，如图7F所示，通过连接器致动器单元109的侧向拉动)和下降。
转向图8，提供了车辆侧插座单元16的备选布置，其中单元框架102具有壁，该壁提供面向地面的表面103，该面向地面的表面103具有在远离间隙107的端部处在滑动盖边缘106的整个宽度上延伸的锥形(例如，漏斗状)形状。然而，面向地面的表面103变窄至在间隙107附近的开口400，开口400被定尺寸为将穿梭部204引导到间隙107中，以实现地板单元8的电连接器34(由穿梭部204携带)和EV 4的电连接器38的电触头之间的配合关系。
因此，在第一示例性操作模式下，致动滑动盖104推动携带有穿梭部204的连杆臂，以引起穿梭部204沿着表面103朝着间隙107滑动。在连接器配合过程中的中间点处，滑动穿梭部204接触单元框架102的边缘402。滑动盖104的持续关闭引起穿梭部204穿过开口400并且到达就座位置，在此位置，穿梭部填充间隙107，从而与电连接器34和38的对应触头/引线配合。备选地，仅通过致动器组件200的操作来实现穿梭部204到间隙107内的就座位置的移动，该致动器组件200沿着图7所示路径拉动连杆系统36和穿梭部204而没有滑动盖104推动的帮助。当再充电操作完成时，穿梭部204通过致动器组件200的力从间隙107中退出，以允许EV 4离开再充电设备。
本文中公开的各种实施例应当以说明性和解释性的意义来理解，而决不应当解释为对本公开的限制。
尽管已经参考上述实施例具体示出和描述了本公开的各方面，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所公开内容的精神和范围的情况下，可以通过修改所公开的机器、系统和方法来构想各种其他实施例。这样的实施例应当被理解为落入基于权利要求及其任何等同物而确定的本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种车辆侧插座单元，能够定位在电动车辆(EV)的底侧上，所述车辆侧插座单元促进车辆侧电连接器与落地式再充电单元的地板单元电连接器的免手动连接，所述车辆侧插座单元包括：
单元框架，包括面向地面的表面；
滑动盖，包括前缘；
间隙，容纳所述车辆侧电连接器的接口，
其中所述滑动盖被布置为在平行于所述面向地面的表面的平面上线性滑动，以使用所述前缘朝着所述间隙引导携带有所述地板单元电连接器的穿梭部，以促进所述车辆侧电连接器和所述地板单元电连接器的对应电触头的配合。
2.根据权利要求1所述的车辆侧插座单元，其中所述单元框架还包括端壁，以及
其中所述端壁被配置为与所述滑动盖的所述前缘协作以形成凹槽，所述凹槽用于沿着由通向所述间隙的组限定的路径引导所述穿梭部。
3.根据权利要求2所述的车辆侧插座单元，其中所述间隙被定位在所述凹槽的端部处。
4.根据权利要求2所述的车辆侧插座单元，其中当所述滑动盖处于关闭位置时，所述前缘与所述端壁的上边缘重叠。
5.根据权利要求1所述的车辆侧插座单元，其中所述面向地面的表面是矩形的。
6.根据权利要求1所述的车辆侧插座单元，其中所述面向地面的表面具有变窄至所述间隙的宽度的锥形轮廓。
7.根据权利要求1所述的车辆侧插座单元，其中当所述滑动盖处于关闭位置时，所述单元框架和所述滑动盖被布置为形成封闭空间。
8.根据权利要求7所述的车辆侧插座单元，还包括电子器件隔室，并且其中所述电子器件隔室被定位在由所述单元框架和处于所述关闭位置的所述滑动盖形成的所述封闭空间内。
9.根据权利要求1所述的车辆侧插座单元，其中所述前缘被设置为距所述面向地面的表面的距离超过所述穿梭部的高度。
10.根据权利要求1所述的车辆侧插座单元，其中所述间隙的宽度足以容纳所述地板单元电连接器的插入，以实现与所述车辆侧电连接器的配合关系。
11.一种免手动方法，由电动车辆(EV)的底侧上的车辆侧插座单元执行，用于实现在车辆侧电连接器与落地式再充电单元的地板单元电连接器之间配合的电连接器，其中所述车辆侧插座单元包括：
单元框架，包括面向地面的表面；
滑动盖，包括前缘；
间隙，容纳所述车辆侧电连接器的接口，
其中所述方法包括：
在所述面向地面的表面上接收携带有所述地板单元电连接器的穿梭部；以及
在平行于所述面向地面的表面的平面上线性致动所述滑动盖，以使用所述前缘朝着所述间隙引导携带有所述地板单元电连接器的所述穿梭部，以促进所述车辆侧电连接器和所述地板单元电连接器的对应电触头的配合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述单元框架还包括端壁，以及
其中所述端壁被配置为与所述滑动盖的所述前缘协作以形成凹槽，所述凹槽用于沿着由通向所述间隙的组限定的路径引导所述穿梭部。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述间隙被定位在所述凹槽的端部处。
14.根据权利要求12所述的方法，其中当所述滑动盖处于关闭位置时，所述前缘与所述端壁的上边缘重叠。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述面向地面的表面是矩形的。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述面向地面的表面具有变窄至所述间隙的宽度的锥形轮廓。
17.根据权利要求11所述的方法，其中当所述滑动盖处于关闭位置时，所述单元框架和所述滑动盖被布置为形成封闭空间。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括电子器件隔室，并且其中所述电子器件隔室被定位在由所述单元框架和处于所述关闭位置的所述滑动盖形成的所述封闭空间内。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述前缘被设置为距所述面向地面的表面的距离超过所述穿梭部的高度。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述间隙的宽度足以容纳所述地板单元电连接器的插入，以实现与所述车辆侧电连接器的配合关系。
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