(12)發(fā)明專利(10)授權公告號CN110014969B(65)同一申請的已公布的文獻號(30)優(yōu)先權數(shù)據(73)專利權人福特全球技術公司(74)專利代理機構北京銘碩知識產權代理有限公司11286專利代理師田碩王秀君車輛充電系統(tǒng)418本公開涉及車輛充電系統(tǒng)。一種充電系統(tǒng)包括基部、包括伸出的插頭的平臺、至少三個互連的腿部以及第一組鉸接接頭和第二組鉸接接頭。所述至少三個互連的腿部具有固定的相同長度，并且被機械地偏置成垂直于基部。第一組鉸接接頭和第二組鉸接接頭分別將腿部的相對端與平臺和基部連接，使得響應于插頭上的力，腿部在2至少三個互連的腿部，具有固定的相同長度，并且機械地偏置成使插頭與基部保持垂第一組鉸接接頭和第二組鉸接接頭，分別將腿部的相對端與平臺和基部連接，使得響應于插頭上的力，腿部在傾斜的同時保持彼此平行，并且平臺與基部保持平行。2.根據權利要求1所述的充電系統(tǒng)，其中，所述伸出的插頭經由扭轉接頭與平臺連接，使得伸出的插頭能繞插頭的中心軸線旋轉。3.根據權利要求2所述的充電系統(tǒng)，其中，所述伸出的插頭包括被構造成與插座配合的引導銷，所述插座包括錐形面和槽，使得插頭和插座之間發(fā)生旋轉，直到插頭和插座被對準為止，在對準之后，插座被構造成接納被插入一定深度的4.根據權利要求2所述的充電系統(tǒng)，其中，所述扭轉接頭是腕關節(jié)。5.根據權利要求1所述的充電系統(tǒng)，其中，所述至少三個互連的腿部構成平行操縱器。6.根據權利要求5所述的充電系統(tǒng)，其中，所述平行操縱器是平行四邊形連桿機構，所述平行四邊形連桿機構被構造成使平臺與操縱器的基部保持平行。7.根據權利要求5所述的充電系統(tǒng)，其中，所述平行操縱器是三維的平行四邊形連桿機8.根據權利要求1所述的充電系統(tǒng)，其中，所述至少三個互連的腿部構成Gough-9.根據權利要求1所述的充電系統(tǒng)，還包括與基部連接的致動器。10.根據權利要求1所述的充電系統(tǒng)，其中，所述伸出的插頭包括導電觸頭。3車輛充電系統(tǒng)技術領域[0001]本公開涉及用于牽引電池的車輛充電系統(tǒng)，具體地，涉及車輛充電連接器、插座和背景技術[0002]電池電動車輛(BEV)和插電式混合動力電動車輛(PHEV)(統(tǒng)稱為EV或xEV)可使用電動馬達作為它們的主要的或唯一的動力源。BEV或PHEV通常需要外部電源，以對為馬達供電的安裝在車輛上的電池組進行充電。[0003]電池電動車輛(BEV)和插電式混合動力電動車輛(PHEV)的日益普及和售賣已帶來車輛和充電系統(tǒng)技術的進步。使用充電電纜將車輛接入電網可被潛在的BEV或PHEV車主視為不便利。允許對車輛充電而無需不得不使車輛物理地接入電網的一種方式是借助感應無線充電系統(tǒng)的使用。該感應無線充電系統(tǒng)通常用于諸如電動牙刷和手機的電子裝置?，F(xiàn)正在提出用于對BEV或PHEV進行充電的感應無線充電系統(tǒng)。發(fā)明內容[0004]一種充電系統(tǒng)包括基部、包括伸出的插頭的平臺、至少三個互連的腿部以及第一組鉸接接頭和第二組鉸接接頭。所述至少三個互連的腿部具有固定的相同長度，并且被機械地偏置成垂直于基部。第一組鉸接接頭和第二組鉸接接頭分別將腿部的相對端與平臺和基部連接，使得響應于插頭上的力，腿部在傾斜的同時保持彼此平行，并且平臺與基部保持[0005]一種車輛包括截圓錐體表面和插座。所述插座在截圓錐體表面的頂點處，并且限定引導表面，使得插頭在以旋轉的偏移插入時，響應于在插頭的電連接器與插座接觸之前由引導表面施加的力，插頭被旋轉以進行對準。[0006]一種車輛充電站包括電插頭、平行操縱器和致動器。所述電插頭具有引導機構并且經由扭轉接頭與平臺連接。所述平行操縱器至少具有三個腿部并且被配置為支撐所述平臺。所述致動器被配置為使平行操縱器和插頭沿平行操縱器的中心軸線運動。[0007]根據本發(fā)明的一個實施例，所述引導機構是與插頭連接的引導銷，所述插頭被構造成與插座配合，所述插座包括錐形表面和槽，使得在插頭和插座之間發(fā)生旋轉，直到插頭和插座對準為止，在對準之后，插座被構造成接納被插入一定深度的插頭，所述深度由槽的長度確定。[0008]根據本發(fā)明的一個實施例，所述平行操縱器是平行四邊形連桿機構，所述平行四邊形連桿機構被構造成使平臺與操縱器的基部保持平行。[0009]根據本發(fā)明的一個實施例，所述平行操縱器是三維的平行四邊形連桿機構。[0010]根據本發(fā)明的一個實施例，所述平行操縱器是Gough-Stewart平臺。[0011]根據本發(fā)明的一個實施例，所述致動器是線性致動器。4附圖說明[0012]圖1A是示出用于車輛的傳導充電系統(tǒng)的位置的側視圖。[0013]圖1B是示出用于車輛的傳導充電系統(tǒng)的位置的后視圖。[0014]圖2是相對于傳導充電系統(tǒng)的對準的車輛擺放的俯視圖。[0015]圖3是處于縮回位置的傳導充電系統(tǒng)接收器組件的正面剖視圖。[0016]圖4是處于展開位置的傳導充電系統(tǒng)接收器組件的正面剖視圖。[0017]圖5是處于偏移的縮回位置的傳導充電系統(tǒng)接收器組件的正面剖視圖。[0018]圖6是處于偏移的展開位置的傳導充電系統(tǒng)接收器組件的正面剖視圖。[0019]圖7是處于偏移位置的傳導充電系統(tǒng)接收器組件的浮動連桿機構的透視圖。[0020]圖8A-圖8C是示出了自對準的傳導充電系統(tǒng)的傳導連接器的插頭和插座的透視具體實施方式[0021]在此描述本公開的實施例。然而，應當理解的是，所公開的實施例僅為示例，其它實施例可采用各種替代形式。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結構和功能細節(jié)不應被解釋為限制，而僅僅作為用于教導本領域技術人員以多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎。如本領域的普通技術人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各種特征可以與在一個或更多個其它附圖中示出的特征組合以產生未被明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應用的代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定的應用或實施。[0022]隨著電氣化車輛的數(shù)量的增加，需要充電的電動車輛的變型也在增加。電動車輛、PHEV和BEV的當前充電方法依賴于用戶將充電電纜連接到車輛。許多用戶和車主發(fā)覺這項任務不方便。此外，隨著自主車輛和應用的來臨，連接充電繩可能需要人員來連接和斷開這些車輛的充電。[0023]在此，介紹將車輛連接到充電站的系統(tǒng)和結構，使得車輛可與電動車輛供電設備(EVSE)充電站自主地連接，而不需要任何人為干涉，由此來節(jié)省時間和金錢。在此，公開了在車輛就位時自動展開和收回的結構。所述結構被構造成通過將地面連接器引導到車輛中的對接連接器來補償停車誤差。在一個實施例中，充電端口機構被建在停車位內的地面中，并且被構造成向上延伸以將充電端口的連接器與車輛的連接器連接。所述展開可被自動地或手動地激活。這些充電端口使用被設計為自定位傳導連接的自動化系統(tǒng)。[0024]在一個實施例中，機械系統(tǒng)使用連桿機構和幾何學的系統(tǒng)在給定從致動器提供的力的情況下引導連接器進入其充電端口。[0025]為了使該系統(tǒng)工作，車輛必須在給定精確度之內停放在充電器上方。充電器的連接器被嵌入地面中對于車輛和充電器系統(tǒng)常見的位置處。連接器被設計為通過使用動力致充電端口被置于車輛的前輪之間，但不限于這個位置。車輛的充電端口喇叭口(例如，截頭圓錐(frustro-conical)表面，其是截圓錐體的側表面)必須與地面的充電器連接器的中心重疊。5[0026]圖1A是示出車輛上的傳導充電接收器的可行位置以及匹配電動車輛供電設備(EVSE)結構的關聯(lián)位置的側視圖。傳導充電系統(tǒng)100包括車輛102、能夠支撐并容納傳導充電接收器組件的接收器位置以及可用于定位傳導供電組件的充電供應組件位置。在示出的第一個實施例中，充電接收器組件位置104A位于車輛的中心或乘客區(qū)附近，以允許車輛與位于充電站停車位的中心位置106A處的充電供應組件傳導連接。在示出的第二個實施例中，充電接收器組件位置104B位于發(fā)動機艙附近，以允許車輛與位于充電站停車位的前部位置106B處的充電供應組件傳導連接到。在示出的第三個實施例中，充電接收器組件位置104C位于車輛后部區(qū)域附近，以允許車輛與位于充電站停車位的后部區(qū)域106C處的充電供電組件傳導連接。圖1A還示出了地面間隙線112,充電接收器被保持在地面間隙線112之上。充電供電組件在展開時從地面表面運動到間隙線112之上。[0027]圖1B是示出電氣化車輛的傳導充電系統(tǒng)的位置的后視圖。傳導充電系統(tǒng)100包括車輛100、能夠支撐并容納傳導充電接收器組件的接收器位置以及充電供應組件位置。在一個實施例中，充電接收器組件位置104D和充電站供應組件位置106D被定位為與車輛102的中間平面交叉。在另一實施例中，充電站供應組件位置106D從中間平面108偏移，充電接收器組件位置104D從中間平面108偏移，使得充電接收器組件不與中間平面108相交。[0028]圖2是關于EVSE的傳導充電系統(tǒng)的對準的車輛放置的俯視圖。電動車輛充電系統(tǒng)200包括與電動車輛充電站停車位相關聯(lián)的一個或更多個供應組件。例如，在這個圖示中示出了四個停車位，每個停車位具有關聯(lián)的充電供應組件位置。第一停車位具有第一供應組件202A,第二停車位具有第二供應組件202B,第三停車位具有第三供應組件202C,并且第四停車位具有第四供應組件202D。在這個圖示中，供應組件沿停車位寬度的中線被定位，并且從停車位長度的中間偏移。車1206A位于第二停車位，使得充電接收器204A與供應組件202B對準，使得偏移210A接近于零。在這個位置，由于不需要進行對準校準，所以接收器和供應組件易于連接。車2206B以線性偏移和旋轉偏移二者被停放。線性偏移210B由從充電接收器204B到供應組件202C的距離來限定。旋轉偏移208由從充電接收器204B的中心軸線到供應組件202C的中心軸線的角度來限定。車3206C僅以線性偏移210C被停放，所述線性偏移210C由從充電接收器204C到供應組件202D的距離來限定。[0029]圖3是包括處于縮回位置的傳導充電供應組件314和傳導充電接收器組件的電動車輛充電系統(tǒng)300的正面剖視圖。如圖所示，傳導充電接收器組件與電動車輛302連接。傳導充電接收器組件包括截頭圓錐表面304、插座306、防護結構308和無線收發(fā)器310。傳導充電供應組件314包括收發(fā)器312、致動器316、平臺操縱器318、連接器320和防護結構322。收發(fā)器312被配置為與車輛的無線收發(fā)器310無線傳送信息。在本公開中，術語“截圓錐體”包括由平行于基部的平面切割頂部而形成的實心錐體的底部，并且還包括平面不平行但是也可以是達+/-10度的平行的實施例。此外，實心錐體包括由平面中的基部(例如，圓)以及由連接頂點與基部邊緣的線段的軌跡形成的表面(例如，側表面)界定的圖形。在本公開中，側表面可以包括與直線段一起的具有曲度的線段。所述曲度可以是半徑至少為弧長2倍的曲度。曲率可以是凹面或凸面，以便在連接器被連接時輔助對準。截頭圓錐表面是一種類型的截圓錐體，并且截圓錐體表面是截圓錐體的側面。[0030]無線收發(fā)器(410和412)可包括射頻無線收發(fā)器、光學收發(fā)器和紅外收發(fā)器。此外，在本公開中，無線收發(fā)器包括無線應答器(諸如，射頻識別),其中，車輛402中的自動收發(fā)器6410響應于從EVSE收發(fā)器412接收的詢問信號而發(fā)送編碼的識別信號。無線通信包括信號從幾厘米傳播到幾米的短距離無線通信。短距離無線通信(NFC)協(xié)議、超寬帶(UWB)、無線USB和Zigbee。藍牙和Zigbee是電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的802.15.x中描述的標準。[0031]UWB傳輸通過在大帶寬內以指定時間間隔產生射頻能量來發(fā)送信息，由此能夠實現(xiàn)脈沖位置或時間調制。所述信息可經由振幅的脈沖極性編碼和/或通過使用正交脈沖而[0032]圖4是包括處于展開位置的傳導充電供應組件414以及傳導充電接收器組件的電動車輛充電系統(tǒng)400的正面剖視圖。如圖所示，傳導充電接收器組件與電動車輛402連接。傳導充電接收器組件包括截頭圓錐表面404、插座406、防護結構408和無線收發(fā)器410.傳導充電供應組件414包括收發(fā)器412、致動器416、平臺操縱器418、連接器420和防護結構422。收發(fā)器412被配置為與車輛的無線收發(fā)器410無線傳送信息。此處，當被展開時，被示出為門的防護結構422向下折疊，以允許平臺操縱器418通過致動器416延伸就位。在其它實施例中，防護結構422可滑出通道或沿替代方向折疊。類似地，防護結構408在平臺操縱器418和連接器420被致動器416舉起時折疊。在這個圖示中，連接器420與插座406是對準的，使得平臺操縱器418不進行水平鉸接來實現(xiàn)對準。無線收發(fā)器410、412可被用于提供車輛標識、車輛狀著致動器從連接系統(tǒng)展開而被揭開。[0033]圖5是包括處于偏移縮回位置的傳導充電供應組件514以及傳導充電接收器組件的電動車輛充電系統(tǒng)500的正面剖視圖。如圖所示，傳導充電接收器組件與電動車輛502連接。傳導充電接收器組件包括截頭圓錐表面504、插座506、防護結構508和無線收發(fā)器510。傳導充電供應組件514包括收發(fā)器512、致動器516、平臺操縱器518、連接器520和防護結構522。傳導充電供應組件514和傳遞充電接收器組件具有偏移524,導致連接器520在沒有任何水平調節(jié)的情況下垂直向上運動時將不會與插座506配合。收發(fā)器512被配置為與車輛的無線收發(fā)器510無線傳送信息。[0034]圖6是包括處于偏移展開位置的傳導充電供應組件614和傳導充電接收器組件的電動車輛充電系統(tǒng)600的正面剖視圖。如圖所示，傳導充電接收器組件與電動車輛602連接。傳導充電接收器組件包括截頭圓錐表面604、插座606、防護結構608和無線收發(fā)器610。傳導充電供應組件614包括收發(fā)器612、致動器616、平臺操縱器618、連接器620和防護結構622。收發(fā)器612被配置為與車輛的無線收發(fā)器610無線傳送信息。傳導充電供應組件614和傳導充電接收器組件具有偏移624,導致連接器620在沒有任何水平調節(jié)的情況下垂直向上運動時將不會與插座606緊密配合。在這個圖示中，平臺操縱器618能夠通過沿截頭圓錐表面604行進而被引導到插座606。平臺操縱器618被構造成沿2維水平軸線平移連接器620,而致動器616使平臺操縱器618和連接器620垂直地運動。[0035]圖7是用于處于偏移位置的傳導充電接收器組件的浮動連桿機構700的透視圖。浮動連桿機構700包括基部702,所述基部702具有通過配合接頭(706A、706B、706C)連接到桿(708A、708B、708C)的至少三個接頭(704A、704B、704C)。桿(708A、708B、708C)經由接頭桿保持彼此平行，使得不發(fā)生旋轉或扭轉。穩(wěn)定支架710用于保持基部702與頂部平臺712平7行。頂部平臺712包括安裝件718和連接器720。連接器720具有引導機構722(例如，銷或引導表面),所述引導機構722被構造成與插座724配合。[0036]浮動連桿機構700(還被稱為平臺操縱器)可以是3維度4桿連桿機構或3維度平行四邊形連桿機構。通常，4桿連桿機構(還被稱為四桿)是可運動的封閉鏈式連桿機構。4桿連桿機構由四個主體(例如，桿或連桿)組成，所述四個主體通過四個接頭連接成環(huán)。通常，接頭被構造成使得連桿在單個平面或平行平面中運動，并且組件被稱作平面四桿連桿機構。平行四邊形連桿機構是4桿連桿機構，在所述4桿連桿機構中，兩個相對桿具有相同長度，使得頂桿(例如，頂部平臺)在其它兩個桿運動時與基部保持平行。由于4桿連桿機構具有4個接頭，所以3維度4桿連桿機構(還被稱為9桿連桿機構)具有9個桿或連桿和6個接頭。與平行四邊形連桿機構類似，3維度平行四邊形連桿機構(還被稱為平行平面連桿機構)具有作為其它三個接頭的鏡像的3個接頭，并且三個連接連桿相等。[0037]在另一實施例中，使用Gough-Stewart平臺(6軸操縱器)可被用于控制頂部平臺712和連接器720。這將允許在輪胎具有低氣壓或者由于車輛的負載、附連拖車或者諸如彈簧或減震器受損的操作狀況而導致懸架傾斜的事件中小角度(例如，<10度)被施加到頂部平臺712。[0038]接頭被示出為球窩接頭，然而所述接頭可以是萬向接頭或萬向節(jié)(U-joint)。此外，安裝件718和連接器720可經由旋轉接頭連接，使得連接器可旋轉，以與插座724對準。旋轉接頭可包括彈簧，以在插入之前或之后施加力來重置對準。在一些實施例中，安裝件718和連接器720可經由腕關節(jié)連接。腕關節(jié)是允許沿三個軸運動的接頭，從而可調節(jié)俯仰 (pitch)、橫擺(yaw)和橫滾(roll)。這種腕關節(jié)可以是使用彈簧進行加載的彈簧，所述彈簧施加的力小于并聯(lián)機構的彈簧使用的力，從而在插入之前或之后重置對準。連接器720經由導體(未示出)與車輛充電站電連接。[0039]圖8A、