用于电动车辆的移动式再充电概念的制作方法

用于电动车辆的移动式再充电概念的制作方法
【专利摘要】一种移动式再充电车辆包括集成的车载式发电机系统和用于电动车辆的再充电单元。在另一个实施例中，自含式电动车辆充电箱包括与一个或多个再充电缆索耦合的一个或多个电池组，其中，各个缆索能够连接到对应的电动车辆。
【专利说明】用于电动车辆的移动式再充电概念
【背景技术】
[0001]随着电动车辆越来越流行，现在更多地关注用于电动车辆的电池再充电选择和系统。逻辑上，一些电池再充电问题包括位置和持续时间。不管电动车辆是商业车队的一部分还是为个人所私人地拥有，过夜充电(即，再充电)或至少在延长的不使用时期期间再充电很可能是优选再充电选择。逻辑上，这将是能够安排或至少预计的非使用时期。如本文所用，“电动车辆”指的是电动车辆和混合电动车辆两者。
[0002]关于电动车辆的使用和它们所需再充电的另一个考量是电动车辆的行驶范围。即使在完全充满电时，电动车辆也仍然将具有非常有限的范围，也许仅50至150英里，这取决于行驶条件、驾驶习惯和道路路线。例如，快速加速将比逐渐加速更快用完电动车辆上的电池电荷。作为另一个示例，陡斜坡也将对电池寿命或电荷有不利影响，从而使在需要对电池再充电之前的范围缩短。如果基于完整或全部的电池电荷，对电动车辆的预期使用良好地在规定的行驶范围内，则基本再充电地点(即，例如家用或商用车库)应当足够。但是，如果计划距离或期望行进距离超过规定行驶范围，则在电动车辆回到其“基地”的时间之前，将需要某种类型的途中再充电。
[0003]提议在电动车辆接近其需要再充电的时间点且车辆远离其基地位置或已知的或安排好的再充电位置时使用多个再充电选择和系统。例如，1995年10月24日分布、给Bruni的US 5，461，299公开了一种能适应天气条件的路边电池充电系统，其用于将电功率传送到电动车辆，以对电动车辆的电池再充电。打算将壳体定位在路边的街边处的固定位置。作为另一个示例，1999月11月9日发布、给Parise的US 5,982, 139公开了一种包括功率传输单元的远程充电系统。通过无线能量射束来完成再充电。功率传输单元具有不动的固定位置。
[0004]2009年12月31日公布的已公布申请N0.US 2009/0327165公开了一种用于将电能再供应给规定的地理区域内的电动车辆的系统。该系统构想服务站(固定位置)网络，该服务站具有电池交换能力和/或再充电能力。此类再充电网络可能容许扩大电动车辆的行驶范围，只要车辆操作者停留在(即，接近的)再充电服务站附近即可。
[0005]关于任何类型的再充电站或系统的另一个重要考量是对电动车辆的电池再充满电的时长。在本发明和背景论述的语境中，假设电动车辆能够在再充电站或车辆基地站，用诸如来自住宅插座的家用电流在6至8小时内再充满电。在这种情况下，过夜充电应该是足够的，而且车辆将在早上基本充满电。如果到和自工作的往返在电动车辆的过夜充电的行驶范围之内，则使用电动车辆应该是没有事故的。但是，如果在夜晚期间在基地站(即，住宅或公司)存在停电，或者车辆操作者忘记对电动车辆电池或电池模块再充电，则电动车辆可能在交通高峰时间当中无法工作，例如，由于电池“没电”，或者至少电池上的功率电平不足而无法操作电动车辆。
[0006]对于损坏或停转的传统机动车辆的典型解决办法是将其拖走，并允许机修工进行评估，以及可能进行需要的修理。对于电动车辆，车辆停转的另一个可能性或解释是电池没电，或者至少电池没有充分电荷。可通过提供移动式电池再充电系统来解决这个问题，移动式电池再充电系统可开到停转电动车辆处，并且对那个车辆的电池或电池模块输送再充电。下一个考量是移动式电池再充电系统的电容和特性，这将左右对电动车辆完全充电所需的时间。在备选方案中，应关注至少提供足够的电荷，以允许停转车辆变得能够工作和到达另一个再充电站，或者回到那个车辆的原来基地站。
[0007]在理想上适合上面论述的移动式电池再充电系统的类型的新技术之一由下者代表:2005年12月27日发布、给Storm等人的US 6，979，913 ;2006年6月6日发布、给Storm等人的US 7，057，303 ;以及2011年3月29日发布、给Storm等人的US 7，915，749。
[0008]这些参考文献中公开了车载式发电机系统。这些发电机系统构造和布置成接收来自原动机的机械功率，以及使用那个发电机的机械功率输入连接来将机械功率传送到AC发电机。包括这个发电机系统的车辆是携带特别针对电动车辆配置而成的再充电单元的同一车辆。显然，再充电单元需要其本身的电功率源，并且这来自集成到运输车辆中的发电机系统，从而提供整体活动性和灵活性。由运输车辆携带的选择的再充电单元构造和布置成与发电机系统协作，以对电动车辆输送快速充电(规定对于完全充电不超过三十(30)分钟)。
[0009]在本发明的另一个实施例中，描述了一种便携式充电箱，其构造和布置成在在要求时对一个或多个电动或混合电动车辆输送再充电电力。提供模块化容器、模块化结构或类似的封装结构，其包含一个或多个电池组，该电池组与一个或多个再充电缆索耦合，该再充电缆索能够连接到一个或多个混合电动车辆上。这个实施例构造和布置成消除对改变基本的基础结构和/或对现有设施进行添加的需要，以使得那些设施能够快速地对电动车辆或混合电动车辆的所有者和操作者提供再充电服务和帮助。如本文所用，将表达“电动车辆”和“EV”定义为包括电动车辆和混合电动车辆两者。另外，可互换地使用具有相同范围和含义的这两种表达。

【发明内容】

[0010]—种移动式再充电车辆包括集成的车载式发电机系统和用于电动车辆的再充电单元。在另一个实施例中，自含式电动车辆充电箱包括与一个或多个再充电缆索耦合的一个或多个电池组，其中，各个缆索都能够连接到对应的电动车辆。
[0011]本公开的一个目标是描述一种改进的车载式发电机系统和用于电动车辆的再充电单元。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是根据本文公开的移动式再充电概念之一的运输车辆的侧视图。
[0013]图2是可与本文公开的移动式再充电概念之一结合起来使用的冷却衬垫的透视图。
[0014]图3是备选冷却布置的示意图。
[0015]图4是布置成用于进行再充电的电动车辆充电箱的不意图。
【具体实施方式】
[0016]为了促进对本公开的理解，现在将参照图中示出的实施例，并且将使用专用语言来描述实施例。尽管如此，将理解的是，不意于借此限制本公开的范围，会构想到对于示出设备及其使用的这样的更改和另外的修改，以及本文示出的公开的原理的这样的另外的应用，如与本公开有关的领域的技术人员通常将想到的那样。
[0017]参照图1，示出运输车辆20，其包括集成的车载式发电机系统21，并且携带再充电单元22。在示例性实施例中，车载式发电机系统21根据美国专利N0.6，979，913构造和布置而成，并且根据’913专利、2005年12月27日发布、给Storm等人的美国专利N0.6，979，913而集成到运输车辆20中，该专利通过引用而清楚地以其整体结合于此中。在示例性实施例中，运输车辆是GMC 5500卡车。在示例性实施例中，再充电单元是由伊顿公司(Eaton Corporation)出售和经销的伊顿Pow-R-Station ? DC电动车辆快速充电器。这个组合能够将对电动车辆输送3级电荷。
[0018]US 6，979，913中公开了一种车载式AC发电机系统，其具有AC发电机，该AC发电机安装在发动机/变速器(transmission)隔室的外部，并且通过传动轴与万向接头和皮带驱动的RPM比率设备连接。将该比率设定成在预选发动机RPM下提供精确的AC发电机RPM。当满足某些条件时，AC发电机可机械地接合，而当存在其它条件(包括操作者紧急停止开关)时，AC发电机可断开。
[0019]对应的发动机可为多种原动机中的任一个，包括火花点火式燃油或供以天然气燃料的发动机或压缩点火柴油发动机。变速器可为多种变速器中的一个，包括对车辆提供可旋转输出轴的自动变速器。
[0020]‘913专利的发动机由互连到发动机上的发动机控制模块(ECM)控制。发动机控制模块和发动机之间的互连可根据发动机的类型和期望控制参数而有很大的变化。在大多数情况下，ECM中的计算机根据基于各种发动机运行参数(诸如发动机RPM、所需扭矩、环境温度、绝对压力和众多其它变量)的算法，来控制发动机燃料供应系统。结果是发动机控制模块和发动机之间的互连是双向连接，其中，参数信号发送到ECM，并且控制信号发送到发动机。
[0021]‘913专利的这个发电机系统包括对车辆应用可容易地获得的、在商业上高度开发且较廉价的AC发电机，而非过于复杂的DC发电机和逆变器或以前对这样的车辆应用的液压驱动式AC发电机。结构配置允许以与重载发电和使用便利和安全相符的方式实现这一点。公开的AC发电机系统包括可选自各种大小和制造厂的AC发电机。按千瓦输出为单位测量，已经发现容易在预计类型的车辆内容纳5-15千瓦。AC发电机的优点之一在于它产生完美的正弦波，该正弦波复制公共事业公司产生的正弦波，与市场上的标准逆变器产生的修改或模拟正弦波相反。AC发电机还有一个特征是，它们非常稳定可靠，并且可容易地处置如典型的建筑工地活动(例如对材料进行焊接和重载切割)中将经历的高连续电流负载。
[0022]根据本公开，将发电机系统21集成到运输车辆20中使发电机系统21能够全面运行。另外，发电机系统21操作性地电连接到再充电单元22，从而使得单元22全面运行，并且能够对电动车辆提供快速充电，以用于对该车辆的电池或电池组再充电。再充电单元22包括电缆23，电缆23构造和布置成插入电动车辆(EV) 19的再充电端口 24中，以便将电荷输送给EV电池18。由运输车辆20提供的灵活性和活动性使得再充电单元22能够行驶到需要服务的电动车辆的位置，不管那个车辆是在交通高峰时间之中停转，还是被困在道路边。使用用语“停转”意于表示车辆在那个车辆的电池或电池组没有足够电荷以便合适地运行。发电机系统21的电力特性和系统21与再充电单元22的协作连接使得能够对电动车辆输送快速充电。如本文所用，短语“快速充电”被定义为3级直流(DC)电荷，它在电动车辆行业一般被描述成适合在不到半小时内将使大多数电动车辆完全充电的在来自30、50和60 kW的范围内的电压和安培组合的范围中。
[0023]基于大体符合’ 913专利中公开的技术的车辆20的结构和车载式发电机系统21的集成，相对于再充电单元22的运行和供电电力可用。单元22又构造和布置成对电动车辆或混合电动车辆的电池或多个电池提供快速再充电。在输送“快速”再充电的能力方面，存在可采用的若干种技术，以便促使这个结果超过仅再充电单元22的设计。例如，已知如果可降低电池的温度，则电动车辆的电池或多个电池将较快一点地再充电。因此,如本文公开的那样，与公开的车辆20和再充电方法相关联的一个概念是，将冷却衬垫或底板25 (参见图2)定位在车辆的电池下面。来自送风机的冷却空气通过连接软管26流到底板25中，并且出口开口 27使进入空气朝电池向上重定向。
[0024]另一个冷却选择(参见图3)是提供来自空气调节器32的旁通连接或管道30，并且实际上引导冷却空气33穿过电动车辆的电池或多个电池340。可通过使用底板25或通过其它导流结构来实现这一点。在一个实施例中，空气调节器32可为车辆20的实际空气调节器。在另一个实施例中，空气调节器32可为安装在车辆20的平层上的辅助单元。空气调节器32可为能够以预期方式工作的任何冷却源。相关冷却选择是在初始充电应用之后使用电动车辆的空气调节器32。虽然使用空气调节器将典型地导致将应用到电池的完全充电的更长时间，但对电池进行附加冷却不只是会抵消由于电池电荷的一些使用而延长的时间。
[0025]包括系统21和单元22的车辆20的基本技术是在能够提供电荷，以用于在对电动车辆的电池快速再充电方面根本上是可靠的。接下来的问题或考量是如何部署车辆20，使其可在合理时段内行驶到需要它的地方。就这点而言，一个选择是使车辆20的车队沿着选定路线或期望道路在关键地方定位，这类似于牵引车如何沿着高速公路和州际公路定位在服务站处。相关概念是关注交通高峰时间，以及在上午将车辆20定位成沿着主要入城路线或定位成可容易接近主要入城路线，然后在下午转换到主要出城路线。车辆20需要定位在接近主要路线的进入点和外出点的安全区域。
[0026]在电动车辆由于电池没电或者至少电池没有足够的电荷以用于电动车辆的运行(即，行驶)而停转或停止的情况下，可呼叫车辆20。可通过任何传统通信手段联系最接近车辆20的司机。虽然一个选择将是直接联系车辆操作者，但另一个选择将是联系调度员，调度员又将识别和联系最接近需要点的车辆20的操作者。“最接近”车辆20是被认为在时间上最接近需要再充电服务的车辆的车辆。可想到的是，在物理上较接近需要再充电服务的电动车辆的车辆20也许在时间上不是“最接近”的。这是车辆操作者应彼此沟通解决的事情，而且调度员(如果使用了调度员的话)可帮助解决这个问题。
[0027]要求协助的始发者可能是执法部门的工作人员、需要再充电的车辆司机、那个车辆的乘客，或者也许是在交通中在停转车辆后面停下来的另一位司机。最终，有人需要打电话，以便获得再充电协助，而且将期望电动车辆的司机或代表那位司机的某人会支付再充电服务的费用。优选地，车辆的操作者将直接对车辆20的操作者提供信用卡或现金支付，以便支付此次服务呼叫的要求的费用。还可想到的是，空中监测可识别停止或停转的电动车辆，并且借助于英里里程碑，或者也许通过GPS坐标来提供确切位置。
[0028]在沿着车行道定位或安置的相邻车辆20之间的距离或间隔方面，估计车辆20将大约每二十(20)英里定位在方便接近道路的安全位置。这被认为是足够的，因为将存在至少一个再充电车辆20，其可在十(10)或十五(15)分钟内出现以协助停转或停止的电动车辆。安全位置可为接近具有进入和外出通道的州际公路出口的位置。更特别，各个车辆20可适当地安置在州际公路立交桥附近，以便轻松地以安全的方式进入和离开州际公路。如果，车行道是州际公路，则大约每隔二十英里定位车辆20意味着一旦将停止或停转电动车辆的报告传递给选定车辆20的司机，等待服务的时间为大约十分钟。如果电动车辆在高峰时间期间在市内交通里停止或停转，则对于服务的等待时间可稍微更长。但是，可想像得至IJ，由于越来越多电动车辆成为前景的一部分，将在城市环境可使用其它再充电选择。在协调哪辆车辆20将响应特定呼叫方面，调度员和/或车辆20的司机之间的开放信道通信应解决哪辆车辆20在对于响应停转或停止的车辆以对那个电动车辆再充电的最合适的位置。
[0029]与车辆20的使用相关联的另一个概念是将车辆20定位紧邻零售或商业设施附近。由于3级电荷可用，所以电动车辆的充电时间在15分钟的范围之中。此类时间间隔很可能将相当于人们早上在快餐店吃早餐的停留时间或早上喝咖啡的停留时间。这个示例既不限于早上停留时间，也不受设施类型的限制。这个示例只是表示营销概念和机会。设施可促使再充电车辆出现在其停车场，以方便驾驶电动车辆的那些顾客。
[0030]与使车辆20大约沿着州际公路立交桥每二十英里进行安置相关联的又一个概念是选择主动进行再充电，以在电动车辆达到不足以继续其运行的电荷水平之前，在电动车辆的电池上“加满”电荷。如果司机预计其电池电荷太低无法完成往返或那天的其它行进要求，则司机可主动找到车辆20，并且对电动车辆电池进行再充电，以至少使电池电荷提高到预期足以往返和回到那个电动车辆的基地站的水平。显然，只是在电池上“加满”电荷的这些主动再充电不会发生在车辆20响应于停转或停止的车辆之前。
[0031]本发明的另一个实施例涉及自含式电动车辆充电箱40。这个结构也被认为在其运行特征和优点方面是自立和自给自足的。公开了一种便携式的不受天气影响的(在风、水和热方面受到保护)可在要求时输送的模块化容器42或结构，其包含一个或多个电池组44，电池组44与一个或多个再充电缆索46耦合，再充电缆索46能够连接到一个或多个电动或混合电动车辆，以将来自EV充电箱的电荷(2级或更高)输送到电动或混合电动车辆(参见图4)。这个概念和设备的目的打算是消除对改变基本的基础结构改变和/或对现有设施进行添加的需要，以使得设施能够快速地对电动或混合电动车辆的所有者和操作者提供再充电服务和帮助。虽然这个概念和设备的主要和最初的意图是成为自含式的独立设备，但该概念和设备可以某种方式构造，其在任何时间点在拥有者/操作者如此期望的情况下能够与现有电和/或机械基础结构进行硬接线连接。
[0032]EV充电箱40可包括无线接收器41和无线发送器43，以使得EV充电箱能够成为使用EV充电箱对顾客的车辆再充电的顾客的W1-Fi热点。EV充电箱将还使用无线发送器来连接到互联网48，以发送所有在内部收集和记录的商业数据50，包括与由EV充电箱产生或通过EV充电箱产生的再充电服务相关联的支付信息。为此，商业数据可包括(但将不限于)监测可用存储能量，以及跟踪包含在EV充电箱内的电池中可用的存储能量的输送速率，以提醒EV充电箱的拥有者/操作者对EV充电箱再充电的预计时间和日期。收集、记录和发送的商业数据还可包括(但将不限于)某些运行和环境参数、诊断程序和条件，以及用以协助EV充电箱的恰当运行、维护、维修和支持的功能等同的信息和程序。
[0033]EV充电箱可包括一个或多个太阳面板52 (参见图4)，太阳面板能够供应能量，以对EV充电箱内部的电池充电。连接到太阳面板上的电池系统可与EV充电箱内部的一个或多个其它电池单元分开，或者可集成在所述一个或多个其它电池单元内，也使用所述一个或多个其它电池单元来对一个或多个电动或混合电动车辆供应电荷。太阳能的使用包括(但不限于)对内部计算机、内部照明和/或外部照明、摄像机、扩音器、路由器等供应电力。
[0034]EV充电箱可包括能够接收来自移动式发电机(离网)或永久的硬接线电源(通过通往本地公用电力事业服务提供商的硬接线连接直接来自电网)的电服务的一个或多个电连接端口 54。预计电连接端口 54可包括“快速连接”配件，以促进快速服务和安全。
[0035]EV充电箱可包括内部控制，以使一个或多个电池组与在离网或直通电网式电输送设备正在对电隔离电池组再充电的同时仍然将对电动或混合电动车辆的再充电保持在运行中的所有其它电池组电隔离。
[0036]EV充电箱可包括用以监测、记录、存储和传输由内部包含到EV充电箱或外部安装到EV充电箱的设备收集到的音频和视频数据的设备。
[0037]将以这样的方式构造EV充电箱:即该方式将使得能够使用标准叉车、绞车或功能等同的设备将EV充电箱装载到传统平层卡车、拖车或功能等同的设备上，或者从其中卸载EV充电箱。
[0038]EV充电箱将以某种方式构造，该方式意于确保进行安全机械/电自助运行，限制故意破坏，限制未授权的进入的风险，以及抵抗与湿气、空气和热条件相关联的不利影响。
[0039]虽然已经在附图和前述描述中示出和描述了本发明的优选实施例，但要认为优选实施例在性质上是说明性而非约束性的，要理解的是，期望保护落在本发明的精神内的所有改变和修改。
【权利要求】
1.一种用于将电荷输送到电池的运输车辆，所述运输车辆包括: 集成到所述运输车辆中的发电机系统；以及 电连接到所述发电机系统的再充电单元，所述再充电单元构造和布置有用于将电荷输送到所述电池的电缆。
2.根据权利要求1所述的运输车辆，其中，所述电池在电动车辆内。
3.根据权利要求2所述的运输车辆，其中，所述电动车辆包括电连接到所述电池的再充电端口。
4.根据权利要求1所述的运输车辆，所述运输车辆布置成和用作用于电动车辆的再充电系统的一部分，所述再充电系统进一步包括用于将冷却流动流引导向所述电池的冷却装置。
5.根据权利要求4所述的运输车辆，其中，所述冷却流动流穿过定位在所述电动车辆下面的底板。
6.根据权利要求4所述的运输车辆，其中，所述冷却流动流由空气调节器单元供应，所述空气调节器单元是所述电动车辆的一部分。
7.一种用于将电荷输送到电池的再充电箱，所述再充电箱包括: 模块化结构； 定位在所述模块化结构内的电池；以及 再充电缆索，其构造和布置成连接到电动车辆，以用于对那个电动车辆的电池再充电。
8.根据权利要求7所述的再充电箱，所述再充电箱进一步包括用于进行互联网连接以进行数据处置和处理的装置。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的再充电箱，所述再充电箱进一步包括太阳面板，以用于供应能量来对定位在所述模块化结构内的电池充电。
10.根据权利要求7、8和9中的任一项所述的再充电箱，所述再充电箱进一步包括构造和布置成连接到电能量源的电连接端口。
【文档编号】B60L11/02GK103747977SQ201280030898
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年6月22日 优先权日:2011年6月22日
【发明者】J.M.斯托尔姆 申请人:轮廓硬化公司