CN114103672A - 具有内部电源的免手持充电系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供“具有内部电源的免手持充电系统”。一种免手持充电系统包括电源和电连接到所述电源的地面单元。所述地面单元包括能量存储装置和机器人耦合器，所述机器人耦合器具有连接器和致动器，所述致动器被配置为使所述连接器移动成与车辆充电端口接合。所述能量存储装置被配置为对所述致动器供电。开关布置被配置为将所述电源选择性地电连接到所述能量存储装置和所述连接器。控制器被编程为，响应于车辆充电的请求，当所述连接器与所述电源电断开连接时，使用内部电源将所述连接器连接到充电端口。

Description

具有内部电源的免手持充电系统

技术领域

本公开涉及用于电动化车辆的充电系统，并且更具体地涉及被配置为与车辆自动耦合的免手持充电系统。

背景技术

插电式车辆可使操作者能够将车辆连接到外部电源。例如，出于充电目的，操作者可将充电电缆手动地连接到车辆和将充电电缆与车辆断开连接。这种布置可允许操作者在多个地理位置处对车辆的电池充电。

发明内容

根据一个实施例，一种免手持充电系统包括电源和电连接到所述电源的地面单元。所述地面单元包括能量存储装置和机器人耦合器，所述机器人耦合器具有连接器和致动器，所述致动器被配置为使所述连接器自主地移动成与车辆充电端口接合。所述能量存储装置被配置为对所述致动器供电。开关布置被配置为将所述电源选择性地电连接到所述能量存储装置和所述连接器。控制器被编程为，响应于车辆充电的请求，(i)命令所述开关布置，使得所述连接器与所述电源电断开连接，(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述连接器与所述电源电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口，以及(iii)在所述连接器耦合到所述车辆充电端口后，命令所述开关布置，使得所述连接器电连接到所述电源。

根据另一实施例，一种免手持充电系统包括电动车辆供电装备(EVSE)，所述EVSE被配置为电连接到电源并且包括开关布置。地面单元通过电缆连接到所述EVSE。所述地面单元具有能量存储装置和机器人耦合器，所述机器人耦合器具有致动器，所述致动器被配置为使连接器移动成与车辆充电端口接合。所述能量存储装置被配置为对所述致动器供电。控制器被编程为，响应于车辆充电的请求，(i)命令所述开关布置，使得所述地面单元与所述电源电断开连接，(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述地面单元与所述电源电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口，以及(iii)一旦所述连接器耦合到所述车辆充电端口，就命令所述开关布置，使得所述地面单元电连接到所述电源。

根据又一实施例，一种免手持充电系统具有：连接器，所述连接器被配置为连接到车辆充电端口；能量存储装置；以及致动器，所述致动器被配置为将所述连接器自主地连接到所述车辆。一种利用所述充电系统为车辆充电的方法包括：响应于车辆充电的请求：操作所述免手持充电系统的开关布置以将所述致动器和所述连接器与电网电断开连接；使用来自所述能量存储装置的电力操作所述致动器以在所述连接器和所述致动器与所述电网电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口；操作所述开关布置以将所述连接器电连接到所述电网；以及使用所述电网为所述车辆充电。

附图说明

图1是插电式混合动力车辆和免手持充电系统的示意图。

图2是根据本公开的实施例的免手持充电系统的机器人地面单元的透视图。

图3是车辆的免手持充电系统的示意图。

图4是连接到车辆充电端口的图3的免手持充电系统的示意图。

图5A和图5B示出了用于利用免手持充电系统对车辆进行充电的算法的流程图。

具体实施方式

本文中描述了本公开的各实施例。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，而仅是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以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，对于特定的应用或实现方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。

本公开的实施例可以包括各种内部电路和外部电路或其他电气装置。对电路和其他电气装置以及由每个电路和其他电气装置提供的功能性的所有提及并不旨在限于仅包含本文所示和所述的内容。尽管可以将特定标签分配给所公开的各种电路或其他电气装置，但此类标签并不旨在限制电路和其他电气装置的操作范围。基于所需的电气实现方式的具体类型，此类电路和其他电气装置可以任何方式彼此组合和/或分开。应认识到，本文中公开的任何电路或其他电气装置可包括任何数量的分立的无源部件和有源部件，诸如电阻器、电容器、晶体管、放大器、模拟/数字转换器(ADC或A/D转换器)、微处理器、集成电路、非暂时性存储器装置(例如，FLASH、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或它们的其他合适的变型)以及彼此配合以执行本文中公开的操作的软件。另外，电气装置中的任一者或多者可以被配置为执行计算机程序，所述计算机程序体现在非暂时性计算机可读存储介质中，所述计算机程序包括对计算机或控制器进行编程以执行所公开的任何数量的功能的指令。

图1描绘了插电式混合动力电动车辆(PHEV)的示意图。然而，某些实施例也可在纯电动车辆的背景内实现。车辆12包括一个或多个电机14，所述一个或多个电机机械地连接到混合动力变速器16。电机14可能够作为马达或发电机进行操作。此外，混合动力变速器16可机械地连接到发动机18。混合动力变速器16还可机械地连接到驱动轴20，所述驱动轴机械地连接到车轮22。电机14可在发动机18开启或关闭时提供推进和减速能力。电机14还充当发电机，并且可通过利用再生制动回收能量来提供燃料经济性益处。电机14通过减少发动机18的工作量来减少污染物排放并提高燃料经济性。

牵引电池或电池组24存储可由电机14使用的能量。牵引电池24通常提供来自牵引电池24内的一个或多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)的高压(HV)直流(DC)输出。电池单元阵列可包括一个或多个电池单元。

电池单元(诸如棱柱形、软包、圆柱形或任何其他类型的电池单元)将所存储的化学能转换成电能。所述单元可包括壳体、正电极(阴极)和负电极(阳极)。电解质可允许离子在放电期间在阳极与阴极之间移动，并且然后在再充电期间返回。端子可允许电流流出电池单元以供车辆使用。

不同的电池组配置可用于满足个别车辆变量，包括封装约束和电力要求。可利用热管理系统对电池单元进行热调节。热管理系统的示例包括空气冷却系统、液体冷却系统以及空气系统和液体系统的组合。

牵引电池24可通过一个或多个接触器电连接到一个或多个电力电子模块26。一个或多个接触器在断开时将牵引电池24与其他部件隔离，并且在闭合时将牵引电池24连接到其他部件。电力电子模块26还电连接到电机14和高压总线25，并提供在牵引电池24与电机14之间双向传递能量的能力。例如，典型的牵引电池24可提供直流(DC)电压，而电机14则可以使用三相交流电(AC)来发挥作用。电力电子模块26可将DC电压转换成电机14所使用的三相AC电流。在再生模式中，电力电子模块26可将来自充当发电机的电机14的三相AC电流转换成牵引电池24所使用的DC电压。本文的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆而言，混合动力变速器16可以是连接到电机14的齿轮箱，并且发动机18可以是不存在的。

除了提供用于推进的能量之外，牵引电池24还可为其他车辆电气系统提供能量。典型的系统可包括DC/DC转换器模块28，所述DC/DC转换器模块将牵引电池24的高压DC输出转换成与其他车辆部件兼容的低压DC供应。其他高压负载(诸如压缩机和电加热器)可直接连接到高压供应而不使用DC/DC转换器模块28。在典型的车辆中，低压系统电连接到辅助电池30(例如，12伏电池)。在其他实施例中，电池30可以是24伏或48伏。

电池能量控制模块(BECM)33可与牵引电池24通信。BECM 33可充当牵引电池24的控制器，并且还可包括电子监测系统，所述电子监测系统管理电池单元中的每个的温度和荷电状态。牵引电池24可具有温度传感器31，诸如热敏电阻器或其他温度传感器。温度传感器31可与BECM 33通信以提供关于牵引电池24的温度数据。

车辆12可由包括连接到外部电源36的电动车辆供电装备(EVSE)38的免手持充电系统(也称为充电系统、充电站等)再充电。外部电源36可以是由电力公共事业公司提供的配电网络或电网。如图所示，外部电源可电耦合到EVSE 38。EVSE 38能够向EVSE 38提供DC和/或AC电力。EVSE 38可作为壁挂式单元安装在车库中、安装在车辆通常停放的建筑物旁边或作为独立的单元安装。

EVSE 38可接收电力并通过线绳44将所接收的电力传送到地面单元40。地面单元40不需要位于地面/地板上，并且在一些实施例中，可安装在墙壁、充电站壳体或其他表面上。地面单元40是免手持的并且包括机器人耦合器，所述机器人耦合器被配置为将地面单元40的连接器自主地插入电动车辆12上的配合充电端口34中。充电端口34可以是用于机器人耦合器的专用端口，例如，车辆包括用于手动连接的第二充电端口，或者充电端口34可以是单个共享端口。作为一个示例，外部电力可以是在充电端口34处接收的AC电力，所述AC电力由位于电动车辆12内的车载充电器32转换成DC电力。然后，车载充电器32可操作以对牵引电池24充电。替代地，车载充电器32可位于电动车辆10外部的EVSE 38或地面单元40中。在一些实施例中，EVSE 38和地面单元40可封装在同一壳体中。

地面单元40和充电端口34可利用传导连接，在所述传导连接中，一个连接器中的电导体(管脚)与另一个连接器中的电导体(管脚)进行物理接触。然而，还可设想，可采用无线电力传输(WPT)系统，其中发射器可在不使用物理电导体的情况下向接收器提供电力(例如，电力可通过自由空间传输)。可设想，输出到无线场中的电力(例如，磁感应、电感应等)可由“接收线圈”接收、捕获或耦合以实现电力传输。

所讨论的各种部件可具有一个或多个控制器，以控制和监测部件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由专用电气导管进行通信。控制器一般包括任何数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)和软件代码以彼此共同作用来执行一系列操作。控制器还包括预定数据或基于计算和测试数据并存储在存储器内的“查找表”。控制器可使用共用的总线协议(例如，CAN和LIN)通过一个或多个有线或无线车辆连接来与其他车辆系统和控制器通信。本文使用的对“控制器”的引用是指一个或多个控制器。控制器经由输入/输出(I/O)接口与各种车辆传感器和致动器通信，所述I/O接口可以实施为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口。替代地，可在将特定信号供应给CPU之前使用一个或多个专用硬件或固件芯片来调节和处理所述特定信号。尽管未明确示出，但本领域普通技术人员将认识到在上述子系统中的每一者内可以由控制器控制的各种功能或部件。参数、系统和/或部件的代表性示例可使用由控制器执行的控制逻辑直接或间接地致动。本文所使用的“高压”是指超过42VAC或60V DC的电压。“低压”是指不高的电压。

参考图2，地面单元40包括机器人耦合器50，所述机器人耦合器被配置为将连接器52自主地插入到车辆充电端口中。耦合器50可包括机器人臂54，所述机器人臂在一端安装到基座56并且在另一端支撑连接器52。机器人臂54可由通过一个或多个致动器驱动的一个或多个铰接段形成。致动器可包括电动马达、齿轮装置、联动装置等。机器人耦合器50可被配置为向左和向右、向前和向后、向上和向下移动，并且调整横摆和俯仰，从而提供移动自由度，使得连接器52可插入到车辆充电端口中以用于一系列不同的车辆位置。

基座56可以是固定基座(如图所示)，或可以是可移动的。在可移动的实施例中，例如，基座56可支撑在车轮、轨道等上，从而允许将地面单元40驱动到车辆充电端口。基座56通过线绳44电连接到EVSE 38。

机器人耦合器50可包括用于连接器52的端子的盖53。盖53可在闭合位置(如图所示)和打开位置之间移动。当处于闭合位置时，端子被保护免受灰尘和其他碎屑的影响，并且被隔离以防止无意中与其他物体接触。当盖处于打开位置时，端子暴露并且可插入到充电端口34的配合端子中。盖53可设置在连接器的端部上方并且在打开位置和闭合位置之间枢转。替代地，盖53可具有一个或多个弹簧加载的面板。

参考图3，一些规范与条例要求连接器52在与车辆连接之前保持去激励。这产生了问题，因为地面单元40需要电力来与车辆通信并移动机器人系统的致动器以将连接器52插入到车辆充电端口中。为了解决这个问题和其他问题，地面单元40包括能量存储装置60，所述能量存储装置被配置为在地面单元40与EVSE 38的高压电力供应66电断开连接时为致动器62、位置传感器64和/或与自主地移动机器人耦合器50相关联的其他部件供电。高压供应66可位于线绳44内。能量存储装置60可为电池或电容器。能量存储装置60可为例如12伏或24伏，并且可具有例如1安培-小时的存储容量。能量存储装置60具有相关联的电力转换器65，所述电力转换器将从EVSE38所接收的高压电力66调节为与能量存储装置60兼容的电压和/或电流。电力转换器65可为降压或升压转换器或变压器。如果能量存储装置60为电池或电容器，则电力转换器65还可包括逆变器，所述逆变器将所接收的AC电力转换成DC电力。

在地面单元40中，与机器人耦合器50相关联的一个或多个致动器62仅由能量存储装置60供电。这允许在高压电源66与地面单元40电断开连接时操作机器人耦合器50。位置传感器64可由能量存储装置60供电，可由EVSE 38的低压电力供应68(任选)通过控制器70供电，或两者兼有。

位置传感器64可被配置为向控制器70提供信号，所述信号指示车辆充电端口34相对于连接器52的位置。位置传感器64可位于连接器52上或附近，如图2所示。位置传感器64可被配置为监测或检测设置在车辆充电端口34上或附近的位置特征件的位置。位置特征件可为发射器，其被配置为提供或发射被配置为由位置传感器64检测或接收的磁场、红外波、光波或射频。位置传感器64可设置有磁场传感器、红外接收器、光电探测器阵列或无线电接收器，其被配置为接收由位置特征件发射的磁场、红外波、光波、音频、超声波或射频。

图4示出了连接到车辆充电端口34的地面单元40的示意图。EVSE 38通过导线74连接到电源36，所述导线可包括线76和线/中性线78。这些导线可连接到EVSE 38内的端子79。

连接器52和车辆的充电端口34可根据一个或多个标准，诸如SAE J1772。在一个实施例中，连接器52可包括五个管脚：两个HV AC管脚82、84、接近度检测管脚86、控制导频管脚88和接地管脚90。所述管脚可以是公管脚或母管脚。充电端口34可包括五个配合管脚：两个HV AC管脚、接近度检测管脚、控制导频管脚和接地管脚。所述管脚可以是公管脚或母管脚。例如，连接器40可包括母管脚，并且端口34可包括公管脚。在一些实施例中，连接器和端口可包括用于DC充电的两个附加管脚。当然，SAE J1772仅仅是一种示例性配置，并且可设想其他配置。

在一个或多个实施例中，控制导频电路102用于控制EVSE 38与车载充电器32之间的充电过程以及其他功能，并且接近电路103用于确定连接器52与车辆充电端口34之间的连接。控制导频电路102可包括振荡器，所述振荡器被配置为生成例如以1千赫兹(kHz)占空比的正负12伏脉冲宽度调制(PWM)信号(称为控制导频信号)。在操作期间，占空比可改变。该PWM信号通过线绳/端口换向到车辆充电器32，并且由车辆控制器检测。控制导频信号在到车辆12之前通过电阻器，例如1.0千欧姆(kΩ)电阻器。在充电器32中，电路102包括二极管以及一对并联电阻器。第一电阻器可具有2.74kΩ的电阻，并且第二电阻器可具有1.3kΩ的电阻。第一电阻器可硬连线接地，而第二电阻器通过开关接地。开关可响应于感测到控制导频信号而被偏置断开和被命令闭合。当连接器52连接到充电端口34时，连接器52处的控制导频信号电压可由分压器限定，所述分压器由电阻器相对于接地的电阻形成。所得电压可向车辆控制器和EVSE控制器87指示连接器52正确地连接到充电端口34。闭合开关将第二电阻器连接到接地，且引起由EVSE 38检测的电压变化。

EVSE 38被配置为响应于检测到电压变化而闭合开关布置108，从而允许电力通过HV线104和106从EVSE 38流到车辆充电端口34。开关布置108可包括继电器、接触器、开关或能够将端子79电连接到高压线104和106和将端子与高压线断开连接的任何其他装置。在所示实施例中，使用一对接触器110。接触器110由控制器87控制，如下面将详细描述的。控制器87被配置为基于控制导频电路102的信号来修改充电电压和电流。控制导频电路、接近电路和充电协议的进一步细节在申请人的专利号10,046,661(2018年8月14日授权)中描述，其内容通过引用整体并入本文。

控制器70和87与车辆控制器一起操作以操作免手持充电系统并对车辆进行充电。在一些实施例中，这对控制器可用单个控制器替换。虽然被示出为单独的控制器70、78，但这些控制器彼此通信，并且通常可在本文和权利要求中称为控制器。因此，对“控制器”的任何引用是指一个或多个控制器。每个控制器可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。计算机可读存储装置或介质可包括例如呈只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)的易失性和非易失性存储装置。KAM是可用于在CPU断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可使用许多已知存储器装置中的任一种来实施，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、快闪存储器或能够存储数据的任何其他电、磁性、光学或组合存储器装置，所述数据中的一些表示由控制器用于控制车辆的可执行指令。

控制器经由输入/输出(I/O)接口与各种车辆传感器和致动器通信，所述I/O接口可以实施为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口。替代地，可在将特定信号供应给CPU之前使用一个或多个专用硬件或固件芯片来调节和处理所述特定信号。尽管未明确示出，但本领域普通技术人员将认识到在上述子系统中的每一者内可由控制器控制的各种功能或部件。

由控制器执行的控制逻辑或功能可由一个或多个附图中的流程图或类似图表示。这些附图提供了可使用一种或多种处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实施的代表性控制策略和/或逻辑。因此，示出的各种步骤或功能可按示出的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。尽管没有总是明确示出，但本领域普通技术人员将认识到，根据所使用的特定处理策略，可重复执行示出的步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理次序不一定是实现本文中描述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可主要地在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如控制器)执行的软件中实施。当然，控制逻辑可根据特定应用在一个或多个控制器中以软件、硬件或软件与硬件的组合实施。当以软件实施时，控制逻辑可提供在一个或多个计算机可读存储装置或介质中，所述计算机可读存储装置或介质存储有表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令的数据。计算机可读存储装置或介质可包括使用电存储、磁性存储和/或光学存储来保存可执行指令和相关校准信息、操作变量等的若干已知物理装置中的一种或多种。

图5是用于控制免手持充电系统的算法的流程图200。为了便于描述，将结合上文所述的所示实施例来描述流程图200。然而，应当理解，200的流程图同样适用于其他实施例。在操作202处，控制器确定是否已接收到车辆充电请求。如果是，则控制转到操作204，并且控制器确定开关布置108是否断开。如果否，则控制转到操作228，其中命令开关布置断开。如果是，则控制转到操作206，并且机器人耦合器50连接到车辆。如上所述，机器人耦合器50被致动，同时连接器52的端子由于开关布置108断开而被去激励。因此，机器人耦合器50仅由能量存储装置60供电。在操作206中，控制器被编程为使用来自能量存储装置的电力命令致动器的移动，以在地面单元与电源电断开连接时将连接器耦合到车辆充电端口。

一旦连接器插入到车辆充电端口中，控制导频电路102和接近电路103就变得可操作，并且一旦这些信号被验证，开关布置108就闭合。闭合开关布置108将高压管脚82和84电连接到高压线76和78，从而激励连接器52，以在操作210处对车辆充电。在操作212处，控制器确定车辆牵引电池是否完全充电。如果否，则控制转到操作214并且控制器确定是否已接收到车辆起动请求。如果否，则充电继续。如果在操作212或214处为是，则在操作216处断开开关布置108以结束充电。一旦开关布置108断开并且连接器52被去激励，则能量存储装置60为机器人耦合器50的致动器供电以在操作218处将充电系统与车辆断开连接。

由于机器人耦合器50仅由能量存储装置60供电，因此能量存储装置60的荷电状态必须维持在阈值以上，否则免手持充电系统变得不可操作。在操作220处，控制器确定能量存储装置是否小于阈值电量。控制器可相对一个或多个阈值监测电池SOC、电压等。阈值可被设置成使得能量存储装置60具有足够的电量来将机器人耦合器50连接到车辆。如果在操作220处确定能量存储装置被充分充电，则控制循环返回，直到接收到充电请求或者能量存储装置电量变低。已充电是指电池有足够的能量来启用系统的功能的状况。如果需要充电，则控制转到操作222，并且开关布置108闭合以将电力转换器65与高压线76、78电连接。然后，在操作224处，当电力转换器65将所接收的电力修改为与能量存储装置60兼容时，使用壁式电源来对能量存储装置60充电。在能量存储装置60的充电期间，连接器52的端子可被激励。盖53在此时间期间防止这些端子接触物体。

车辆可在能量存储装置60被充电时请求对牵引电池充电，如操作226中所示。如果接收到这种请求，则控制转到操作228，其中开关布置108断开以结束对能量存储装置60的充电。然后，如上所述，执行操作206至218以对牵引电池充电。

如果在操作226处为否，则继续充电直到能量存储装置充满电，如在操作230处所确定的。如果能量存储装置充满电，则控制转到操作232并且命令开关布置断开。然后，控制返回到操作202，并且免手持充电系统保持空闲，直到从车辆接收到充电请求。

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性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。尽管各种实施例可能已被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但本领域普通技术人员认识到，可折衷一个或多个特征或特性以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期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。

根据本发明，提供了一种免手持充电系统，所述免手持充电系统具有：电源；地面单元，所述地面单元电连接到所述电源并且包括能量存储装置和机器人耦合器，所述机器人耦合器具有连接器和致动器，所述致动器被配置为使所述连接器自主地移动成与车辆充电端口接合，其中所述能量存储装置被配置为对所述致动器供电；开关布置，所述开关布置被配置为将所述电源选择性地电连接到所述能量存储装置和所述连接器；以及控制器，所述控制器被编程为，响应于车辆充电的请求，(i)命令所述开关布置，使得所述连接器与所述电源电断开连接，(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述连接器与所述电源电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口，以及(iii)在所述连接器耦合到所述车辆充电端口后，命令所述开关布置，使得所述连接器电连接到所述电源。

根据实施例，所述控制器被进一步编程为，响应于结束充电的请求，(i)命令所述开关布置将所述连接器与所述电源电断开连接，以及(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述连接器与所述电源电断开连接时，将所述连接器从所述车辆充电端口去耦。

根据实施例，所述控制器被进一步编程为，响应于所述能量存储装置电量低，命令所述开关布置，使得所述能量存储装置电连接到所述电源。

根据实施例，所述控制器被进一步编程为，响应于所述能量存储装置电量低，(i)命令所述开关布置，使得所述能量存储装置电连接到所述电源，以及(ii)一旦所述能量存储装置被充电，就命令所述开关布置，使得所述能量存储装置与电源电断开连接。

根据实施例，所述系统进一步包括：壁式单元；以及线绳，所述线绳将所述壁式单元连接到所述地面单元。

根据实施例，所述开关布置包括一个或多个接触器，所述一个或多个接触器设置在所述壁式单元中并且被配置为在断开时将所述地面单元与所述电源断开连接。

根据实施例，所述电源为电网。

根据实施例，所述能量存储装置为电池。

根据实施例，所述能量存储装置为电容器。

根据实施例，本发明的特征还在于电力转换器，所述电力转换器被配置为将交流电转换为直流电。

根据本发明，提供了一种免手持充电系统，所述免手持充电系统具有：电动车辆供电装备(EVSE)，所述EVSE被配置为电连接到电源并且包括开关布置；地面单元，所述地面单元通过电缆连接到所述EVSE，所述地面单元包括能量存储装置和机器人耦合器，所述机器人耦合器具有致动器，所述致动器被配置为使连接器移动成与车辆充电端口接合，其中所述能量存储装置被配置为对所述致动器供电；以及控制器，所述控制器被编程为，响应于车辆充电的请求，(i)命令所述开关布置，使得所述地面单元与所述电源电断开连接，(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述地面单元与所述电源电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口，以及(iii)一旦所述连接器耦合到所述车辆充电端口，就命令所述开关布置，使得所述地面单元电连接到所述电源。

根据实施例，所述开关布置包括至少一个接触器，所述至少一个接触器在断开时将所述地面单元与所述电源电断开连接，并且其中所述命令所述开关布置使得所述地面单元与所述电源电断开连接包括断开所述至少一个接触器。

根据实施例，所述EVSE包括被配置为与所述电源连接的第一端子和第二端子，以及分别与所述第一端子和所述第二端子相关联的第一接触器和第二接触器。

根据实施例，所述命令所述开关布置使得所述地面单元与所述电源电断开连接包括断开所述第一接触器和所述第二接触器以将所述地面单元与所述第一端子和所述第二端子断开连接。

根据实施例，所述控制器被进一步编程为，响应于结束充电的请求，(i)命令所述开关布置将所述地面单元与所述电源电断开连接，以及(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述连接器与所述电源电断开连接时，将所述连接器从所述车辆充电端口去耦。

根据实施例，所述控制器被进一步编程为，响应于所述能量存储装置电量低，命令所述开关布置，使得所述能量存储装置电连接到所述电源。

根据实施例，所述能量存储装置为电池或电容器。

根据本发明，一种利用免手持充电系统为车辆充电的方法，所述免手持充电系统包括：连接器，所述连接器被配置为连接到车辆充电端口；能量存储装置；以及致动器，所述致动器被配置为将所述连接器自主地连接到所述车辆，所述方法包括：响应于车辆充电的请求：操作所述免手持充电系统的开关布置以将所述致动器和所述连接器与电网电断开连接；使用来自所述能量存储装置的电力操作所述致动器以在所述连接器和所述致动器与所述电网电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口；操作所述开关布置以将所述连接器电连接到所述电网；以及使用所述电网为所述车辆充电。

在本发明的一个方面，所述方法包括：响应于结束充电的请求：操作所述开关布置以将所述连接器与所述电网电断开连接；以及使用来自所述能量存储装置的电力操作所述致动器，以在所述连接器与所述电网电断开连接时，将所述连接器从所述车辆充电端口去耦。

在本发明的一个方面，所述方法包括：响应于所述能量存储装置需要充电：操作所述开关布置以将所述能量存储装置电连接到所述电网；使用所述电网对所述能量存储装置充电；以及一旦所述能量存储装置被充电，就操作所述开关布置以将所述能量存储装置与所述电网电断开连接。

Claims (15)

1.一种免手持充电系统，所述免手持充电系统包括：

电源；

地面单元，所述地面单元电连接到所述电源并且包括能量存储装置和机器人耦合器，所述机器人耦合器具有连接器和致动器，所述致动器被配置为使所述连接器自主地移动成与车辆充电端口接合，其中所述能量存储装置被配置为对所述致动器供电；

开关布置，所述开关布置被配置为将所述电源选择性地电连接到所述能量存储装置和所述连接器；以及

控制器，所述控制器被编程为，响应于车辆充电的请求，(i)命令所述开关布置，使得所述连接器与所述电源电断开连接，(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述连接器与所述电源电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口，以及(iii)在所述连接器耦合到所述车辆充电端口后，命令所述开关布置，使得所述连接器电连接到所述电源。

2.如权利要求1所述的免手持充电系统，其中所述控制器被进一步编程为，响应于结束充电的请求，(i)命令所述开关布置将所述连接器与所述电源电断开连接，以及(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述连接器与所述电源电断开连接时，将所述连接器从所述车辆充电端口去耦。

3.如权利要求1所述的免手持充电系统，其中所述控制器被进一步编程为，响应于所述能量存储装置电量低，命令所述开关布置，使得所述能量存储装置电连接到所述电源。

4.如权利要求1所述的免手持充电系统，其中所述控制器被进一步编程为，响应于所述能量存储装置电量低，(i)命令所述开关布置，使得所述能量存储装置电连接到所述电源，以及(ii)一旦所述能量存储装置被充电，就命令所述开关布置，使得所述能量存储装置与所述电源电断开连接。

5.如权利要求1所述的免手持充电系统，其中所述系统进一步包括：

壁式单元；以及

线绳，所述线绳将所述壁式单元连接到所述地面单元。

6.如权利要求5所述的免手持充电系统，其中所述开关布置包括一个或多个接触器，所述一个或多个接触器设置在所述壁式单元中并且被配置为在断开时将所述地面单元与所述电源断开连接。

7.如权利要求5所述的免手持充电系统，其中所述电源为电网。

8.如权利要求1所述的免手持充电系统，其中所述能量存储装置为电池。

9.如权利要求1所述的免手持充电系统，其中所述能量存储装置为电容器。

10.如权利要求1所述的免手持充电系统，其进一步包括电力转换器，所述电力转换器被配置为将交流电转换为直流电。

11.一种免手持充电系统，所述免手持充电系统包括：

电动车辆供电装备(EVSE)，所述EVSE被配置为电连接到电源并且包括开关布置；

地面单元，所述地面单元通过电缆连接到所述EVSE，所述地面单元包括能量存储装置和机器人耦合器，所述机器人耦合器具有致动器，所述致动器被配置为使连接器移动成与车辆充电端口接合，其中所述能量存储装置被配置为对所述致动器供电；以及

控制器，所述控制器被编程为，响应于车辆充电的请求，(i)命令所述开关布置，使得所述地面单元与所述电源电断开连接，(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述地面单元与所述电源电断开连接时，将所述连接器耦合到所述车辆充电端口，以及(iii)一旦所述连接器耦合到所述车辆充电端口，就命令所述开关布置，使得所述地面单元电连接到所述电源。

12.如权利要求11所述的免手持充电系统，其中所述开关布置包括至少一个接触器，所述至少一个接触器在断开时将所述地面单元与所述电源电断开连接，并且其中所述命令所述开关布置使得所述地面单元与所述电源电断开连接包括断开所述至少一个接触器。

13.如权利要求11所述的免手持充电系统，其中所述EVSE包括被配置为与所述电源连接的第一端子和第二端子，以及分别与所述第一端子和所述第二端子相关联的第一接触器和第二接触器。

14.如权利要求13所述的免手持充电系统，其中所述命令所述开关布置使得所述地面单元与所述电源电断开连接包括断开所述第一接触器和所述第二接触器以将所述地面单元与所述第一端子和所述第二端子断开连接。

15.如权利要求11所述的免手持充电系统，其中所述控制器被进一步编程为，响应于结束充电的请求，(i)命令所述开关布置将所述地面单元与所述电源电断开连接；以及(ii)使用来自所述能量存储装置的电力命令所述致动器移动，以在所述连接器与所述电源电断开连接时，将所述连接器从所述车辆充电端口去耦。

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