专利名称：用于对电动车辆充电的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电动车辆。更具体地，本发明涉及用于减轻对电动车辆充电的任务的自主充电基础设施。
背景技术：
电动车辆(EV)和电池电动车辆(BEV)相对于化石燃料汽车具有许多优势，包括减少的污染物的排放和对外来能源的国家依赖性。尽管有这些优势，EV遭受在很大程度上由于电池技术限制而引起的短驾驶范围和长充电间隔。因此，EV和充电基础设施的广泛采用已受到限制。混合电动车辆(HEV)或插入式混合电动车辆(PHEV)尝试通过提供交替电源(例如化石燃料或氢气)来减轻范围和充电间隔问题。典型的充电站要求车辆用户将汽车手动连接到该站。对于要求的充电频率，此类手动干预使车辆所有和因此的车辆采用变得复杂。另一方法使用近场磁共振感应。这种方法遭受电源和车辆之间的电磁接口和较低的耦合效率。为了完全实现EV的潜力并鼓励其采用，充电应作为无意识任务在有限或没有用户干预的情况下发生。这需要用于在多种电源与车辆之间传输功率的智能系统。另外，需要一种适当地对此服务开帐单的方式，无论是谁在驾驶车辆，如出租车队将发生的那样。
发明内容
在一方面中，本发明以用于对电动车辆充电的方法为特征。确定接近充电器的电动车辆的存在。确认与电动车辆相关联的用户帐户数据。使充电器上的对接接口与电动车辆上的插座对准。对接接口在接近度小于预定距离时被耦合到插座。功率被从充电器供应到电动车辆。在另一方面中，本发明以用于对电动车辆充电的系统为特征。机械臂被配置为用于耦合到电源。对接接口耦合到机械臂。成像器耦合到对接接口并与布置在对接接口中的多个电连接器通信。电连接器中的至少一个被配置为用于与电源的电通信。在另一方面中，本发明以用于对电动车辆充电的系统为特征。行为模块包括用于存储指示电动车辆的充电行为的数据的使用数据库。充电设备具有电源开关且被配置为用于通过通信网络与行为模块通信。充电设备被配置为用于响应于来自电力网上的电源的请求通过开关将电动车辆与电力网电f禹合。
通过结合附图来参考以下描述，可以更好地理解本发明的上述及其他优势，在附图中相同的附图标记在各种图中指示相同的结构元件和特征。附图不一定按比例，而是代之以着重于图示本发明的原理。图I是根据本发明的用于对电动车辆充电的系统的实施例的透视图。图2是图I所示的电动车辆和充电器的透视图。图3A是对接接口的实施例的透视图。图3B是可与图3A中的对接接口一起使用的插座的实施例的透视图。
图3C是沿着A-A’取的图3A的横截面视图，其进一步图示了弹簧承载成像器和电磁体。图4A是对接接口的实施例的透视图。图4B是可与图4A中的对接接口一起使用的插座的实施例的透视图。图4C是沿着B-B’取的图4A的横截面视图，其进一步图示了弹簧承载成像器。图5是被修改以移动成像器的图4A中的对接接口的实施例的透视图。图6是与限定六个自由度的三个轴有关的图4A中的对接接口的实施例的透视图。图7A、7B和7C图示了使用插座上的特征的共轴对准。图8A和8B图示了视场中的插座的接近。图9A和9B图示了使用插座上的特征的滚转对准。图IOA和IOB图示了视场中的插座的纵摇(pitch)对准。图IOC和IOD图示了视场中的插座的横摇(yaw)对准。图IOE图示了具有共轴不对准、滚转不对准、纵摇不对准和横摇不对准的插座。图11是根据本发明的网状网络的实施例的示意视图。图12是根据本发明的计量架构的实施例的示意视图。图13A是示出通信路径的图11中的网状网络的示意视图。图13B是示出已修理通信路径的图13A中的网状网络的示意视图。
具体实施例方式本文所述的充电方法和系统的实施例提供了电力网与电动车辆(EV)之间的智能电源管理，包括车辆充电和将向电力网返回功率的车辆的使用的组合。本文所述的实施例参考EV。EV可以包括电池电动车辆(BEV)、混合电动车辆(HEV)、插入式混合电动车辆(PHEV)和产生或消耗电力并受益于自主充电的任何可运输设备。例如，EV可以是高尔夫球车、叉式升降机(fork-lift)或电动购物车。自主意指对EV充电或与电力网共享EV功率的动作在几乎没有用户动作的情况下发生。在这种情况下，相对于化石燃料车辆而言，与EV相关联的频繁和长充电间隔的限制消失，从而促进了 EV的广泛采用。在一个实施例中，用户将EV停放在工作现场并离开EV。在另一实施例中，EV被停放在家且用户去睡觉。机器人充电器检测车辆的存在。被包含在钥匙中、在EV上的插座上或两者的与EV相关联的帐户数据被无线地传输到确认电力网是否应对汽车充电、汽车是否应对电力网充电并管理开账单信息的资源。充电器使用机器视觉连接到EV且充电进行至用户返回汽车，发生充电满或某些其他事件终止该充电过程。这时，充电器解对接(undock)并储备起来等待下一个EV。图I图示了用于四个EV 12a、12b、12c和12d (—般地为12)的充电系统10的实施例，每个分别具有相应插座18a、18b、18c和18d (—般地为18)。在一个实施例中，每个EV 12具有不止一个插座以促进到充电器的耦合。示出了处于与充电器14a、14b、14c和14d(一般地为14)对接的各种阶段的每个EV 12。每个充电器14具有被用来与EV 12上的相应插座18耦合的相应对接接口 16a、16b、16c和16d (—般地为16)。每个EV 12和每个充电器14与协调器30无线地通信。协调器30借助于因特网网关32通过因特网34进行通信。因特网连接到包括计算机36a和36b (—般地为36)的多个资源。因特网34还可以是云计算环境，其中，例如计算机的大量资源与因特网网关32通信。因特网网关32优选地是加固平板个人计算机(PC)，但是还可以是能够在协调器30与因特网34之间传递低数据速率文件的任何计算设备。
无线通信优选地使用电气和电子工程师协会(IEEE) 802. 15. 4标准(Zigbee )。Zigbee 对具有低数据速率、低功率消耗和小分组掉线的控制和传感器网络而言是最佳的。可以使用其他无线协议来代替Zigbee 或与之相组合，包括但不限于MiWi 、ANT 、IEEE802. 15. I (Bluetooth )、IEEE 802. 11 (WiFi )、IEEE 802. 16 (WiMax )和长期演进(LTE )。每个充电器14还与连接到许多电源的电力网20通信，所述电源例如为风力涡轮机22、燃煤发电厂24或太阳能电池阵列26。优选地，充电器14支持I级(例如单相120V)、2级(例如单相230/240V)或任何3级(例如三相)电源标准，虽然可设想充电器14可与可用的任何电力线标准一起使用，包括诸如50Hz和60Hz的不同频率。图I的充电系统10图示了使EV 12上的插座18与充电器14上的对接接口 16对接或耦合的各个阶段。EV 12a刚刚到达停车场。充电器14a在从EV 12a传输的无线信号强到足以被充电器14a检测到且被确定为具有足够量值时感测到EV 12a的接近。充电器14a还保证EV 12a在尝试对接之前是静止的。充电器14a还可以使用自动测距技术，其包括声纳或测量由充电器14a传输的、被EV 12a反射且被返回到充电器14a的信号的声延迟。在其他实施例中，自动测距可以在由充电器14a发射的磁场接近包含在EV 12a中的金属时测量光束的延迟或感测磁场畸变。除感测EV 12a到充电器14a的接近之外，EV 12a的滚转角被传输到充电器14a以促进对接接口 16a到插座18a的后续对接。EV 12a的滚转角是EV 12a向左或右倾斜多少的测量，例如当EV 12a被停放在斜坡表面上时。EV 12a还传输其他充电行为数据，例如EV 12a被充电时的日期、EV 12a被充电时的时间和持续时间及EV 12a被充电的位置。EV12a还传输用于开账单目的的信息，诸如开账单地址和安全加密格式的帐户数据。在一个实施例中，加密格式是基于国家标准和技术协会(NIST)认证高级加密标准(AES)的128位加密。由EV 12a传输的信息被协调器30接收到并传递至因特网网关32用于帐户确认和开账单目的或基于EV 12a的充电行为来确定EV 12a是否应向电力网20供应功率。例如，如果EV 12a具有过多电荷或基于先前的充电会话被预期将长时间被保持停放，则EV 12a可以在存在来自连接到电力网20的其他EV的对功率的高需求时向电力网20供应功率。与在EV 12a先前从电力网20接收到功率时所使用的开账单率相比，对应于EV 12a的帐户被以合适的开账单率记入。在另一实施例中，由EV 12a传输到协调器30的信息被用来评估用于EV 12a的停放费用。在另一实施例中，EV 12a可以通过在EV 12被移动时向因特网34发送信号来警告EV的驾驶员EV的潜在被盗。
从EV 12向电力网20供应功率与车辆至电力网(V2G)兼容。V2G减少了对电源22、24和26的需要，因为大的EV 12池可以补充电源22、24和26的功率产生。充电系统10的自主性质改进了 V2G，因为在何时、何地和如何从EV 12向电力网20传送功率的准确确定要求包含许多充电会话的充电行为使用数据库。这又使得需要如用充电系统10描述的系统，其容易使用且在没有用户干预或手动错误的情况下收集用于有效V2G的所需数据。EV 12b与EV 12a相比处于对接的下一阶段。充电器14b上的对接接口 16b通过用充电器14b上的机械臂对对接接口进行定位来对准到EV 12b上的插座18b。机械臂能够实现具有6个自由度(sixDOF)和伸缩臂(telescoping arm)的关节运动。还可设想具有附加自由度的机械臂。虽然优选地使用sixDOF机械臂，但某些装置可以有利地使用具有更多关节的机械臂以清除充电器14b与EV 12b之间的障碍物。EV 12c与EV 12b相比处于对接的下一阶段。在用EV 12b图示了的初始对准阶段之后，并且当对接接口 16c在紧密接近插座18c的区域内时，对接接口 16c被耦合到插座18c。在耦合期间，保持对接接口 18c到插座18c的对准，直至耦合完成。对接接口 16c到插座18c的接近在小于由存储在充电器14c中的值定义的预定距离时是足够紧密的。确定对接接口 16c到插座18c的接近度是基于与EV 12a充分地接近充电器14a的初始确定类似的方法。具体地，充电器14c可以使用自动测距技术，其包括声纳或测量由充电器14c传输的、被EV 12c反射的且被返回到充电器14c的信号的声延迟。在其他实施例中，自动测距可以在由充电器14c发射的磁场接近包含在EV 12c中的金属时测量光束的延迟或感测磁场畸变。在一个实施例中，插座18c与对接接口 16c的耦合包括实现插座18c上的电极与对接接口 16c上的电极之间的物理连接。在另一实施例中，插座18c在通过近场电感耦合来传送功率的情况下用磁场耦合到对接接口 16c。在另一实施例中，插座18c用光耦合器耦合到对接接口 16c。一旦插座18c被耦合到对接接口 16c，则充电器14c执行从电力网20向EV 12c供应功率、从EV 12c向电力网20供应功率或两者。在一个实施例中，充电器14c包含限流设备以在具有开账单充电的相应减少的情况下降低充电率。EV 12d与EV 12c相比处于对接的下一阶段。EV 12d被充电器14d充电。EV 12d在EV 12d开始移动时明确地或作为故障保险(fail-safe)来用信号通知充电会话的结束。充电器14d然后存储机械臂，如用充电器14a所描述的那样。除对EV 12充电或用V2G向电力网20返回功率之外，充电系统10还使得用户能够通过经由因特网向协调器30发送控制信号以将其传送至EV 12来控制EV 12的设备。在一个实施例中，被EV 12接收到的控制信号通过与EV 12控制器局域网络(CAN)或本地互联网络(LIN)总线进一步通信来控制EV 12空调、加热和照明系统。CAN或LIN总线提供EV中的多种设备之间的通信，多种设备诸如加热系统、照明和无线电。例如，被EV 12接收到的控制信号有益于在驾驶员到达之前启动汽车以将驾驶舱加温或将激活灯以例如在拥挤的停车场中定位汽车。图2进一步图示了对准到如图I所示的EV 12b上的插座18b的充电器14b上的对接接口 16b。在一个实施例中，插座18b在EV 12b的前面上。在其他实施例中，插座18b在EV 12b的背面或侧面上。在另一实施例中，多个插座可用于充电器14b以基于接近从中进行选择。图3A示出具有多个电连接器56、电磁表面60和成像器64的对接接口 52的实施例。表面60在使充电器14对接到EV 12时被由充电器14供电的电磁体磁化。在充电完成之后，电磁体被解激活，从而促进充电器14到EV 12的解对接。电连接器56包括电源、接地和信号的组合。在一个实施例中，成像器64对红外光进行响应并包含足以在对接期间看到插座16的视场，如图I所示。
图3B示出具有多个电接受器58、磁化表面62、西面特征66、北面特征68、东面特征70和安装在支架(pedestal )74上的质心特征72的插座54的实施例。在一个实施例中，支架74的长度近似与西面特征66和东面特征70之间的距离相同，其在一个实例中为74mm。图3A中所示的对接接口 52是阴连接器且图3B中所示的插座54是阳连接器。可以构思对接接口 52可以是阳连接器且插座54可以是阴连接器，或者对接接口 52可以是阴连接器且插座54可以是阳连接器。电连接器56和电接受器58被设计为用摩擦配合进行耦合，然而，它们还可以被电容地耦合或电感地耦合以出于安全原因将EV 12进一步与高电压隔离。在一个替代实施例中，插座54上的表面62是未磁化金属表面。在另一实施例中，表面62是在使充电器14对接至EV 12时被EV 12供电的电磁体，并且对接接口 52上的表面60是金属、永磁体或电磁体。特征66、68、70和72可以是被对接接口 52中的光源照亮的反射标志(emblem)，或者可以是发光二极管(LED)或由被光源照亮的光纤螺纹(thread)形成的光管。在一个实施例中，LED优选地是具有7. 5 Hz方波幅度调制的红外LED。LED频率和调制方案优选地被选择为对来自插座特征的发射进行响应且不对干扰插座发射的环境光或热源进行响应。在另一实施例中，存在附加特征以在特征模糊或要实现增加的准确度时提供冗余。在一个实施例中，对接接口 52的成像器64具有电刷(wiper)机构以保持成像器64没有灰尘和雪。替代地，对接接口 52的成像器64具有虹膜快门以保持成像器64没有灰尘和雪。在另一实施例中，对接接口 52的成像器64具有通过电连接器56中的一个跨越成像器64进行吹动的强制热空气。充电器14上的加热器和吹风机通过从充电器14至连接器56中的一个的管来提供加热空气流。在另一实施例中，用恒温加热器对成像器64进行加热。具体地，图3C中的弹簧76被加热且热量被传导地传送至成像器64。图3C示出沿着A-A’取的图3A的横截面并图示了具有适合于接收插座54上的电接受器58的摩擦配合的电连接器56。成像器64被弹簧76进行弹簧承载且用信号78与图I的充电器14通信。弹簧76是允许插座54的支架74在对接过程期间将弹簧76压缩的低压缩力弹簧。对接接口 52具有电磁表面60。可以在EV 12的充电或向电力网20传送功率完成之后去除或翻转表面60的极化。图4A示出图3A中所示的对接接口 82的实施例的修改，其中，成像器64被包含在螺纹孔88中。图4B示出图4B中所示的插座的实施例的修改，其中，支架包含适合于与图3A中所示的螺纹孔88耦合的螺纹86。图4C示出沿着B-B’取的图4A的横截面。图4C与图3C类似，不同的是缺少图3C中的电磁表面60。在图4C中以横截面示出的对接接口使用插座84上的有螺纹螺钉或由有螺纹支架86形成的螺丝钻来耦合到对接接口 82的螺纹孔88。在一个实施例中，有螺纹支架86被插座84供电以在对接会话期间旋转并在对接接口 82和插座84被耦合时停止旋转，由电连接器56中的一个与电接受器58中的一个之间的传导确定。图5是对图4A中所示的对接接口 82的修改，其中，成像器64偏离图4B所示的质心特征72。有利地，实施例不要求图3C中所示的弹簧76，但是要求准确的测距信息以在对接期间建立对接接口 82与插座84之间的距离以及螺纹孔88与成像器64之间的距离来补偿对接接口 82与插座84的对准期间的成像器64偏移。图6示出相对于限定六个自由度(sixDOF)的三个轴的图4A的对接接口 82的实施例。为了分别适当地使对接接口 82与图4A和图4B中所示的插座84对准，对接接口 82被以六路对准至插座84。第一，对接接口 82通过修正轴102上的水平不对准和轴104上的垂直不对准来实现共轴对准。第二，对接接口 82通过沿着轴106移动来减小到插座84的接近度。第三，对接接口 82实现滚转107对准。第四，对接接口 82实现纵摇108对准。第五，对接接口 82实现横摇109对准。sixDOF中的每一个可以是互相依赖的且要求并发的对 准,或者可以重复地调整sixDOF中的每一个。图7A、7B和7C图示了使图4A的对接接口 82共轴地对准至图4B的插座84的方法。在图7A中，图4A中所示的成像器64看到四个特征质心特征72、西面特征66、北面特征68和东面特征70。在图7A中，对接接口 82在插座84的西北，并且应被向右和向下移动以保持质心特征72与西面特征66、北面特征68和东面特征70中的每一个之间的相等距离。在图7B中，对接接口 82在插座84的东面，并且应被向右移动以保持质心特征72与西面特征66、北面特征68和东面特征70中的每一个之间的相等距离。在图7C中，对接接口82已实现与插座84的共轴对准。图8A和8B图示了实现图4A的对接接口 82接近图4B的插座84至预定距离内的方法。在图8A中，插座84相对于图8B中所示的插座84而言远离对接接口 82，因为与图4A中所示的成像器64的视场126相比，西面特征66与东面特征70之间的距离是小的。通过增加西面特征66与东面特征70之间的距离，对接接口 82被定位于更接近插座84，如图8B所示。虽然优选地使用西面特征66与东面特征70来实现接近，但使插座84上的任何两个特征之间的距离最大化类似地导致将对接接口 82定位为更接近插座84。例如，使质心特征72与西面特征66之间的距离最大化最终导致移动对接接口 82更接近插座84，即使图7B和7C中所示的同时执行的共轴对准可能暂时地干扰接近调整，直至实现共轴对准。图9A和9B图示了实现图4A的对接接口 82至图4B的插座84的滚转对准的方法。具体地，图9A示出绕图6中所示的轴106滚转的插座84上的特征，而图9B示出在实现滚转对准之后的插座84上的相同特征。优选地，将与西面特征66和东面特征70交叉的对准线与存储在图I的充电器14a中的基准线相比较。通过EV 12a的滚转角来修改存储在充电器14a中的基准线以补偿斜坡停放表面。虽然优选地使用西面特征66和东面特征70来形成被用于滚转对准的对准线，但可以构思对准线可以与任何两个特征交叉。类似于同时执行共轴对准并实现接近的相互作用，质心特征72和西面特征66 (或类似地东面特征70)的使用可以引起滚转对准与共轴对准之间的相互作用，但是最终实现滚转对准和共轴对准两者。图IOA和IOB图示了实现图4A的对接接口 82到图4B的插座84的纵摇对准的方法。图IOA示出移位至成像器64的视场126的顶部的插座84的特征。通过将质心特征72向下移动至视场126的中心来实现纵摇对准。图IOB示出移位至成像器64的视场126的底部的插座84的特征。通过将质心特征72向上移动至视场126的中心来实现纵摇对准。图IOC和IOD图示了实现图4A的对接接ロ 82到图4B的插座84的横摇对准的方法。图IOC示出移位至成像器64的视场126的左侧的插座84的特征。通过将质心特征72向右移动至视场126的中心来实现横摇对准。图IOB示出移位至成像器64的视场126的右侧的插座84的特征。通过将质心特征72向左移动至视场126的中心来实现横摇对准。图IOE示出具有共轴不对准、小于预定距离的接近度、滚转不对准、纵摇不对准和横摇不对准的插座84的特征。可以与其他sixDOF对准中的一个或多个同时地调整图6中所示的sixDOF对准中的每ー个，或者可以独立地且重复地调整sixDOF对准中的每ー个。在一个实施例中，首先发生初始纵摇对准和横摇对准以使插座84上的特征移动至视场126的中心。这通过使用成像器64的视场126的中心有利地改进了后续对准步骤的准确度，其中，发生较少的透镜畸变和视差。 视场126被设计为覆盖足以最初看到插座84的特征的区域。在其他实施例中，成像器64包括变焦特征以产生更宽的视场126以促进初始图像捕捉。在另ー实施例中，图I的充电器14执行光栅扫描移动以促进初始图像捕捉。光栅扫描移动在充电器14的行进场的左上方处开始，从左向右移动，向下移动小于视场126的高度，从右向左扫描，向下移动小于视场126的高度并重复以上步骤。图11图示了被用于本文所述的充电系统的组件之间的简单、可缩放和容错通信的网状网络170。图11示出三个EV 12，每个具有智能钥匙174和充电器14。每个充电器14和每个EV 12能够作为无线路由器，这意味着其能够在其他组件的请求时重传信息。每个智能钥匙174是无线端点，这意味着其能够对请求进行响应，但不代表其他组件重传信息，从而延长智能钥匙174的电池寿命。智能钥匙174可以是单个集成组件，或者可以是承载在钥匙链上的単独模块。网状网络170包括充当充电器路由器180、180b和180c (—般地为180)的三个充电器14、充当EV路由器176a、176b和176c (—般地为176)的三个EV 12和充当智能钥匙端点172a、172b和172c (—般地为172)的三个智能钥匙174。每个充电器路由器180可以重传来自任何其他充电器路由器180、任何其他EV路由器176和协调器30的数据。每个EV路由器176可以重传来自任何其他EV路由器176、任何充电器路由器180、任何智能钥匙端点172和协调器30的数据。每个智能钥匙端点172不能重传数据，但是可以对来自任何EV路由器176或协调器30的请求进行响应。为了可读性，示出了与仅ー个充电器路由器180c、ー个EV路由器176c和ー个智能钥匙端点172c通信的图11、12、13A和13B中的协调器30，然而协调器30直接与所有充电器路由器180、所有EV路由器176和所有智能钥匙端点172通信。网状网络170中的路由器和端点中的每ー个之间的通信以菊链方式发生。例如，智能钥匙端点172a可以通过EV路由器176a或通过EV路由器176b与充电器180a通信。网状网络170容忍路由器与端点之间的高等待时间和低数据速率。网的固有冗余提供容错操作和可缩放性。可以没有不利地影响其他充电器14的情况下容易地添加附加充电器14或将充电器14拆卸以进行维护。在一个实施例中，每个EV路由器176是EV 12上的单个插座18。因此，可以将EV12的前面上的插座18耦合到充电器14，但是在EV 12的背面或侧面上的第二插座可以重传来自充电器路由器180或智能钥匙端点172的数据。智能钥匙174和智能钥匙端点172包含与帐户持有者(通常为驾驶员)相关联的数据。EV 12或其上面的插座18包含与EV 12相关联的数据。与帐户持有者和EV 12相关联的数据的分离提供共享的汽车体验，其中，父母和青少年驾驶员每个都可以出于开账单目的用单独的钥匙使用相同汽车或存储诸如充电行为的偏好。帐户持有者还可以在租车场景或借车场景中使用智能钥匙172以进行开账单和个性化。当EV被停放且准备充电时，智能钥匙174与插座18配对并将其激活以实现充电。然后可以在充电期间去除智能钥匙174。在一个实施例中，智能钥匙174还是点火钥匙且通过检测点火钥匙何时被从EV 12被去除来自动地实现充电。在返回汽车时，驾驶员插入点火钥匙且智能钥匙174被用来自用来对EV 12充电的充电器14的充电信息更新。
每个充电器路由器180监视其他充电器路由器180和EV路由器176的信号强度，并且每个EV路由器176监视其他充电器路由器180、EV路由器176和智能钥匙端点172的信号强度，并直接地或通过网中的菊链路径将信号强度信息传输至协调器30。协调器30使用信号强度信息来产生网中的任何元件之间的可能通信路径的路由图。协调器30还通过因特网网关32通过因特网34与包括计算机36a和36b的资源通信。在一个实施例中，因特网网关是被配置为文件服务器的计算机。路由图可以是实时响应，或者可以将其存储在与协调器30通信的数据库中。例如，可以将路由图存储在计算机36a或36b上。充电器路由器180、EV路由器176和智能钥匙端点172中的每一个通过从协调器30接收信标意识到可能的通信路径。该信标是包含用于网状网络170中的每个元件的通信路径的数据分组。图12示出还包括计量架构和附加因特网资源的图11的网状网络170。图I的充电系统10被设计为容易地用现有电力网20基础设施进行工作。每个充电器路由器180与物理功率表196且与物理传统表198通信。传统表198测量向或从电力网20供应的所有功率。每个功率表196测量向或从充电器14供应的所有功率，包括与多个EV 12的多个充电会话。在一个实施例中，在完成与EV 12的充电会话时，与协调器30通信的虚拟功率表200记录功率表196的功率消耗，其被充电器路由器180传输且使功率消耗与接收或供应功率的特定EV 12相关联。协调器30然后将所消耗的功率传输至与EV 12相关联的虚拟表194和与帐户持有者相关联的虚拟表192。虚拟表192、194和200表现为到网状网络190的物理表，但将表示供应的功率或消耗的功率的数据存储在非易失性存储中。在一个示例中，非易失性存储器是闪存。用自动仪表读数(AMR)来读取物理表196，其是用于向充电器路由器180传送功率表数据的无线协议。协调器30监视并记录总计功率消耗或传送由功率表196发送的信息以确定消耗或传送至电力网20的功率的量，不包括在充电器系统10之外的正常房屋使用，例如工厂201。从每个充电会话收集的数据被存储在行为模块204中。在一个实施例中，行为模块204存储EV 12被充电时的日期、时间和持续时间及EV 12被充电的位置中的至少一个。收集的数据可用于V2G以确定哪些EV 12可以有利地向电力网20返回功率。收集的数据还可以促进到车辆所有者的目标行销。在一个实施例中，协调器30使用仲裁器206来确定哪个EV 12应向电力网20供应功率且其应如何这样做。例如，一个EV 12可以提供用于V2G的足够功率；然而，若干EV 12可能可用于供应所需的功率。在一个示例中，仲裁器基于记录在行为模块204中的过去充电行为来选择最可能在整个充电会话期间保持被耦合到充电器14的EV 12。协调器30还与确认模块202通信，其存储对充电会话进行授权所需的帐户信息。确认模块还可以存储违章停车或可以防止EV 12使用充电服务的其他数据。确认模块202、行为模块204和仲裁器206中的每个都可以包括包含用于使用充电系统10的所有EV 12的数据的单个数据库，或者可以包括多个数据库，例如用于每个EV12的数据库。图13A图示了如图11所述的通信路径的示例。在一个实施例中，智能钥匙端点 172、EV路由器176和充电器路由器180中的每一个从协调器30接收定义优选或可用通信路径的信标。智能钥匙端点172和EV路由器176a通过无线路径212进行通信。EV路由器176a和充电器180a通过无线路径214进行通信。充电路由器180a和充电器路由器180b通过无线路径216进行通信。充电器路由器180b和充电器路由器180c通过无线路径218进行通信且充电器路由器180c和协调器30通过无线路径220进行通信。在另一实施例中，智能钥匙端点172a中的任何一个、EV路由器176a或充电器路由器180中的任何一个直接与协调器30通信。图13B示出图13A的路由网状网络210以进一步图示如何管理通信路径。在图13B中，充电器路由器180b已发生故障，从而破坏图13A中使用的菊链路径。协调器从EV路由器176a、176b或176c中的一个的充电器路由器180b和180c中的至少一个接收信号强度信息。在一个实施例中，协调器30基于来自充电器路由器180b的信号的丢失来确定从智能钥匙端点172a至协调器30的次好路径并向网状网络210中的所有元件发送新信标。然后将菊链路径修改为使用EV路由器176b代替充电器路由器180b以完成路径。因此，充电器路由器180a和EV路由器176b通过无线路径232进行通信，并且EV路由器176b和充电器路由器180c通过无线路径234进行通信。虽然已贯穿实施例且在图I中更详细地描述了无线通信，但可以构思其他通信路径。例如，一个或多个无线路径可以替代地使用光学链路或任何频率的其他谱发射。用有线连接还可以实现某些链路，例如充电器路由器180c与协调器30之间的路径220。虽然已参考具体优选实施例示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应理解的是在不脱离由以下权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下可以在其中进行形式和细节的各种改变。
权利要求
1.ー种用于对电动车辆充电的方法，包括确定接近充电器的电动车辆的存在；确认与所述电动车辆相关联的用户帐户数据；使所述充电器上的对接接ロ对准所述电动车辆上的插座；在接近度小于预定距离时将所述对接接ロ耦合到所述插座；以及从所述充电器向所述电动车辆供应功率。
2.权利要求I的方法，其中使对所述接接ロ对准所述插座包括检测所述插座上的多个特征并响应于此相对于所述插座对所述对接接ロ进行定位。
3.权利要求2的方法，其中对所述对接接ロ进行定位进ー步对所述对接接ロ相对于所述插座的共轴对准、所述对接接ロ相对于所述插座的接近度、所述对接接ロ相对于所述插座的滚转对准、所述对接接ロ相对于所述插座的纵摇对准和所述对接接ロ相对于所述插座的横摇对准中的至少ー个进行响应。
4.权利要求3的方法，其中对共轴对准进行响应包括保持所述插座上的质心特征与沿着与所述质心特征同心的球形弧布置的插座上的至少三个其他特征中的每ー个之间的相等距离。
5.权利要求3的方法，其中对接近进行响应包括使两个特征之间的距离最大化。
6.权利要求3的方法，其中对所述滚转对准进行响应包括使基准线和与所述多个特征中的两个特征交叉的对准线之间的角度差最小化。
7.权利要求3的方法，其中对所述纵摇对准进行响应包括使所述插座上的质心特征与视场的中心之间的垂直距离最小化，并且对所述横摇对准进行响应包括使所述插座上的所述质心特征与视场的中心之间的水平距离最小化。
8.权利要求I的方法，其中确认所述用户帐户数据包括将所述用户帐户数据从所述电动车辆传输至所述充电器；以及通过网络将所述用户账户数据从所述充电器传输至确认模块，所述确认模块包括存储用于多个用户的帐户数据的用户数据库。
9.权利要求I的方法，其中使所述对接接ロ对准还包括测量从所述对接接ロ传输的、 被所述插座反射的且被所述对接接ロ接收的信号的延迟，当所述对接接ロ在预定距离内时，所述延迟小于延迟阈值。
10.权利要求I的方法，还包括通过网络向所述充电器传输控制信号以控制所述电动车辆的设备。
11.ー种用于对电动车辆充电的系统，包括机械臂，其被配置为耦合到电源；对接接ロ，其耦合到所述机械臂；成像器，其耦合到所述对接接ロ并与被配置为控制所述机械臂的位置的控制器通信；以及布置在所述对接接口中的多个电连接器，所述电连接器中的至少ー个被配置为用于与电源的电通信。
12.权利要求11的系统，其中所述对接接ロ被配置为耦合到电动车辆上的插座，所述插座包括用于被所述成像器检测的多个特征和多个电接受器，每个电接受器被配置为电耦合到所述对接接ロ中的所述电连接器中的相应的ー个。
13.权利要求12的系统，还包括用于将所述对接接ロ固定到所述插座的啮合机构。
14.权利要求12的系统，其中所述多个特征包括西面特征、北面特征以及东面特征，每个特征被布置在与质心特征同心的球形弧中，所述西面特征、所述东面特征和所述质心特征相互共线，并且所述北面特征与所述西面特征和所述东面特征等距。
15.权利要求12的系统，还包括通过网络与多个充电器同心的协调器，所述协调器确定从所述充电器中的一个至所述协调器的多个通信路径，每个所述充电器被配置为通过所述通信路径中的至少ー个来重传来自所述协调器中的ー个、其他充电器中的ー个或所述电动车辆的插座的信标，并且所述插座被配置为通过所述通信路径中的至少ー个来重传来自所述协调器中的ー个、所述充电器或另ー插座的信标。
16.权利要求12的系统，其中所述插座还包括用于将充电事件数据存储在所述电动车辆的存储器件中的虚拟表，所述虚拟表可访问用于基于所述充电事件数据来确定所述电动车辆的充电行为。
17.—种用于对电动车辆充电的系统,包括行为模块，包括用于存储指示电动车辆的充电行为的数据的使用数据库；以及充电设备，其具有电源开关且被配置为用于通过通信网络与所述行为模块通信，所述充电设备被配置为响应于来自电カ网上的电源的请求通过开关将所述电动车辆和电カ网电率禹合。
18.权利要求17的系统，其中所述充电设备包括机械臂和用于将所述电动车辆与所述电カ网电耦合的其上面的对接接ロ。
19.权利要求17的系统，其中所述电动车辆是每个能够生成或消耗电功率的多个设备中的ー个，所述系统还包括用于确定设备中的至少ー个将连接到所述电カ网的仲裁器，所述仲裁器读取用于每个设备的使用数据库以确定设备向所述电カ网供应电功率的能力。
20.权利要求17的系统，其中所述使用数据库包括所述电动车辆被充电时的日期、所述电动车辆被充电时的时间、充电事件的持续时间和所述充电事件的位置中的至少ー个。
全文摘要
电动车辆充电器在电动车辆接近充电器时确定电动车辆的存在。与电动车辆相关联的帐户数据的确认通过网络发生。充电器上的对接接口对准至电动车辆上的插座。对接接口和插座在对接接口在到插座的预定距离内时耦合。充电器向电动车辆供应功率。
文档编号H02J7/00GK102640380SQ201080043298
公开日2012年8月15日 申请日期2010年9月23日 优先权日2009年9月28日
发明者K.W.利里 申请人:电力消防栓有限责任公司