用於對電動車輛充電的方法和系統的製作方法

2023-06-14 10:01:36 2

專利名稱：用於對電動車輛充電的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及電動車輛。更具體地，本發明涉及用於減輕對電動車輛充電的任務的自主充電基礎設施。
背景技術：
電動車輛(EV)和電池電動車輛(BEV)相對於化石燃料汽車具有許多優勢，包括減少的汙染物的排放和對外來能源的國家依賴性。儘管有這些優勢，EV遭受在很大程度上由於電池技術限制而引起的短駕駛範圍和長充電間隔。因此，EV和充電基礎設施的廣泛採用已受到限制。混合電動車輛(HEV)或插入式混合電動車輛(PHEV)嘗試通過提供交替電源(例如化石燃料或氫氣)來減輕範圍和充電間隔問題。典型的充電站要求車輛用戶將汽車手動連接到該站。對於要求的充電頻率，此類手動幹預使車輛所有和因此的車輛採用變得複雜。另一方法使用近場磁共振感應。這種方法遭受電源和車輛之間的電磁接口和較低的耦合效率。為了完全實現EV的潛力並鼓勵其採用，充電應作為無意識任務在有限或沒有用戶幹預的情況下發生。這需要用於在多種電源與車輛之間傳輸功率的智能系統。另外，需要一種適當地對此服務開帳單的方式，無論是誰在駕駛車輛，如計程車隊將發生的那樣。

發明內容
在一方面中，本發明以用於對電動車輛充電的方法為特徵。確定接近充電器的電動車輛的存在。確認與電動車輛相關聯的用戶帳戶數據。使充電器上的對接接口與電動車輛上的插座對準。對接接口在接近度小於預定距離時被耦合到插座。功率被從充電器供應到電動車輛。在另一方面中，本發明以用於對電動車輛充電的系統為特徵。機械臂被配置為用於耦合到電源。對接接口耦合到機械臂。成像器耦合到對接接口並與布置在對接接口中的多個電連接器通信。電連接器中的至少一個被配置為用於與電源的電通信。在另一方面中，本發明以用於對電動車輛充電的系統為特徵。行為模塊包括用於存儲指示電動車輛的充電行為的數據的使用資料庫。充電設備具有電源開關且被配置為用於通過通信網絡與行為模塊通信。充電設備被配置為用於響應於來自電力網上的電源的請求通過開關將電動車輛與電力網電f禹合。


通過結合附圖來參考以下描述，可以更好地理解本發明的上述及其他優勢，在附圖中相同的附圖標記在各種圖中指示相同的結構元件和特徵。附圖不一定按比例，而是代之以著重於圖示本發明的原理。圖I是根據本發明的用於對電動車輛充電的系統的實施例的透視圖。圖2是圖I所示的電動車輛和充電器的透視圖。圖3A是對接接口的實施例的透視圖。圖3B是可與圖3A中的對接接口一起使用的插座的實施例的透視圖。
圖3C是沿著A-A』取的圖3A的橫截面視圖，其進一步圖示了彈簧承載成像器和電磁體。圖4A是對接接口的實施例的透視圖。圖4B是可與圖4A中的對接接口一起使用的插座的實施例的透視圖。圖4C是沿著B-B』取的圖4A的橫截面視圖，其進一步圖示了彈簧承載成像器。圖5是被修改以移動成像器的圖4A中的對接接口的實施例的透視圖。圖6是與限定六個自由度的三個軸有關的圖4A中的對接接口的實施例的透視圖。圖7A、7B和7C圖示了使用插座上的特徵的共軸對準。圖8A和8B圖示了視場中的插座的接近。圖9A和9B圖示了使用插座上的特徵的滾轉對準。圖IOA和IOB圖示了視場中的插座的縱搖(pitch)對準。圖IOC和IOD圖示了視場中的插座的橫搖(yaw)對準。圖IOE圖示了具有共軸不對準、滾轉不對準、縱搖不對準和橫搖不對準的插座。圖11是根據本發明的網狀網絡的實施例的示意視圖。圖12是根據本發明的計量架構的實施例的示意視圖。圖13A是示出通信路徑的圖11中的網狀網絡的示意視圖。圖13B是示出已修理通信路徑的圖13A中的網狀網絡的示意視圖。
具體實施例方式本文所述的充電方法和系統的實施例提供了電力網與電動車輛(EV)之間的智能電源管理，包括車輛充電和將向電力網返回功率的車輛的使用的組合。本文所述的實施例參考EV。EV可以包括電池電動車輛(BEV)、混合電動車輛(HEV)、插入式混合電動車輛(PHEV)和產生或消耗電力並受益於自主充電的任何可運輸設備。例如，EV可以是高爾夫球車、叉式升降機(fork-lift)或電動購物車。自主意指對EV充電或與電力網共享EV功率的動作在幾乎沒有用戶動作的情況下發生。在這種情況下，相對於化石燃料車輛而言，與EV相關聯的頻繁和長充電間隔的限制消失，從而促進了 EV的廣泛採用。在一個實施例中，用戶將EV停放在工作現場並離開EV。在另一實施例中，EV被停放在家且用戶去睡覺。機器人充電器檢測車輛的存在。被包含在鑰匙中、在EV上的插座上或兩者的與EV相關聯的帳戶數據被無線地傳輸到確認電力網是否應對汽車充電、汽車是否應對電力網充電並管理開帳單信息的資源。充電器使用機器視覺連接到EV且充電進行至用戶返回汽車，發生充電滿或某些其他事件終止該充電過程。這時，充電器解對接(undock)並儲備起來等待下一個EV。圖I圖示了用於四個EV 12a、12b、12c和12d (—般地為12)的充電系統10的實施例，每個分別具有相應插座18a、18b、18c和18d (—般地為18)。在一個實施例中，每個EV 12具有不止一個插座以促進到充電器的耦合。示出了處於與充電器14a、14b、14c和14d(一般地為14)對接的各種階段的每個EV 12。每個充電器14具有被用來與EV 12上的相應插座18耦合的相應對接接口 16a、16b、16c和16d (—般地為16)。每個EV 12和每個充電器14與協調器30無線地通信。協調器30藉助於網際網路網關32通過網際網路34進行通信。網際網路連接到包括計算機36a和36b (—般地為36)的多個資源。網際網路34還可以是雲計算環境，其中，例如計算機的大量資源與網際網路網關32通信。網際網路網關32優選地是加固平板個人計算機(PC)，但是還可以是能夠在協調器30與網際網路34之間傳遞低數據速率文件的任何計算設備。
無線通信優選地使用電氣和電子工程師協會(IEEE) 802. 15. 4標準(Zigbee )。Zigbee 對具有低數據速率、低功率消耗和小分組掉線的控制和傳感器網絡而言是最佳的。可以使用其他無線協議來代替Zigbee 或與之相組合，包括但不限於MiWi 、ANT 、IEEE802. 15. I (Bluetooth )、IEEE 802. 11 (WiFi )、IEEE 802. 16 (WiMax )和長期演進(LTE )。每個充電器14還與連接到許多電源的電力網20通信，所述電源例如為風力渦輪機22、燃煤發電廠24或太陽能電池陣列26。優選地，充電器14支持I級(例如單相120V)、2級(例如單相230/240V)或任何3級(例如三相)電源標準，雖然可設想充電器14可與可用的任何電力線標準一起使用，包括諸如50Hz和60Hz的不同頻率。圖I的充電系統10圖示了使EV 12上的插座18與充電器14上的對接接口 16對接或耦合的各個階段。EV 12a剛剛到達停車場。充電器14a在從EV 12a傳輸的無線信號強到足以被充電器14a檢測到且被確定為具有足夠量值時感測到EV 12a的接近。充電器14a還保證EV 12a在嘗試對接之前是靜止的。充電器14a還可以使用自動測距技術，其包括聲納或測量由充電器14a傳輸的、被EV 12a反射且被返回到充電器14a的信號的聲延遲。在其他實施例中，自動測距可以在由充電器14a發射的磁場接近包含在EV 12a中的金屬時測量光束的延遲或感測磁場畸變。除感測EV 12a到充電器14a的接近之外，EV 12a的滾轉角被傳輸到充電器14a以促進對接接口 16a到插座18a的後續對接。EV 12a的滾轉角是EV 12a向左或右傾斜多少的測量，例如當EV 12a被停放在斜坡表面上時。EV 12a還傳輸其他充電行為數據，例如EV 12a被充電時的日期、EV 12a被充電時的時間和持續時間及EV 12a被充電的位置。EV12a還傳輸用於開帳單目的的信息，諸如開帳單地址和安全加密格式的帳戶數據。在一個實施例中，加密格式是基於國家標準和技術協會(NIST)認證高級加密標準(AES)的128位加密。由EV 12a傳輸的信息被協調器30接收到並傳遞至網際網路網關32用於帳戶確認和開帳單目的或基於EV 12a的充電行為來確定EV 12a是否應向電力網20供應功率。例如，如果EV 12a具有過多電荷或基於先前的充電會話被預期將長時間被保持停放，則EV 12a可以在存在來自連接到電力網20的其他EV的對功率的高需求時向電力網20供應功率。與在EV 12a先前從電力網20接收到功率時所使用的開帳單率相比，對應於EV 12a的帳戶被以合適的開帳單率記入。在另一實施例中，由EV 12a傳輸到協調器30的信息被用來評估用於EV 12a的停放費用。在另一實施例中，EV 12a可以通過在EV 12被移動時向網際網路34發送信號來警告EV的駕駛員EV的潛在被盜。
從EV 12向電力網20供應功率與車輛至電力網(V2G)兼容。V2G減少了對電源22、24和26的需要，因為大的EV 12池可以補充電源22、24和26的功率產生。充電系統10的自主性質改進了 V2G，因為在何時、何地和如何從EV 12向電力網20傳送功率的準確確定要求包含許多充電會話的充電行為使用資料庫。這又使得需要如用充電系統10描述的系統，其容易使用且在沒有用戶幹預或手動錯誤的情況下收集用於有效V2G的所需數據。EV 12b與EV 12a相比處於對接的下一階段。充電器14b上的對接接口 16b通過用充電器14b上的機械臂對對接接口進行定位來對準到EV 12b上的插座18b。機械臂能夠實現具有6個自由度(sixDOF)和伸縮臂(telescoping arm)的關節運動。還可設想具有附加自由度的機械臂。雖然優選地使用sixDOF機械臂，但某些裝置可以有利地使用具有更多關節的機械臂以清除充電器14b與EV 12b之間的障礙物。EV 12c與EV 12b相比處於對接的下一階段。在用EV 12b圖示了的初始對準階段之後，並且當對接接口 16c在緊密接近插座18c的區域內時，對接接口 16c被耦合到插座18c。在耦合期間，保持對接接口 18c到插座18c的對準，直至耦合完成。對接接口 16c到插座18c的接近在小於由存儲在充電器14c中的值定義的預定距離時是足夠緊密的。確定對接接口 16c到插座18c的接近度是基於與EV 12a充分地接近充電器14a的初始確定類似的方法。具體地，充電器14c可以使用自動測距技術，其包括聲納或測量由充電器14c傳輸的、被EV 12c反射的且被返回到充電器14c的信號的聲延遲。在其他實施例中，自動測距可以在由充電器14c發射的磁場接近包含在EV 12c中的金屬時測量光束的延遲或感測磁場畸變。在一個實施例中，插座18c與對接接口 16c的耦合包括實現插座18c上的電極與對接接口 16c上的電極之間的物理連接。在另一實施例中，插座18c在通過近場電感耦合來傳送功率的情況下用磁場耦合到對接接口 16c。在另一實施例中，插座18c用光耦合器耦合到對接接口 16c。一旦插座18c被耦合到對接接口 16c，則充電器14c執行從電力網20向EV 12c供應功率、從EV 12c向電力網20供應功率或兩者。在一個實施例中，充電器14c包含限流設備以在具有開帳單充電的相應減少的情況下降低充電率。EV 12d與EV 12c相比處於對接的下一階段。EV 12d被充電器14d充電。EV 12d在EV 12d開始移動時明確地或作為故障保險(fail-safe)來用信號通知充電會話的結束。充電器14d然後存儲機械臂，如用充電器14a所描述的那樣。除對EV 12充電或用V2G向電力網20返回功率之外，充電系統10還使得用戶能夠通過經由網際網路向協調器30發送控制信號以將其傳送至EV 12來控制EV 12的設備。在一個實施例中，被EV 12接收到的控制信號通過與EV 12控制器區域網路(CAN)或本地網際網路(LIN)總線進一步通信來控制EV 12空調、加熱和照明系統。CAN或LIN總線提供EV中的多種設備之間的通信，多種設備諸如加熱系統、照明和無線電。例如，被EV 12接收到的控制信號有益於在駕駛員到達之前啟動汽車以將駕駛艙加溫或將激活燈以例如在擁擠的停車場中定位汽車。圖2進一步圖示了對準到如圖I所示的EV 12b上的插座18b的充電器14b上的對接接口 16b。在一個實施例中，插座18b在EV 12b的前面上。在其他實施例中，插座18b在EV 12b的背面或側面上。在另一實施例中，多個插座可用於充電器14b以基於接近從中進行選擇。圖3A示出具有多個電連接器56、電磁表面60和成像器64的對接接口 52的實施例。表面60在使充電器14對接到EV 12時被由充電器14供電的電磁體磁化。在充電完成之後，電磁體被解激活，從而促進充電器14到EV 12的解對接。電連接器56包括電源、接地和信號的組合。在一個實施例中，成像器64對紅外光進行響應並包含足以在對接期間看到插座16的視場，如圖I所示。
圖3B示出具有多個電接受器58、磁化表面62、西面特徵66、北面特徵68、東面特徵70和安裝在支架(pedestal )74上的質心特徵72的插座54的實施例。在一個實施例中，支架74的長度近似與西面特徵66和東面特徵70之間的距離相同，其在一個實例中為74mm。圖3A中所示的對接接口 52是陰連接器且圖3B中所示的插座54是陽連接器。可以構思對接接口 52可以是陽連接器且插座54可以是陰連接器，或者對接接口 52可以是陰連接器且插座54可以是陽連接器。電連接器56和電接受器58被設計為用摩擦配合進行耦合，然而，它們還可以被電容地耦合或電感地耦合以出於安全原因將EV 12進一步與高電壓隔離。在一個替代實施例中，插座54上的表面62是未磁化金屬表面。在另一實施例中，表面62是在使充電器14對接至EV 12時被EV 12供電的電磁體，並且對接接口 52上的表面60是金屬、永磁體或電磁體。特徵66、68、70和72可以是被對接接口 52中的光源照亮的反射標誌(emblem)，或者可以是發光二極體(LED)或由被光源照亮的光纖螺紋(thread)形成的光管。在一個實施例中，LED優選地是具有7. 5 Hz方波幅度調製的紅外LED。LED頻率和調製方案優選地被選擇為對來自插座特徵的發射進行響應且不對幹擾插座發射的環境光或熱源進行響應。在另一實施例中，存在附加特徵以在特徵模糊或要實現增加的準確度時提供冗餘。在一個實施例中，對接接口 52的成像器64具有電刷(wiper)機構以保持成像器64沒有灰塵和雪。替代地，對接接口 52的成像器64具有虹膜快門以保持成像器64沒有灰塵和雪。在另一實施例中，對接接口 52的成像器64具有通過電連接器56中的一個跨越成像器64進行吹動的強制熱空氣。充電器14上的加熱器和吹風機通過從充電器14至連接器56中的一個的管來提供加熱空氣流。在另一實施例中，用恆溫加熱器對成像器64進行加熱。具體地，圖3C中的彈簧76被加熱且熱量被傳導地傳送至成像器64。圖3C示出沿著A-A』取的圖3A的橫截面並圖示了具有適合於接收插座54上的電接受器58的摩擦配合的電連接器56。成像器64被彈簧76進行彈簧承載且用信號78與圖I的充電器14通信。彈簧76是允許插座54的支架74在對接過程期間將彈簧76壓縮的低壓縮力彈簧。對接接口 52具有電磁表面60。可以在EV 12的充電或向電力網20傳送功率完成之後去除或翻轉表面60的極化。圖4A示出圖3A中所示的對接接口 82的實施例的修改，其中，成像器64被包含在螺紋孔88中。圖4B示出圖4B中所示的插座的實施例的修改，其中，支架包含適合於與圖3A中所示的螺紋孔88耦合的螺紋86。圖4C示出沿著B-B』取的圖4A的橫截面。圖4C與圖3C類似，不同的是缺少圖3C中的電磁表面60。在圖4C中以橫截面示出的對接接口使用插座84上的有螺紋螺釘或由有螺紋支架86形成的螺絲鑽來耦合到對接接口 82的螺紋孔88。在一個實施例中，有螺紋支架86被插座84供電以在對接會話期間旋轉並在對接接口 82和插座84被耦合時停止旋轉，由電連接器56中的一個與電接受器58中的一個之間的傳導確定。圖5是對圖4A中所示的對接接口 82的修改，其中，成像器64偏離圖4B所示的質心特徵72。有利地，實施例不要求圖3C中所示的彈簧76，但是要求準確的測距信息以在對接期間建立對接接口 82與插座84之間的距離以及螺紋孔88與成像器64之間的距離來補償對接接口 82與插座84的對準期間的成像器64偏移。圖6示出相對於限定六個自由度(sixDOF)的三個軸的圖4A的對接接口 82的實施例。為了分別適當地使對接接口 82與圖4A和圖4B中所示的插座84對準，對接接口 82被以六路對準至插座84。第一，對接接口 82通過修正軸102上的水平不對準和軸104上的垂直不對準來實現共軸對準。第二，對接接口 82通過沿著軸106移動來減小到插座84的接近度。第三，對接接口 82實現滾轉107對準。第四，對接接口 82實現縱搖108對準。第五，對接接口 82實現橫搖109對準。sixDOF中的每一個可以是互相依賴的且要求並發的對 準,或者可以重複地調整sixDOF中的每一個。圖7A、7B和7C圖示了使圖4A的對接接口 82共軸地對準至圖4B的插座84的方法。在圖7A中，圖4A中所示的成像器64看到四個特徵質心特徵72、西面特徵66、北面特徵68和東面特徵70。在圖7A中，對接接口 82在插座84的西北，並且應被向右和向下移動以保持質心特徵72與西面特徵66、北面特徵68和東面特徵70中的每一個之間的相等距離。在圖7B中，對接接口 82在插座84的東面，並且應被向右移動以保持質心特徵72與西面特徵66、北面特徵68和東面特徵70中的每一個之間的相等距離。在圖7C中，對接接口82已實現與插座84的共軸對準。圖8A和8B圖示了實現圖4A的對接接口 82接近圖4B的插座84至預定距離內的方法。在圖8A中，插座84相對於圖8B中所示的插座84而言遠離對接接口 82，因為與圖4A中所示的成像器64的視場126相比，西面特徵66與東面特徵70之間的距離是小的。通過增加西面特徵66與東面特徵70之間的距離，對接接口 82被定位於更接近插座84，如圖8B所示。雖然優選地使用西面特徵66與東面特徵70來實現接近，但使插座84上的任何兩個特徵之間的距離最大化類似地導致將對接接口 82定位為更接近插座84。例如，使質心特徵72與西面特徵66之間的距離最大化最終導致移動對接接口 82更接近插座84，即使圖7B和7C中所示的同時執行的共軸對準可能暫時地幹擾接近調整，直至實現共軸對準。圖9A和9B圖示了實現圖4A的對接接口 82至圖4B的插座84的滾轉對準的方法。具體地，圖9A示出繞圖6中所示的軸106滾轉的插座84上的特徵，而圖9B示出在實現滾轉對準之後的插座84上的相同特徵。優選地，將與西面特徵66和東面特徵70交叉的對準線與存儲在圖I的充電器14a中的基準線相比較。通過EV 12a的滾轉角來修改存儲在充電器14a中的基準線以補償斜坡停放表面。雖然優選地使用西面特徵66和東面特徵70來形成被用於滾轉對準的對準線，但可以構思對準線可以與任何兩個特徵交叉。類似於同時執行共軸對準並實現接近的相互作用，質心特徵72和西面特徵66 (或類似地東面特徵70)的使用可以引起滾轉對準與共軸對準之間的相互作用，但是最終實現滾轉對準和共軸對準兩者。圖IOA和IOB圖示了實現圖4A的對接接口 82到圖4B的插座84的縱搖對準的方法。圖IOA示出移位至成像器64的視場126的頂部的插座84的特徵。通過將質心特徵72向下移動至視場126的中心來實現縱搖對準。圖IOB示出移位至成像器64的視場126的底部的插座84的特徵。通過將質心特徵72向上移動至視場126的中心來實現縱搖對準。圖IOC和IOD圖示了實現圖4A的對接接ロ 82到圖4B的插座84的橫搖對準的方法。圖IOC示出移位至成像器64的視場126的左側的插座84的特徵。通過將質心特徵72向右移動至視場126的中心來實現橫搖對準。圖IOB示出移位至成像器64的視場126的右側的插座84的特徵。通過將質心特徵72向左移動至視場126的中心來實現橫搖對準。圖IOE示出具有共軸不對準、小於預定距離的接近度、滾轉不對準、縱搖不對準和橫搖不對準的插座84的特徵。可以與其他sixDOF對準中的一個或多個同時地調整圖6中所示的sixDOF對準中的每ー個，或者可以獨立地且重複地調整sixDOF對準中的每ー個。在一個實施例中，首先發生初始縱搖對準和橫搖對準以使插座84上的特徵移動至視場126的中心。這通過使用成像器64的視場126的中心有利地改進了後續對準步驟的準確度，其中，發生較少的透鏡畸變和視差。 視場126被設計為覆蓋足以最初看到插座84的特徵的區域。在其他實施例中，成像器64包括變焦特徵以產生更寬的視場126以促進初始圖像捕捉。在另ー實施例中，圖I的充電器14執行光柵掃描移動以促進初始圖像捕捉。光柵掃描移動在充電器14的行進場的左上方處開始，從左向右移動，向下移動小於視場126的高度，從右向左掃描，向下移動小於視場126的高度並重複以上步驟。圖11圖示了被用於本文所述的充電系統的組件之間的簡單、可縮放和容錯通信的網狀網絡170。圖11示出三個EV 12，每個具有智能鑰匙174和充電器14。每個充電器14和每個EV 12能夠作為無線路由器，這意味著其能夠在其他組件的請求時重傳信息。每個智能鑰匙174是無線端點，這意味著其能夠對請求進行響應，但不代表其他組件重傳信息，從而延長智能鑰匙174的電池壽命。智能鑰匙174可以是單個集成組件，或者可以是承載在鑰匙鏈上的単獨模塊。網狀網絡170包括充當充電器路由器180、180b和180c (—般地為180)的三個充電器14、充當EV路由器176a、176b和176c (—般地為176)的三個EV 12和充當智能鑰匙端點172a、172b和172c (—般地為172)的三個智能鑰匙174。每個充電器路由器180可以重傳來自任何其他充電器路由器180、任何其他EV路由器176和協調器30的數據。每個EV路由器176可以重傳來自任何其他EV路由器176、任何充電器路由器180、任何智能鑰匙端點172和協調器30的數據。每個智能鑰匙端點172不能重傳數據，但是可以對來自任何EV路由器176或協調器30的請求進行響應。為了可讀性，示出了與僅ー個充電器路由器180c、ー個EV路由器176c和ー個智能鑰匙端點172c通信的圖11、12、13A和13B中的協調器30，然而協調器30直接與所有充電器路由器180、所有EV路由器176和所有智能鑰匙端點172通信。網狀網絡170中的路由器和端點中的每ー個之間的通信以菊鏈方式發生。例如，智能鑰匙端點172a可以通過EV路由器176a或通過EV路由器176b與充電器180a通信。網狀網絡170容忍路由器與端點之間的高等待時間和低數據速率。網的固有冗餘提供容錯操作和可縮放性。可以沒有不利地影響其他充電器14的情況下容易地添加附加充電器14或將充電器14拆卸以進行維護。在一個實施例中，每個EV路由器176是EV 12上的單個插座18。因此，可以將EV12的前面上的插座18耦合到充電器14，但是在EV 12的背面或側面上的第二插座可以重傳來自充電器路由器180或智能鑰匙端點172的數據。智能鑰匙174和智能鑰匙端點172包含與帳戶持有者(通常為駕駛員)相關聯的數據。EV 12或其上面的插座18包含與EV 12相關聯的數據。與帳戶持有者和EV 12相關聯的數據的分離提供共享的汽車體驗，其中，父母和青少年駕駛員每個都可以出於開帳單目的用單獨的鑰匙使用相同汽車或存儲諸如充電行為的偏好。帳戶持有者還可以在租車場景或借車場景中使用智能鑰匙172以進行開帳單和個性化。當EV被停放且準備充電時，智能鑰匙174與插座18配對並將其激活以實現充電。然後可以在充電期間去除智能鑰匙174。在一個實施例中，智能鑰匙174還是點火鑰匙且通過檢測點火鑰匙何時被從EV 12被去除來自動地實現充電。在返回汽車時，駕駛員插入點火鑰匙且智能鑰匙174被用來自用來對EV 12充電的充電器14的充電信息更新。
每個充電器路由器180監視其他充電器路由器180和EV路由器176的信號強度，並且每個EV路由器176監視其他充電器路由器180、EV路由器176和智能鑰匙端點172的信號強度，並直接地或通過網中的菊鏈路徑將信號強度信息傳輸至協調器30。協調器30使用信號強度信息來產生網中的任何元件之間的可能通信路徑的路由圖。協調器30還通過網際網路網關32通過網際網路34與包括計算機36a和36b的資源通信。在一個實施例中，網際網路網關是被配置為文件伺服器的計算機。路由圖可以是實時響應，或者可以將其存儲在與協調器30通信的資料庫中。例如，可以將路由圖存儲在計算機36a或36b上。充電器路由器180、EV路由器176和智能鑰匙端點172中的每一個通過從協調器30接收信標意識到可能的通信路徑。該信標是包含用於網狀網絡170中的每個元件的通信路徑的數據分組。圖12示出還包括計量架構和附加網際網路資源的圖11的網狀網絡170。圖I的充電系統10被設計為容易地用現有電力網20基礎設施進行工作。每個充電器路由器180與物理功率表196且與物理傳統表198通信。傳統表198測量向或從電力網20供應的所有功率。每個功率表196測量向或從充電器14供應的所有功率，包括與多個EV 12的多個充電會話。在一個實施例中，在完成與EV 12的充電會話時，與協調器30通信的虛擬功率表200記錄功率表196的功率消耗，其被充電器路由器180傳輸且使功率消耗與接收或供應功率的特定EV 12相關聯。協調器30然後將所消耗的功率傳輸至與EV 12相關聯的虛擬表194和與帳戶持有者相關聯的虛擬表192。虛擬表192、194和200表現為到網狀網絡190的物理表，但將表示供應的功率或消耗的功率的數據存儲在非易失性存儲中。在一個示例中，非易失性存儲器是快閃記憶體。用自動儀表讀數(AMR)來讀取物理表196，其是用於向充電器路由器180傳送功率表數據的無線協議。協調器30監視並記錄總計功率消耗或傳送由功率表196發送的信息以確定消耗或傳送至電力網20的功率的量，不包括在充電器系統10之外的正常房屋使用，例如工廠201。從每個充電會話收集的數據被存儲在行為模塊204中。在一個實施例中，行為模塊204存儲EV 12被充電時的日期、時間和持續時間及EV 12被充電的位置中的至少一個。收集的數據可用於V2G以確定哪些EV 12可以有利地向電力網20返回功率。收集的數據還可以促進到車輛所有者的目標行銷。在一個實施例中，協調器30使用仲裁器206來確定哪個EV 12應向電力網20供應功率且其應如何這樣做。例如，一個EV 12可以提供用於V2G的足夠功率；然而，若干EV 12可能可用於供應所需的功率。在一個示例中，仲裁器基於記錄在行為模塊204中的過去充電行為來選擇最可能在整個充電會話期間保持被耦合到充電器14的EV 12。協調器30還與確認模塊202通信，其存儲對充電會話進行授權所需的帳戶信息。確認模塊還可以存儲違章停車或可以防止EV 12使用充電服務的其他數據。確認模塊202、行為模塊204和仲裁器206中的每個都可以包括包含用於使用充電系統10的所有EV 12的數據的單個資料庫，或者可以包括多個資料庫，例如用於每個EV12的資料庫。圖13A圖示了如圖11所述的通信路徑的示例。在一個實施例中，智能鑰匙端點 172、EV路由器176和充電器路由器180中的每一個從協調器30接收定義優選或可用通信路徑的信標。智能鑰匙端點172和EV路由器176a通過無線路徑212進行通信。EV路由器176a和充電器180a通過無線路徑214進行通信。充電路由器180a和充電器路由器180b通過無線路徑216進行通信。充電器路由器180b和充電器路由器180c通過無線路徑218進行通信且充電器路由器180c和協調器30通過無線路徑220進行通信。在另一實施例中，智能鑰匙端點172a中的任何一個、EV路由器176a或充電器路由器180中的任何一個直接與協調器30通信。圖13B示出圖13A的路由網狀網絡210以進一步圖示如何管理通信路徑。在圖13B中，充電器路由器180b已發生故障，從而破壞圖13A中使用的菊鏈路徑。協調器從EV路由器176a、176b或176c中的一個的充電器路由器180b和180c中的至少一個接收信號強度信息。在一個實施例中，協調器30基於來自充電器路由器180b的信號的丟失來確定從智能鑰匙端點172a至協調器30的次好路徑並向網狀網絡210中的所有元件發送新信標。然後將菊鏈路徑修改為使用EV路由器176b代替充電器路由器180b以完成路徑。因此，充電器路由器180a和EV路由器176b通過無線路徑232進行通信，並且EV路由器176b和充電器路由器180c通過無線路徑234進行通信。雖然已貫穿實施例且在圖I中更詳細地描述了無線通信，但可以構思其他通信路徑。例如，一個或多個無線路徑可以替代地使用光學鏈路或任何頻率的其他譜發射。用有線連接還可以實現某些鏈路，例如充電器路由器180c與協調器30之間的路徑220。雖然已參考具體優選實施例示出並描述了本發明，但本領域的技術人員應理解的是在不脫離由以下權利要求書定義的本發明的精神和範圍的情況下可以在其中進行形式和細節的各種改變。
權利要求
1.ー種用於對電動車輛充電的方法，包括確定接近充電器的電動車輛的存在；確認與所述電動車輛相關聯的用戶帳戶數據；使所述充電器上的對接接ロ對準所述電動車輛上的插座；在接近度小於預定距離時將所述對接接ロ耦合到所述插座；以及從所述充電器向所述電動車輛供應功率。
2.權利要求I的方法，其中使對所述接接ロ對準所述插座包括檢測所述插座上的多個特徵並響應於此相對於所述插座對所述對接接ロ進行定位。
3.權利要求2的方法，其中對所述對接接ロ進行定位進ー步對所述對接接ロ相對於所述插座的共軸對準、所述對接接ロ相對於所述插座的接近度、所述對接接ロ相對於所述插座的滾轉對準、所述對接接ロ相對於所述插座的縱搖對準和所述對接接ロ相對於所述插座的橫搖對準中的至少ー個進行響應。
4.權利要求3的方法，其中對共軸對準進行響應包括保持所述插座上的質心特徵與沿著與所述質心特徵同心的球形弧布置的插座上的至少三個其他特徵中的每ー個之間的相等距離。
5.權利要求3的方法，其中對接近進行響應包括使兩個特徵之間的距離最大化。
6.權利要求3的方法，其中對所述滾轉對準進行響應包括使基準線和與所述多個特徵中的兩個特徵交叉的對準線之間的角度差最小化。
7.權利要求3的方法，其中對所述縱搖對準進行響應包括使所述插座上的質心特徵與視場的中心之間的垂直距離最小化，並且對所述橫搖對準進行響應包括使所述插座上的所述質心特徵與視場的中心之間的水平距離最小化。
8.權利要求I的方法，其中確認所述用戶帳戶數據包括將所述用戶帳戶數據從所述電動車輛傳輸至所述充電器；以及通過網絡將所述用戶帳戶數據從所述充電器傳輸至確認模塊，所述確認模塊包括存儲用於多個用戶的帳戶數據的用戶資料庫。
9.權利要求I的方法，其中使所述對接接ロ對準還包括測量從所述對接接ロ傳輸的、 被所述插座反射的且被所述對接接ロ接收的信號的延遲，當所述對接接ロ在預定距離內時，所述延遲小於延遲閾值。
10.權利要求I的方法，還包括通過網絡向所述充電器傳輸控制信號以控制所述電動車輛的設備。
11.ー種用於對電動車輛充電的系統，包括機械臂，其被配置為耦合到電源；對接接ロ，其耦合到所述機械臂；成像器，其耦合到所述對接接ロ並與被配置為控制所述機械臂的位置的控制器通信；以及布置在所述對接接口中的多個電連接器，所述電連接器中的至少ー個被配置為用於與電源的電通信。
12.權利要求11的系統，其中所述對接接ロ被配置為耦合到電動車輛上的插座，所述插座包括用於被所述成像器檢測的多個特徵和多個電接受器，每個電接受器被配置為電耦合到所述對接接ロ中的所述電連接器中的相應的ー個。
13.權利要求12的系統，還包括用於將所述對接接ロ固定到所述插座的嚙合機構。
14.權利要求12的系統，其中所述多個特徵包括西面特徵、北面特徵以及東面特徵，每個特徵被布置在與質心特徵同心的球形弧中，所述西面特徵、所述東面特徵和所述質心特徵相互共線，並且所述北面特徵與所述西面特徵和所述東面特徵等距。
15.權利要求12的系統，還包括通過網絡與多個充電器同心的協調器，所述協調器確定從所述充電器中的一個至所述協調器的多個通信路徑，每個所述充電器被配置為通過所述通信路徑中的至少ー個來重傳來自所述協調器中的ー個、其他充電器中的ー個或所述電動車輛的插座的信標，並且所述插座被配置為通過所述通信路徑中的至少ー個來重傳來自所述協調器中的ー個、所述充電器或另ー插座的信標。
16.權利要求12的系統，其中所述插座還包括用於將充電事件數據存儲在所述電動車輛的存儲器件中的虛擬表，所述虛擬表可訪問用於基於所述充電事件數據來確定所述電動車輛的充電行為。
17.—種用於對電動車輛充電的系統,包括行為模塊，包括用於存儲指示電動車輛的充電行為的數據的使用資料庫；以及充電設備，其具有電源開關且被配置為用於通過通信網絡與所述行為模塊通信，所述充電設備被配置為響應於來自電カ網上的電源的請求通過開關將所述電動車輛和電カ網電率禹合。
18.權利要求17的系統，其中所述充電設備包括機械臂和用於將所述電動車輛與所述電カ網電耦合的其上面的對接接ロ。
19.權利要求17的系統，其中所述電動車輛是每個能夠生成或消耗電功率的多個設備中的ー個，所述系統還包括用於確定設備中的至少ー個將連接到所述電カ網的仲裁器，所述仲裁器讀取用於每個設備的使用資料庫以確定設備向所述電カ網供應電功率的能力。
20.權利要求17的系統，其中所述使用資料庫包括所述電動車輛被充電時的日期、所述電動車輛被充電時的時間、充電事件的持續時間和所述充電事件的位置中的至少ー個。
全文摘要
電動車輛充電器在電動車輛接近充電器時確定電動車輛的存在。與電動車輛相關聯的帳戶數據的確認通過網絡發生。充電器上的對接接口對準至電動車輛上的插座。對接接口和插座在對接接口在到插座的預定距離內時耦合。充電器向電動車輛供應功率。
文檔編號H02J7/00GK102640380SQ201080043298
公開日2012年8月15日 申請日期2010年9月23日 優先權日2009年9月28日
發明者K.W.利裡 申請人:電力消防栓有限責任公司