電動(dòng)車充電站的制作方法
【專利摘要】一種車輛充電站，包括配置為延伸經(jīng)過多個(gè)車輛停車位軌道和被軌道支撐的可動(dòng)充電設(shè)備?？蓜?dòng)充電設(shè)備沿軌道在多個(gè)車輛停車位之間平移，以為一個(gè)或多個(gè)車輛充電。可動(dòng)充電設(shè)備包括可滑動(dòng)地聯(lián)接軌道的基部、與基部機(jī)械相連且配置為與位于多個(gè)車輛停車位中一個(gè)的電動(dòng)車電聯(lián)接的末端執(zhí)行器、和配置為從功率源接收電荷且可控地將電荷提供到電動(dòng)車的功率輸送電路。
【專利說明】電動(dòng)車充電站

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于多個(gè)電動(dòng)車的電動(dòng)車充電站。

【背景技術(shù)】
[0002] 各種類型的汽車，例如電動(dòng)車（EV)、增程式電動(dòng)車（EREV)、和混合動(dòng)力電動(dòng)車 (HEV)配備有需要周期性充電的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。通常，該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可以通過將其連接到 功率源（例如AC電源線）而被充電。盡管有利的是在每一個(gè)車輛使用之前或之后對車輛的 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行再充電，但是當(dāng)前的系統(tǒng)要求車輛操作者手動(dòng)地將電源線插入車輛。這 種手動(dòng)操作對車輛操作者來說不總是方便的，這會(huì)造成錯(cuò)過充電的情況和/或隨后會(huì)降低 車輛的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 一種車輛充電站，包括配置為延伸經(jīng)過多個(gè)車輛停車位軌道和被軌道支撐的可動(dòng) 充電設(shè)備。可動(dòng)充電設(shè)備沿軌道在多個(gè)車輛停車位之間平移，以為一個(gè)或多個(gè)車輛充電?？?動(dòng)充電設(shè)備包括可滑動(dòng)地聯(lián)接軌道的基部、與基部機(jī)械相連且配置為與位于多個(gè)車輛停車 位中一個(gè)的電動(dòng)車電聯(lián)接的末端執(zhí)行器、和配置為從功率源接收電荷且可控地將電荷提供 到電動(dòng)車的功率輸送電路。
[0004] 在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理 解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005] 圖1是采用地面安裝的可動(dòng)充電設(shè)備的電動(dòng)車充電站的示意性平面圖。
[0006] 圖2是采用高架安裝的可動(dòng)充電設(shè)備的電動(dòng)車充電站的示意性平面圖。
[0007] 圖3是地面安裝的可動(dòng)充電設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
[0008] 圖4是高架安裝的可動(dòng)充電設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
[0009] 圖5充電算法的示意性系統(tǒng)層面流程圖。
[0010] 圖6是檢測需要再充電的電動(dòng)車的存在和身份的方法的示意性流程圖。
[0011] 圖7是讓充電設(shè)備和末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到需要充電的車輛的方法的示意性流程圖。
[0012] 圖8是將末端執(zhí)行器與車輛的充電插口聯(lián)接的方法的示意性流程圖，包括如果需 要?jiǎng)t打開覆蓋插口的門。
[0013] 圖9是例如可以設(shè)置在電動(dòng)車上的充電插口的示意性透視圖。
[0014] 圖10是用于機(jī)器人充電站的末端執(zhí)行器的實(shí)施例的示意性透視圖。
[0015] 圖11是用于聯(lián)接到電動(dòng)車的末端執(zhí)行器的實(shí)施例的示意性透視圖。
[0016] 圖12是圖11中提供的末端執(zhí)行器的一部分的放大示意性透視圖。
[0017] 圖13是沿線13-13截取的圖11中提供的末端執(zhí)行器的示意性部分分解截面圖， 顯示了在伸展?fàn)顟B(tài)下的可退回引導(dǎo)部。
[0018] 圖14是沿線13-13截取的例如圖11中提供的末端執(zhí)行器的示意性截面圖，顯示 了在收起狀態(tài)下的可退回引導(dǎo)部。
[0019] 圖15是包括力傳感器件的末端執(zhí)行器的實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。
[0020] 圖16是采用兩個(gè)地面安裝的可動(dòng)充電設(shè)備的電動(dòng)車充電站的示意性平面圖。
[0021] 圖17是采用兩個(gè)高架安裝的可動(dòng)充電設(shè)備的電動(dòng)車充電站的示意性平面圖。
[0022] 圖18是兩個(gè)鄰近且互連的電動(dòng)車充電站的示意性平面圖，其每一個(gè)采用相應(yīng)的 地面安裝的可動(dòng)充電設(shè)備。
[0023] 圖19是兩個(gè)鄰近且互連的電動(dòng)車充電站的示意圖，其每一個(gè)采用相應(yīng)的高架安 裝的可動(dòng)充電設(shè)備。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 參見附圖，其中在各種附圖中相同的附圖標(biāo)記用于表示相同或相似的部件，圖1 示意性地示出了用于為多個(gè)電動(dòng)車12的主能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行充電或再充電的電動(dòng)車充電 站10。如在本文使用的，電動(dòng)車輛12可以包括使用電動(dòng)機(jī)作為用于車輛推進(jìn)的功率源的任 何車輛。盡管汽車將被用作用于說明目的的示例性車輛，但是其他車輛可以類似地使用。電 動(dòng)車的一些例子包括但不限于僅電電動(dòng)車（EV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車（PHEV)、增程式電 動(dòng)車（EREV)。這些車輛可以是客車、越野車（cross-over vehicle)、運(yùn)動(dòng)綜合車輛、房車、 卡車、公交車、商務(wù)車等。
[0025] 電動(dòng)車12可以通過耗費(fèi)來自能量存儲(chǔ)裝置（例如車輛電池）的電能而運(yùn)行，以在 推進(jìn)過程中為電動(dòng)機(jī)提供功率。在延長的能量消耗過程中，車輛電池會(huì)在繼續(xù)推進(jìn)可以繼 續(xù)進(jìn)行開始之前要求再充電?？梢酝ㄟ^將車輛電池直接地或通過一個(gè)或多個(gè)中間部件聯(lián)接 到電功率源而實(shí)現(xiàn)這種再充電。
[0026] 通常，電動(dòng)車充電站10可以是靜止設(shè)備，所述靜止設(shè)備可以設(shè)置在停車場或包 括多個(gè)停車位14的其他車輛存放區(qū)域（例如車庫、代客泊車區(qū)域、車隊(duì)車輛存放區(qū)域 等……）。如在本文使用的，停車位14是用于在一段時(shí)間內(nèi)存放車輛的區(qū)域。停車位14可 以通過設(shè)置在地面上的視覺指示器界定（如在停車場中那樣），或通過物理物體界定（如在 常規(guī)的加油站中那樣，其中多個(gè)油泵粗略地界定了用于停放要加油的車輛的相應(yīng)停車位）。
[0027] 圖1和2每一個(gè)顯示了再充電區(qū)域，其包括八個(gè)停車位14,被布置為兩排18、29， 每排四個(gè)停車位14。每一個(gè)充電站10可以包括相應(yīng)軌道24、26,其延伸經(jīng)過多個(gè)停車位 14(例如沿每一排18、20)，且允許可動(dòng)的充電設(shè)備28、30接到每一個(gè)車輛12，以有助于選擇 性為車輛的電池再充電。
[0028] 通常，軌道24、26可以具有兩種通常構(gòu)造，即地面高度的軌道24(如圖1)所示和 高架軌道26 (如圖2所示）。不管具體構(gòu)造如何，每一個(gè)軌道24、26可以支撐其相應(yīng)的可動(dòng) 充電設(shè)備28、30,且允許充電設(shè)備28、30沿軌道24、26平移，以接到充電站10中的每一個(gè)車 輛12。如后文詳述的，充電設(shè)備28、30可以聯(lián)接到電源電路32和充電控制器34,所述控制 器每一個(gè)可以被充電設(shè)備28、30使用，以為停泊的電動(dòng)車12中一個(gè)或多個(gè)的電池充電。
[0029] 圖3和4 (分別）顯示了地面高度（ground level)的軌道24和高架軌道26的示 意性例子，軌道用于支撐相應(yīng)的可動(dòng)充電設(shè)備28、30。如圖3所示，地面高度的軌道24可以 設(shè)置在地面40上或基本上在地面40上，從而可動(dòng)的充電設(shè)備28通常設(shè)置為高于軌道24。 可動(dòng)充電設(shè)備28可以沿軌道24平移，例如，使用配置為騎在軌道24的一部分之上或之中 的一個(gè)或多個(gè)輪42。地面高度的軌道24可以允許充電設(shè)備28實(shí)體地在相應(yīng)車輛12之間 平移，但是會(huì)要求排18、20之間有最小間隙，所述間隙與軌道24/充電設(shè)備28的寬度相當(dāng)。
[0030] 參見圖4,高架軌道26可以設(shè)置在高于地面40 -距離44處，即例如5到12英尺。 充電設(shè)備30通?？梢詮能壍?6懸掛，從而充電設(shè)備30通常位于軌道26和地面40之間。 盡管高架軌道26可以通過允許排18、20更靠近在一起地間隔開而在地面使用方面具有優(yōu) 點(diǎn)，但是地面高度的軌道24會(huì)要求更少的基礎(chǔ)設(shè)施來實(shí)施。在一種構(gòu)造中，高架軌道26可 以從停車場中多個(gè)現(xiàn)有的燈桿（light pole)懸掛。
[0031] 不管軌道的形式如何，可動(dòng)充電設(shè)備28、30通常可以包括可滑動(dòng)地聯(lián)接到軌道的 基部50和機(jī)械地聯(lián)接到基部50的末端執(zhí)行器52。末端執(zhí)行器52可以配置為電聯(lián)接到位 于車輛12中的在鄰近停車位14中的一個(gè)?？梢詤⒖紙D9-15在下文找到末端執(zhí)行器52的 各種實(shí)施例的描述。
[0032] 繼續(xù)參考圖3和4,在一個(gè)構(gòu)造中，末端執(zhí)行器52可以通過多個(gè)剛性臂構(gòu)件54與 基部50機(jī)械相連，所述臂構(gòu)件能相對于彼此關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)和/或平移。但是，在其他構(gòu)造中，末 端執(zhí)行器52可以通過柔性電纜機(jī)械地聯(lián)接到基部50。
[0033] 在本發(fā)明的充電站10的基本實(shí)施方式中，末端執(zhí)行器52可以通過用戶手動(dòng)地定 位/操作為與車輛12電連通。例如，如果用戶希望為他的/她的車輛12充電，則他們可以 滑動(dòng)充電設(shè)備28、30到靠近其車輛12的區(qū)域，且手動(dòng)地將末端執(zhí)行器放置為與設(shè)置在其車 輛上的合適的充電插口電連通（即其中充電插口的含義通常是指設(shè)置在車輛上且與電存 儲(chǔ)裝置（例如電池）電連通的電連接部/插頭）。在該實(shí)施方式中，設(shè)置在臂構(gòu)件54之間 的任何關(guān)節(jié)可以是純粹被動(dòng)的且可以允許用戶自由地操作末端執(zhí)行器52。
[0034] 在另一構(gòu)造中，車輛充電站10可以完全自動(dòng)，且可以配置為以機(jī)器人的方式以與 用戶最小的相互作用為用戶的車輛12充電。在一種構(gòu)造中，充電過程中用戶的參與可限制 為提供期望充電的指示和/或使得充電設(shè)備28、30獲得對充電插口的操作。
[0035] 在機(jī)器人的實(shí)施方式中，末端執(zhí)行器52的位置和取向可以以5個(gè)或更多自由度 (例如3個(gè)平移自由度和2個(gè)或更多個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度）通過選擇性促動(dòng)一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)促動(dòng) 器（設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)臂構(gòu)件54之間）而以機(jī)器人方式控制。關(guān)節(jié)促動(dòng)器和末端執(zhí)行器 52的最終運(yùn)動(dòng)可以被機(jī)器人控制器56控制，例如在圖1和2示意性地顯示的。盡管下列的 描述通常涉及本發(fā)明系統(tǒng)10的機(jī)器人實(shí)施方式，但是某些方面可以類似地在手動(dòng)方式的 系統(tǒng)10中使用的（尤其是通過充電控制器34實(shí)施的那些）。
[0036] 每一個(gè)機(jī)器人控制器56和充電控制器34可以實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù) 據(jù)處理裝置，具有一個(gè)或多個(gè)微控制器或中央處理單元（CPU)、只讀存儲(chǔ)器（ROM)、隨機(jī)訪 問存儲(chǔ)器（RAM)、電可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPR0M)、高速時(shí)鐘、模擬-數(shù)字（A/D)和數(shù)字-模 擬（D/A)電路和任何所需的輸入/輸出（I/O)電路和/或信號調(diào)制和緩沖電路。機(jī)器人控 制器56和充電控制器34可以實(shí)施為單個(gè)計(jì)算裝置中的不同軟件模塊，或可以實(shí)施為實(shí)體 上分開的硬件模塊。
[0037] 充電控制器34可以配置為自動(dòng)地執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)充電控制算法，以在控制器34 確定車輛需要充電時(shí)執(zhí)行充電過程。以相似的方式，機(jī)器人控制器56可以配置為自動(dòng)地執(zhí) 行一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)控制算法，以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)馬達(dá)控制末端執(zhí)行器52的最終運(yùn)動(dòng)， 以實(shí)現(xiàn)充電過程。每一個(gè)控制/處理程序可以實(shí)施為軟件或固件，且可以本地地存儲(chǔ)在相 應(yīng)控制器56、34上，或可以容易地被控制器56、34訪問。
[0038] 圖5示出了充電算法60的示意性系統(tǒng)層面的流程圖，其可以以受監(jiān)控的方式被充 電控制器34執(zhí)行。在系統(tǒng)10被通電和/或初始化時(shí)算法于步驟62開始。在步驟64,充電 控制器34可以識別需要充電且在預(yù)定數(shù)量的停車位14中的一個(gè)或多個(gè)車輛12的存在和 /或身份。在步驟66,充電控制器34可以指示機(jī)器人控制器56,以讓充電設(shè)備28、30/末 端執(zhí)行器52運(yùn)動(dòng)到需要充電的車輛。在步驟68,機(jī)器人控制器56可以隨后將末端執(zhí)行器 52聯(lián)接到車輛12的充電插口。一旦聯(lián)接，則在步驟70充電控制器34可以為車輛充電，直 到車輛報(bào)告充電狀態(tài)（SoC)高于具體閾值。最后，在步驟72,充電控制器34可以指示機(jī)器 人控制器56從車輛12斷開且在開始隨后的充電過程之前返回到原始位置。圖6-8提供了 步驟64-68的各種實(shí)施例的額外詳細(xì)情況。
[0039] -旦初始化，則一旦在停車位14中檢測和/或識別電動(dòng)車12,則可以確實(shí)開始充 電算法60,且可確定該具體車輛需要充電（步驟64)。如在圖6中進(jìn)一步顯示的，步驟64 可以包括三個(gè)通常的方面：存在檢測80 ;充電判斷82 ;和用戶確認(rèn)84。步驟64可以在充 電控制器34接收到車輛12已經(jīng)進(jìn)入停車位14的傳感指示時(shí)在步驟80開始。傳感指示例 如可以來自嵌入停車位14的地面中的壓力墊、來自超聲、激光或雷達(dá)近程檢測器、來自與 充電站10相關(guān)的視覺攝像頭、或來自通過用戶執(zhí)行的動(dòng)作（例如按下按鈕以表示對充電的 請求）。
[0040] 一旦車輛12的存在在步驟80被檢測，則充電控制器34可以在步驟86開始與車 輛12通信。通信可以經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路，例如基于衛(wèi)星的通信鏈路，根據(jù)802. 11或藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的 無線鏈路，點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路，RFID數(shù)據(jù)鏈路，或其他基于應(yīng)答機(jī)的數(shù)據(jù)鏈路。一旦在步驟86 建立了通信鏈路，則充電控制器34可以在步驟88讀取車輛電池信息和充電狀態(tài)，在步驟90 將充電狀態(tài)與閾值比較，且如果充電狀態(tài)低于閾值則在步驟92指示需要再充電。在替換實(shí) 施例中，用戶可以通過一些對系統(tǒng)10的手動(dòng)輸入（包括智能電話輸入或在終端處的鍵盤輸 入）而手動(dòng)地請求再充電。
[0041] 在步驟80進(jìn)行對車輛的檢測和在步驟82確認(rèn)需要再充電之后，在步驟84充電控 制器34可以確定與之相關(guān)的、正在駕駛的或擁有車輛12的用戶的確認(rèn)。用戶確認(rèn)步驟可 以允許系統(tǒng)10計(jì)入各能量消費(fèi)，且在合適時(shí)生成發(fā)票（invoice)。用戶確認(rèn)步驟84可以包 括經(jīng)由建立的通信鏈路或通過手動(dòng)地促使用戶輸入記帳信息（個(gè)人身份號、或信用卡號） 而無線地接收用戶識別碼（identifier)。一旦用戶被正確確認(rèn)，則車輛12可以在步驟94被 置于充電隊(duì)列。
[0042] 一旦車輛達(dá)到充電隊(duì)列的頂部，則充電控制器34可以指示機(jī)器人控制器56將充 電設(shè)備28、30/末端執(zhí)行器52運(yùn)動(dòng)到需要充電的車輛（圖5的步驟66)。如圖7所示，步 驟66通?？梢园瑑蓚€(gè)通常的方面：沿軌道24、26將可動(dòng)充電設(shè)備28、30平移到適當(dāng)位 置（在步驟100);和將末端執(zhí)行器52定位為靠近車輛12上的充電插口（在步驟102)。
[0043] 為了在步驟100沿軌道24、26將充電設(shè)備28、30定位在適當(dāng)位置，機(jī)器人控制器 可以促動(dòng)一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，其可以允許充電設(shè)備28、30沿軌道24、26自我推進(jìn)。在另一 實(shí)施例中，充電設(shè)備24、26可以聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)鏈，所述驅(qū)動(dòng)鏈可以延伸軌道的長度且在靜態(tài) 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的促動(dòng)下將充電設(shè)備拉動(dòng)到適當(dāng)位置。如進(jìn)一步在圖2和4示出的，在另一實(shí)施 例中，充電設(shè)備30可以具有相對于軌道26橫向運(yùn)動(dòng)的自由度。因?yàn)榛据^低的典型罩殼 間隙（low typical hood clearance),該橫向運(yùn)動(dòng)可以是可允許的，其中所述罩殼間隙可 以允許充電設(shè)備30在車輛的一部分上延伸。以這種方式，橫向運(yùn)動(dòng)可以允許末端執(zhí)行器更 容易地接到充電插口，而不需要長的延伸臂。
[0044] 一旦充電設(shè)備28、30被沿軌道基本定位在適當(dāng)位置（步驟100)，以允許末端執(zhí)行 器52朝向車輛充電插口運(yùn)動(dòng)，則機(jī)器人控制器56可以隨后控制與一個(gè)或多個(gè)臂構(gòu)件54相 關(guān)的一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)促動(dòng)器（步驟102)，以將末端執(zhí)行器定位為靠近充電插口。在一個(gè)實(shí) 施例中，在步驟102處末端執(zhí)行器52的定位可以包括沿軌道細(xì)化充電設(shè)備的位置。
[0045] 為了在步驟102將末端執(zhí)行器52進(jìn)行定位，機(jī)器人控制器56可以在步驟104通 過確定車輛12上充電插口的位置而開始。這通常可以經(jīng)由視覺識別、通過經(jīng)由通信鏈路接 收來自車輛的信號、或通過被放置為靠近充電插口的分開應(yīng)答機(jī)或RFID裝置來實(shí)現(xiàn)。在一 個(gè)實(shí)施例中，充電插口可以被門或其他選擇性地可拆卸的面板覆蓋。RFID芯片或其他應(yīng)答 機(jī)可以固定到門或被置于靠近插口，以提供位置指示。
[0046] 一旦在步驟104在車輛上上定位了插口，則機(jī)器人控制器56可以在步驟106檢查 車輛12相對于任何鄰近車輛的間距。如果間距低于可容許的容限，則充電過程可以在步驟 108結(jié)束，且在步驟110用戶會(huì)被告知。如果間隙足夠讓過程繼續(xù)，則在步驟112機(jī)器人控 制器56通過控制一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)馬達(dá)而可以讓末端執(zhí)行器52運(yùn)動(dòng)到靠近插口的區(qū)域。在 末端執(zhí)行器52朝向充電插口行進(jìn)時(shí)，機(jī)器人控制器56可以持續(xù)監(jiān)視對臂和車輛或其他障 礙之間接觸的證據(jù)的傳感反饋。如果檢測到接觸，充電過程將會(huì)終止。
[0047] 再次參見圖5, 一旦在步驟66末端執(zhí)行器52大致與充電插口對準(zhǔn)，則在步驟68 機(jī)器人控制器56可以將末端執(zhí)行器52聯(lián)接到車輛12的充電插口。但是，在進(jìn)行這樣的連 接之前，必要的是打開覆蓋插口的門。如通常在圖8示出的，可以通過確定充電門是否打開 (在步驟120)而開始步驟68。如果門已經(jīng)打開，則機(jī)器人控制器56可以在步驟122選擇 適當(dāng)?shù)哪┒藞?zhí)行器，在步驟124朝向充電插口引導(dǎo)末端執(zhí)行器52,和在步驟126將末端執(zhí)行 器52與充電插口機(jī)械和/或電聯(lián)接。
[0048] 在一種構(gòu)造中，在步驟124使用一個(gè)或多個(gè)可以從插口感知的標(biāo)識，可以將末端 執(zhí)行器52朝向充電插口引導(dǎo)。例如，末端執(zhí)行器52可以包括傳感器，其可以在步驟140接 收來自插口的電磁輻射和/或聲壓波。機(jī)器人控制器56可以在142從接收的輻射/波來識 別充電插口的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)識，且可以在步驟144在最后的接近過程中使用該標(biāo)識的定位 作為反饋。在一種構(gòu)造中，接收的電磁輻射可以是具有400nm到750nm波長的可見光。同 樣，聲壓波形可以具有大于30kHz的頻率（即超聲）。
[0049] 如果在步驟120充電門還沒打開，則機(jī)器人控制器56可以在步驟128確定車輛12 是否配備有遠(yuǎn)程門打開能力。如果有，則機(jī)器人控制器56可以在步驟130發(fā)送信號以指示 車輛打開門，且隨后可以在步驟122繼續(xù)進(jìn)行以選擇適當(dāng)?shù)哪┒藞?zhí)行器。如果車輛未配備 有遠(yuǎn)程門打開能力，則在步驟132機(jī)器人控制器56可以操作末端執(zhí)行器52以通過將門拉 開或通過將門向內(nèi)推以釋放卡鎖特征部且隨后將其拉到完全打開狀態(tài)從而手動(dòng)地打開門。
[0050] 再次參見圖5, 一旦末端執(zhí)行器52與充電插口聯(lián)接，則充電控制器34可以在步驟 70為車輛充電，直到車輛報(bào)告充電狀態(tài)（SoC)高于具體閾值。最后，在步驟72,充電控制器 34可以指示機(jī)器人控制器56從車輛12斷開且返回到原始位置。充電控制器32可以在充 電步驟70期間監(jiān)視提供到車輛12的總功率，且可以隨后為已確認(rèn)的用戶開發(fā)票或記賬。
[0051] 圖9示出了車輛充電插頭/插口 160的例子，其可以包括在電動(dòng)車12中。如所示 的，插口 160可以包括多個(gè)電接觸部162和機(jī)械引導(dǎo)部164,以輔助末端執(zhí)行器52和插口 160之間的正確對準(zhǔn)/聯(lián)接。機(jī)械引導(dǎo)部164例如可以包圍多個(gè)電接觸部162,且可以具有 一個(gè)或多個(gè)定位特征部166,以促進(jìn)正確的軸向?qū)?zhǔn)。
[0052] 圖10示出了末端執(zhí)行器170的第一實(shí)施例，其可以類似于如上所述的末端執(zhí)行器 52,且可以用于與圖9的車輛充電插口 160聯(lián)接。如所示的，末端執(zhí)行器170包括多個(gè)電接 觸部172,其每一個(gè)配置為與插口 160的相應(yīng)電接觸部162匹配。末端執(zhí)行器170可以進(jìn)一 步包括機(jī)械引導(dǎo)部174,其適于裝配在插口 160的機(jī)械引導(dǎo)部164之中或之上。末端執(zhí)行 器170的定位結(jié)構(gòu)特征部176可以匹配/接合插口 160的相似定位結(jié)構(gòu)特征部，以有助于 提供正確的對準(zhǔn)/取向。
[0053] 如圖9-10所示的，定位結(jié)構(gòu)特征176可以是機(jī)械引導(dǎo)部172的鍵合部分，其可以 防止末端執(zhí)行器以除正確取向以外的任何方式聯(lián)接到插口。末端執(zhí)行器170可以進(jìn)一步包 括可選擇性地接合的保持夾178,其可以將末端執(zhí)行器170聯(lián)接到插口 160。夾持件178可 以確保正確的互相連接/聯(lián)接（即確保末端執(zhí)行器170正確抵靠插口 160就位），且減少輕 微的意外撞擊使得末端執(zhí)行器170脫離的可能性。
[0054] 圖11示出了末端執(zhí)行器180的另一實(shí)施例，其可以類似于如上所述的末端執(zhí)行器 52,且可以用于選擇性地聯(lián)接于車輛12的充電插口 160。如所示的，末端執(zhí)行器180包括多 個(gè)電接觸部182,其每一個(gè)配置為與插口 160的相應(yīng)電接觸部162匹配。
[0055] 末端執(zhí)行器180可以包括機(jī)械引導(dǎo)部184,其配置為通常圍繞電接觸部182且適于 裝配在插口 160的機(jī)械引導(dǎo)部164之中或之上。機(jī)械引導(dǎo)部184可以包括定位結(jié)構(gòu)特征部 186,其配置為匹配/接合插口 160的相似結(jié)構(gòu)特征部166,以有助于正確對準(zhǔn)/取向。如 圖9-11所示的，定位結(jié)構(gòu)特征186可以是機(jī)械引導(dǎo)部184的鍵合部分，其可以防止末端執(zhí) 行器以除正確取向以外的任何方式聯(lián)接到插口。末端執(zhí)行器180可以進(jìn)一步包括可選擇性 地接合的保持夾188,其可以與設(shè)置在插口 160上的突出部互鎖。保持夾188可以確保在整 個(gè)充電過程中建立且保持正確的電互相連接/聯(lián)接（即確保末端執(zhí)行器180正確抵靠插口 160就位）。以這種方式，夾188可以減少輕微的意外撞擊使得連接件/執(zhí)行器180或車輛 12脫離末端執(zhí)行器180的可能性。
[0056] 如大致在圖11-14中示出的，末端執(zhí)行器180可以進(jìn)一步包括可退回的引導(dǎo)部 200,其通常圍繞或延伸自靜止的機(jī)械引導(dǎo)部184,且可以適于進(jìn)一步輔助連接件/執(zhí)行器 180與插口 160的對準(zhǔn)和定向?？赏嘶匾龑?dǎo)部200例如可以包括面向內(nèi)的倒角202,其通常 從前邊緣204延伸。倒角202可以操作為使得未對準(zhǔn)的連接件/執(zhí)行器180導(dǎo)引/平移到 插口 160上。另外，可退回引導(dǎo)部200可以包括或限定帶槽開口 206,其可以從引導(dǎo)部200 的前邊緣204朝向保持夾188延伸。帶槽開口 206可以允許插口 160的突出部無阻礙地朝 向連接件/執(zhí)行器180的基部208經(jīng)過，在該處其可以被夾188接合?？赏嘶匾龑?dǎo)部200 可以包括在帶槽開口 206任一側(cè)上的次倒角210,以將突出部朝向夾188導(dǎo)引。如此，次倒 角210可以修正插口 160和連接件/執(zhí)行器180之間的微小軸向方位差。
[0057] 大致如圖13-14示出的，可退回引導(dǎo)部可以在伸展?fàn)顟B(tài)211 (通常如圖13所示） 和收起狀態(tài)212(通常如圖14所示）之間轉(zhuǎn)變。在伸展?fàn)顟B(tài)211在，可退回引導(dǎo)部200因 此可以在電接觸部162、182彼此接合之前用于細(xì)微調(diào)整連接件/執(zhí)行器180和插口 160的 相對位置。以這種方式，相應(yīng)電接觸部162、182可以適當(dāng)?shù)鼗ハ噙B接而沒有任何卡住/扣 住。一旦末端執(zhí)行器180已經(jīng)被引導(dǎo)到相對于插口 160的正確相對位置，則可退回引導(dǎo)部 200可以轉(zhuǎn)變到抵靠連接件基部208的收起狀態(tài)212,以允許末端執(zhí)行器180沒有障礙地更 完全地接合插口 160。
[0058] 在一種構(gòu)造中，可退回引導(dǎo)部200可以沿一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)柱體213騎乘，這可以允 許其抵靠基部208收起。多個(gè)足夠剛性預(yù)張緊的彈簧214可以繞引導(dǎo)柱體213設(shè)置，且可 以提供抵抗收起的一些彈性，和/或可以允許可退回引導(dǎo)部200在連接件/執(zhí)行器180從 插口 160去除時(shí)延伸。在收起/退回運(yùn)動(dòng)期間，彈簧214可以在可退回引導(dǎo)部200和連接 件/執(zhí)行器180的基部208之間壓縮。在一種構(gòu)造中，彈簧214可以將可退回引導(dǎo)部200 保持在伸展?fàn)顟B(tài)211，且具有充分的彈性/支撐性，以允許引導(dǎo)200在收起之前完成其引導(dǎo) 功能。一旦末端執(zhí)行器180被正確對準(zhǔn)，則連接件/執(zhí)行器180的前進(jìn)可以對可退回引導(dǎo) 部200施加足夠強(qiáng)的力，以抵消通過彈簧施加的載荷，且可以使得彈簧彈性地壓縮。
[0059] 在另一構(gòu)造中，如大致在圖11-14中示出的，可以使用支撐腿部216、218將可退回 引導(dǎo)部200支撐和/或鎖定在伸出位置211，所述腿部可以保持就位直到被主動(dòng)釋放（如圖 14所示）。在一實(shí)施例中，腿部216、218可以可樞轉(zhuǎn)地連接到可退回引導(dǎo)部200。支撐腿部 216、218可以在第一位置（在圖13中示出）和第二位置（在圖14中示出）之間樞轉(zhuǎn)。支 撐腿部216、218可以配置為在第一位置時(shí)將可退回引導(dǎo)部200保持在伸展?fàn)顟B(tài)211，且配置 為在樞轉(zhuǎn)到第二位置時(shí)允許可退回引導(dǎo)部200轉(zhuǎn)變到收起狀態(tài)212。更具體地，大致如圖 13示出的，腿部216、218通常可以在可退回引導(dǎo)部200和基部208之間延伸，且可以防止可 退回引導(dǎo)部200沿引導(dǎo)柱體213收起/退回。一旦末端執(zhí)行器180滑動(dòng)到插口 160上，則 插口 160可以接觸從每一個(gè)相應(yīng)腿部216、218延伸的突出部218、202且使得腿部216、218 向外樞轉(zhuǎn)。一旦樞轉(zhuǎn)到支撐位置以外，則可退回引導(dǎo)部200可以抵靠基部部分208收起。
[0060] 盡管以上（針對圖9-15)描述了末端執(zhí)行器52的兩個(gè)可能構(gòu)造，但是也可以使用 其他構(gòu)造。
[0061] 如通常在圖15示出的，一個(gè)或多個(gè)力傳感器230、232可以被包括在每一個(gè)樞轉(zhuǎn)腿 部（例如腿部216)附近的基部208上。腿部216的一部分（或其延伸部分）可以配置為 在腿部設(shè)置在基部208和引導(dǎo)部200之間的支撐位置中時(shí)接觸所述力傳感器230、232。以 這種方式，力傳感器230、232可以為機(jī)器人控制器56提供施加到可退回引導(dǎo)部200的接觸 力的指示。這種反饋可以用于估計(jì)與可退回引導(dǎo)部200進(jìn)行的任何接觸的近似量和方向或 表明引導(dǎo)部已經(jīng)被適當(dāng)退回且機(jī)械聯(lián)接已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。例如，如果可退回引導(dǎo)部200被插口 160 偏心接觸，則載荷可以隨后傳遞到相應(yīng)的力傳感器230、232中的一個(gè)或多個(gè)。這種反饋可 以用于確定末端執(zhí)行器180是否已經(jīng)充分地前進(jìn)到插口 160上，以使得引導(dǎo)部200退回和 建立牢固聯(lián)接。替換地，在機(jī)器人的情況下，接觸敏感的反饋可以用于更精確地控制最后的 接近過程和互相連接過程。在一個(gè)實(shí)施例中，力傳感器230、232可以是力敏電阻器，其具有 取決于施加的力的量而變化的電阻。
[0062] 再次參見圖卜2,通常，車輛充電站10可以從功率源（例如外部電網(wǎng)或大量太陽 能電池）為車輛12提供經(jīng)調(diào)制的電功率供應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，充電站10可以包括功率 輸送電路32,其接收單相或三相AC電功率33,且配置為輸出直流電（DC)電功率或交流電 (AC)電功率。取決于外部電源的特點(diǎn)，功率輸送電路32可以包括為車輛提供經(jīng)適當(dāng)調(diào)制、 整流、和/或經(jīng)濾波的AC或DC電力供應(yīng)的逆變器/轉(zhuǎn)換器。
[0063] 在一種構(gòu)造中，功率輸送電路32可以輸出電荷，其具有200-500VAC或400-500VDC 范圍的電壓，且總功率小于大約50kW。這種系統(tǒng)比在每一個(gè)停車位14利用專用充電終端 的相當(dāng)?shù)某潆娬鞠啾刃枰偷枚嗟墓β嗜萘?。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)10可以為八停車位汲取 50kW，而八個(gè)專用終端會(huì)汲取總共400kW。
[0064] 在另一構(gòu)造中，例如大致在圖16-17示出的，多個(gè)可動(dòng)充電設(shè)備28、30可以設(shè)置在 每一個(gè)相應(yīng)軌道24、26上。以這種方式，兩個(gè)設(shè)備可以將充電任務(wù)劃分，以避免大的充電隊(duì) 列，而仍可以使用單個(gè)軌道（雖然需要具有兩倍功率容量的功率電路32)。
[0065] 在另一構(gòu)造中，例如大致在圖18-19中示出的，多個(gè)充電站10可以以鄰近的方式 布置，以提供容易可擴(kuò)充性（scalability)。在該構(gòu)造中，每一個(gè)充電站10可以包括其自己 的專用可動(dòng)充電設(shè)備28、30。在另一構(gòu)造中，各種可動(dòng)充電設(shè)備28、30可以自由地在鄰近的 軌道之間平移，以有助于獲得更大的靈活性和可擴(kuò)充性。
[0066] 除了如上所述的機(jī)器人的原理，本文所述的電動(dòng)車充電站10可以使用任何車輛 存在檢測手段、機(jī)器人控制手段、充電插口確認(rèn)手段、末端執(zhí)行器引導(dǎo)手段和/或任何其他 原理，如美國專利申請No. 13/484, 345 (美國專利公開No. 2013/0076902)中公開的，其于 2012 年 5 月 31 日提交，且標(biāo)題為 "ROBOTICALLY OPERATED VEHICLE CHARGING STATION"， 其通過引用以其全部內(nèi)容合并于此。
[0067] 盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得 知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。目的是上述和 在附圖中所示的所有內(nèi)容應(yīng)被理解為僅是示例性的而不是限制性的。
[0068] 相關(guān)申請的交叉引用
[0069] 本申請要求于2013年5月31日遞交的美國臨時(shí)專利No. 61/829,601的優(yōu)先權(quán)， 其通過引用全部合并于此。
【權(quán)利要求】
1. 一種車輛充電站，包括： 軌道，配置為延伸經(jīng)過多個(gè)車輛停車位； 可動(dòng)充電設(shè)備，被軌道支撐且沿軌道在多個(gè)車輛停車位之間平移，可動(dòng)充電設(shè)備包括： 基部，可滑動(dòng)地與軌道聯(lián)接；和 末端執(zhí)行器，與基部機(jī)械相連且配置為與位于多個(gè)車輛停車位中的一個(gè)中的電動(dòng)車電 聯(lián)接；和 功率輸送電路，配置為接收來自功率源的電荷且可控地為電動(dòng)車提供電荷。
2. 如權(quán)利要求1所述的車輛充電站，進(jìn)一步包括處理器，配置為： 檢測停車位中電動(dòng)車的存在； 確定與電動(dòng)車相關(guān)的牽引電池的充電狀態(tài)； 如果充電狀態(tài)低于閾值則指示可動(dòng)充電設(shè)備將電荷提供給電動(dòng)車。
3. 如權(quán)利要求2所述的車輛充電站，其中處理器進(jìn)一步配置為： 確定停車位中檢測到的電動(dòng)車的身份； 確定通過可動(dòng)充電設(shè)備提供給電動(dòng)車的電荷量；和 從確定的身份和被提供的電荷量產(chǎn)生發(fā)票。
4. 如權(quán)利要求2所述的車輛充電站，其中處理器配置為通過從車輛接收的一個(gè)或多個(gè) 無線信號來確定與電動(dòng)車相關(guān)的牽引電池的充電狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求1所述的車輛充電站，其中可動(dòng)充電設(shè)備進(jìn)一步包括將末端執(zhí)行器聯(lián)接 到基部的機(jī)械臂；和 其中機(jī)械臂包括多個(gè)可促動(dòng)關(guān)節(jié)，它們能讓末端執(zhí)行器以至少5個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。
6. 如權(quán)利要求5所述的車輛充電站，進(jìn)一步包括機(jī)器人控制器，其與多個(gè)可促動(dòng)關(guān)節(jié) 聯(lián)接且配置為： 定位車輛上的充電插口； 獲得對充電插口的操作； 控制一個(gè)或多個(gè)可促動(dòng)關(guān)節(jié)，以將末端執(zhí)行器與充電插口對準(zhǔn)；和 將末端執(zhí)行器與充電插口電聯(lián)接。
7. 如權(quán)利要求6所述的車輛充電站，其中機(jī)器人控制器配置為通過從靠近充電插口的 位置接收無線射頻定位信號而定位車輛上的充電插口。
8. 如權(quán)利要求6所述的車輛充電站，其中機(jī)器人控制器配置為通過將無線命令提供到 車輛以打開充電插口的門從而獲得對充電插口的操作。
9. 如權(quán)利要求6所述的車輛充電站，其中機(jī)器人控制器配置為通過控制一個(gè)或多個(gè)可 促動(dòng)關(guān)節(jié)從而末端執(zhí)行器打開選擇性地覆蓋充電插口的門從而獲得對充電插口的操作。
10. 如權(quán)利要求6所述的車輛充電站，其中機(jī)器人控制器配置為通過以下方式定位車 輛上的充電插口： 接收電磁輻射和聲壓波中的至少一種；和 從電磁輻射和聲壓波中的所述至少一種識別充電插口的標(biāo)識。
【文檔編號】H02J7/00GK104218635SQ201410235819
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】X.趙, D.高, R.J.梅納薩 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司