CN102123882A - 用于电动车辆的充电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于为车辆充电的系统和方法。车辆和充电站可被设计成使得电动或混合动力车辆通过在整个已知路径中在适当时机充电而以类似于传统车辆的方式运行。

Description

用于电动车辆的充电站

交叉引用

本申请要求于2008年7月1日提交的美国临时申请No.61/077452以及于2009年5月1日提交的美国临时申请No.61/174926的权益，这些文献通过引用整体结合入本文。

联邦科研资助声明

本发明的研发受到美国政府的国家燃料电池公共汽车项目的支持，联邦公共交通管理局(FTA)合同号＿＿。

背景技术

电动车辆受到用于将功率传递到电动车辆的当前基础设施的限制。一些电动车辆(诸如电动列车和轻轨客车)通过导轨中的硬件或通过架空线缆永久地连接到电源。其它电动车辆(诸如电动轿车)通过在充电站中为电动车辆插上电源来充电。

尽管可使用用于沿着电动车辆行进路径保持永久电连接的系统来将功率传递到电动车辆，但是这些系统并不美观、也不流行而且安装和维护昂贵，还可能不安全。在城市进行线路建筑维护或建设时，这些系统通常要求整条电动公共汽车线路暂停一段时间。这些系统中的一些系统无法使得电动车辆独立于导轨或架空线缆来运行。而且，这些系统中的一些系统无法适用于具有不同特征的不同车辆。此外，这些系统可能花费大量时间或努力来充电。

因此，需要发展用于为电动车辆充电的改进的系统和方法。

发明内容

本发明提供了用于为电动车辆或混合动力电动车辆充电的系统和方法。此处所描述的本发明的各个方面可应用于下面给出的任何特定应用或用于任何其它类型的车辆。本发明可实施为独立系统或方法，或者集成的交通运输系统(诸如公交系统或其它公共交通运输系统)的一部分。应当理解的是，本发明的不同方面可以单独的、共同的、或彼此组合的方式来理解。

本发明的一个方面可涉及一种充电站。充电站可包括充电座。充电站还可包括两个或多个集电器托架，每个集电器托架包括至少一个导电表面区域，诸如导电垫。优选的是，每个集电器托架可包括带有导电表面的至少两个引导条，引导条上的引导特征件(诸如引导垫)汇聚，使得汇聚点指向导电表面。至少一个集电器托架可用于接触正极，至少一个集电器托架可用于接触负极，从而它们可用于为车辆的可再充电装置充电。充电站可包括支承固定装置，诸如连接到充电座的柱和机械地连接到柱以支承该柱和充电座的支架。

根据本发明的另一种实施方式，充电站可包括带有安装到充电座的刚性结构部件的充电悬架。充电悬架可包括刚性部件，诸如横杆、间隔杆、以及一个或多个臂。可在刚性部件之间提供刚性或顺应性连接件。例如，位于充电悬架上的集电器托架可通过顺应性连接件相对于悬架的横杆运动。

本发明的另一个方面可涉及一种车辆，该车辆可通过充电站来充电。该车辆可包括电连接到车辆的可再充电装置的两个或多个接触板。车辆的可再充电装置可以是能量存储系统，诸如蓄电池或超级电容器。接触板可位于车辆的顶部上，并且可相对地平行于车辆的运动方向地定位。接触板可在车辆的顶部表面上间隔开。第一接触板可为正极，而第二接触板可为负极，以便为可再充电装置充电。

根据本发明的另一种实施方式可提供一种用于为车辆充电的系统。该系统可包括带有两个或多个集电器托架的充电站和带有两个或多个接触板的车辆。集电器托架可被构造成接收位于车辆顶部的接触板，使得接触板在通过引导条引导之后在各导电表面之间滑动。接触板可被挤压在引导条之间以确保良好的电接触。此外，导电表面可具有与接触板接触的表面区域，这可提供电接触的区域。这些特征可减小充电站和车辆之间的充电界面处的阻抗，这有助于快速充电。充电站还可包括间隔杆，以将集电器托架相对彼此保持在期望距离处，该期望距离可匹配车辆的接触板之间的距离。充电站还可包括用于连接结构件的顺应性连接件，该连接结构件连接充电座和集电器托架，这可使得连接结构件和接触组件相对于车辆行进方向侧向地运动。这可提供用于车辆尺寸、驱动路径或其它车辆属性的公差。

根据本发明的另一种实施方式可提供一种用于为车辆充电的方法。该方法可包括将包括两个或多个接触板的车辆运动到位于充电站的充电座之下的位置处，其中充电座具有两个或多个集电器托架。可在所述两个或多个集电器托架和车辆的所述两个或多个接触板之间建立电连接。车辆可保持电连接到充电站一段时间，以获得期望的充电状态。

结合下面的说明以及附图可进一步认识和了解本发明的其它目的和优点。尽管下面的说明可包含描述本发明的特定实施方式的具体细节，但是其不应被解释为对本发明范围的限制，而是解释为优选实施方式的示例性表述。如本领域技术人员所公知的，对于本发明的每个方面可进行多种变型，如同此处所教导的那样。在不背离本发明的宗旨的条件下，在本发明的范围内可进行多种改变和变型。通过引用的结合

本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请文献通过引用结合入本文，结合的程度就如同具体地和单独地指明通过引用结合每个单独的出版物、专利或专利申请文献一样。

附图说明

本发明的新颖特征尤其在所附权利要求中给出。通过参考下面利用本发明原理且给出示例性实施方式的详细说明以及附图，可以获得对本发明的特征和优点的更好理解。其中：

图1示出了根据本发明一种实施方式的充电站。

图2示出了充电站的一种替代实施方式。

图3示出了充电站的另一种实施方式。

图4示出了充电站的一个例子。

图5示出了充电站的充电连接件的一个例子。

图6A示出了接触组件的视图。

图6B示出了接触组件的附加视图。

图6C示出了根据本发明实施方式的压力组件的放大图。

图7A示出了充电座上的接触组件。

图7B示出了连接结构件的顺应性连接件的例子。

图8示出了带有接触杆的车辆的例子。

具体实施方式

本发明提供了用于为电动车辆充电的系统和方法。本发明的一个方面提供一种充电站。该充电站可用于将功率传递到电力驱动的车辆。充电站可用于将功率传递到任何电动车辆、混合动力电动车辆、或可包括推进电源(诸如蓄电池、超级电容器或任何其它能量存储系统)的任何其它车辆。在一些实施方式中，电力驱动的车辆可以是重载荷车辆，诸如公共汽车或卡车。

例如，由所述系统提供功率的电动车辆可包括公交客车、校车、送货车、班车、牵引拖车、5级卡车(重16001-19500lbs.，双轴，六轮单个单元)、6级卡车(重19501-26000lbs.，三轴单个单元)、7级卡车(重26001-33000lbs.，四轴或更多轴单个单元)、8级卡车(重33000lbs.以上，四轴或更少轴单个拖车)、具有超过14000磅总体车重标准值(GVWR)的车辆、具有15∶1或更大的货物-驱动器质量比的车辆、具有六个或更多个轮胎的车辆、具有三根或更多根轴的车辆、或任何其它类型的高乘载率或重载荷车辆。在一些实施方式中，充电站可为任何其它电动车辆(包括乘用车辆)充电。有关电动车辆或电力驱动车辆在此处的任何讨论内容可指所讨论的任何类型的车辆，反之亦然。

在本发明的一些实施方式中，充电站可包括从充电座悬垂的充电连接件，诸如充电架或充电悬架，用于在充电站和电力驱动车辆之间建立电连接。充电连接件可包括用于控制充电连接件的位置或方位的定位装置。

本发明的另一方面提供一种电动车辆，该电动车辆包括用于建立至充电站的电连接的接触板。接触板可被定位在电动车辆的顶部表面上，并且定位在相对于车辆运动方向平行的方向上。接触板可在电动车辆的顶部表面上间隔开。

本发明的方法包括使用充电站将功率传递到车辆。将功率传递到车辆可包括将车辆定位在充电站的充电座之下，并与充电连接件(诸如导电弓、悬连臂、充电架或框架、或充电悬架)接合，以便在充电站和车辆之间建立电连接。

如图1所示，充电站可包括带有充电座24的结构件6。充电连接件18可从充电座悬垂。充电连接件可以是类似于选自由导电弓、悬连臂和悬臂组成的组中的部件的装置。充电连接件可具有可调节的形状或尺寸，使得位于充电连接件上的导电表面14、16具有可调节的位置。在本发明的一些实施方式中，充电连接件通过联接器(诸如定位装置20、26)机械附接到充电座。定位装置可以是固定的或可调节的。

在本发明的一些实施方式中，充电连接件可包括两个导电表面14、16，诸如导电垫。两个导电表面可彼此电绝缘。这两个导电表面可通过将导电表面电连接到电源2的电气布线来供以功率。电气布线可被容纳在充电连接件18、定位装置20、26、充电座24以及结构件6内。附加的电气布线4可用于建立至电源2的电连接。电源可包括此处描述的任何电源。

如图1所示，车辆8可包括沿着车辆运动方向28延伸的两个接触板或杆10、12。这两个杆可以是电连接到用于为车辆提供功率的能量存储装置的铜杆。

在图2中示出了充电站的一种替代实施方式。导电表面14、16可通过悬臂30连接到充电座。悬臂可以在竖直方向22上受到调节，以允许车辆8在导电表面下方经过并且随后用于在导电表面和车辆上的接触板或杆10、12之间建立电连接。导电表面和电源2之间的电连接可与图1中描绘的一样。

图3示出了充电站36和车辆38的另一个例子。车辆可包括一个、两个、三个、四个或更多个充电位点，可以是接触杆、板或任何其它形状的触点。在一些实施方式中，优选的是具有至少两个充电位点。在其它实施方式中，可能需要更多数量的充电位点，以为多个蓄电池充电(例如，两个充电位点可以电连接到一个蓄电池或蓄电池组，另两个充电位点可电连接到另一个蓄电池或蓄电池组)。可能需要为多个蓄电池组并行充电，以加快充电时间，并减少由于高电流传输导致的系统加热。充电位点或任何其它触点的任何讨论是指任何形状或形式的触点。

充电位点40a、40b可相对于车辆运动方向平行地延伸。在本发明的优选实施方式中，充电位点可安装在车辆的顶部上，诸如位于车辆的顶板上。在一些替代实施方式中，充电位点可安装在车辆的侧面、在路面方向上、或沿着车辆的表面的另一部分，或是上述方式的组合。如前所述，充电位点可由铜形成。在一些实施方式中，充电位点可由任何导电材料形成，包括但不限于铝、银、金、或其合金或组合；和/或充电位点可以镀以或包覆以任何导电材料，包括但不限于铜、铝、银、金、或其合金或组合、或任何其它导电材料。充电位点可彼此电绝缘。充电位点可在车辆顶部上彼此间隔开。

充电站36可包括任何数量的接触组件42a、42b，诸如集电器托架。接触组件可电连接到车辆的充电位点，这可用作电极。在一些例子中，接触组件的数量可与车辆上的充电位点40a、40b的数量匹配。例如，如果车辆上设置两个充电位点，可在充电站设置两个接触组件。如果车辆上设置四个充电位点，可在充电站设置四个接触组件。

在一些实施方式中，可设置一对接触组件，以与连接到蓄电池或蓄电池组的一对充电位点接触。在一些例子中，可设置更多接触组件(例如，两个接触组件可与和一个蓄电池或蓄电池组电连通的一对充电位点接触，另外两个接触组件可与和另一个蓄电池或蓄电池组电接触的另外两个充电位点接触)。可能需要同时为多个蓄电池充电，以加快充电时间并减少由于高电流传输造成的系统加热。在一些例子中，可在充电站的同一个臂上设置多个接触组件(例如在同一个悬架上可以设置四个接触组件)，而在其它例子中，可在充电站的多个臂上设置多个接触组件(例如，可在一个悬架上设置两个接触组件，在第二个悬架上设置两个接触组件)。

接触组件可包括一个或多个引导特征件44a、44b、44c和44d，它们可辅助引导充电位点以与接触组件的引导垫接触。

充电站

充电站可包括位于地面上方的充电座和从充电座悬垂的充电连接件。充电连接件可直接附接到充电座，或通过诸如定位装置的联接器附接到充电座。充电连接件可以是类似于选自由导电弓、悬连臂和悬臂组成的组中的装置。充电连接件可包括，或也可被称为，充电架或框架、充电基架或桁架、或充电悬架。充电连接件可以是用于为轻轨客车或电动客车提供功率的装置的反接形式。在本发明的其它实施方式中，充电连接件是从充电座悬垂的悬连臂。悬连臂可以由悬臂支承。

在一些实施方式中，可以为双线无轨电车充电，从而该客车可以作为无轨电车运行。例如，在一些时刻，客车可通过连接到电网系统的电线作为无轨电车运行。在客车到达电网系统的末端时，集电杆可降低，并且客车可作为独立于电网的蓄电池驱动的电动客车。类似地，蓄电池驱动的电动客车可独立于电网运行，并之后再次遇到电网。当客车返回到电网时，集电杆可升起以与电网接触，客车可在作为无轨电车运行时重新充电。因此，根据本发明的一种实施方式，客车可在一部分时间内在电网中运行，并且在一部分时间内脱离电网运行。客车可选择地利用在电网中的时间为客车上的蓄电池充电，所充的电可在客车脱离电网时使用。

充电连接件可具有传感器、或机械的或机电的高度调节系统，以允许充电连接件调节到使得在车辆在充电连接件下驱动时所需的高度。高度调节系统可包括该充电连接件和/或定位装置。充电连接件可被调节到建立电连接所需的高度。

可在一段时间建立电连接，且该时间段长得足以为车辆部分或完全充电。可以如下方式设计充电连接件，使得仅仅在车辆和充电站之间形成电连接和/或从车辆接收信号而启动充电时充电连接件被启动。充电站可包括机械和/或电保护装置，以在非接触情况下隔离传导路径。这种装置可被构造成仅仅在接收到电子讯息(无线、接近开关触点、和/或手动触发器)后或通过直接机械启动来允许能量流。

在替代实施方式中，如果车辆将部分时间地作为无轨电车在电网中运行，能量流可在车辆到达电网时自动发生。在一些实施方式中，可设置允许能量流的传感器，而在其它实施方式中，可设置在车辆到达电网时允许能量流的机构。可设置安全特征件，其可允许仅仅需要形式的能量流。

在另一种实施方式中，车辆(例如客车)可适用于现有轻轨系统，在该轻轨系统中车辆能够连接到单根架空线和在路面导轨中的接地联接器。

可以使用本领域技术人员已知的任何手段将功率供应到充电连接件。在本发明的一些实施方式中，可使用用于为电动车辆(诸如轻轨电车或电动客车)提供功率的电源。电源可以是用于将功率供应到高架线以便为电动列车或客车提供功率的电源。电源可包括高压直流电源。电压可以是在400-800伏之间的直流电压、在450-750伏之间的直流电压，或大约600伏。电源可被分接，并且然后被传递到变压器，以提供用于车辆的正确的电压和电流。变压器可以是直流-直流充电器。在本发明的其它实施方式中，快速充电器可用于将功率供应给充电连接件。快速充电器可通过传统电源或替代的电源提供功率。在本发明的一些实施方式中，快速充电器可通过氢、来自电网的传统电能、或任何其它类型的电源来提供功率。快速充电器可被构造成为车辆提供电压和电流。

电源可包括能量缓冲器装置。能量缓冲器可以是电容器或蓄电池。电容器可以是大型的超级电容器。蓄电池可包括蓄电池组。使用这种系统允许能量缓冲器装置以低能量消耗错峰充电，然后供应充电站的一些或全部日间能量需要。该能量缓冲器装置还可允许使用低功率基础设施和/或充电电源。能量缓冲器装置可允许能量缓冲器长时间的缓慢充电，然后通过充电连接件进行快速能量传输。

能量缓冲器装置可用作公用级别应急电源或公用电网上的载荷平衡。因为能量缓冲器装置可被结合到大型建筑物中作为应急电源或者结合入公用电网作为功率平衡，所以该系统可具有交叉的功能并且可以是用于消费者的服务事业的联合工程。

充电站可以位于沿着车辆路径的中心处或任何位置处。在本发明的其它实施方式中，充电站位于用于为轻轨车辆、列车或电动客车提供功率的高架线或电气轨道附近。

图4示出了根据本发明一种实施方式的充电站的例子。充电站可包括带有充电座51的结构件50。充电座可包括充电连接件52。充电连接件可悬垂在充电座下方。充电连接件可从充电座向下延伸和/或远离充电座延伸。

在一些实施方式中，充电连接件52可借助联接器55连接到充电座51。联接器可以是固定的或可调节的。例如，该联接器可以是可调节的，使得充电连接件可相对于充电座竖直运动。例如，联接器可以是带有顺应性(flexible或柔性)构件的竖直柱，该顺应性构件例如是弹簧、弹性部件、气动装置、磁体、配重或齿轮。顺应性构件可使得充电连接件具有缺省高度，在有力施加到电连接件上时该缺省高度是可调节的。例如，如果车辆正在充电连接件下方经过时遇到凸起，充电连接件可调整适应该凸起并保持与车辆的电连接。类似地，当具有略微不同高度的车辆在充电连接件下方经过时，它们可通过顺应性联接器来调整适应。这在车辆高度由于诸如胎压或载荷重量等因素变化的情形中是很有利的。

在一些替代实施方式中，联接器可允许充电连接件高度的主动调节，这可允许充电站被调整适应广泛高度范围的车辆。例如，传感器可以与联接器相连通，以便通知联接器正到来的车辆的高度。

充电连接件可包括一个或多个接触组件53a、53b。在一些实施方式中，接触组件可包括一对引导带。接触组件可包括可与充电位点电接触的一个或多个导电表面，诸如导电垫。在一些实施方式中，接触组件可包括可与充电位点电接触的两个导电垫。充电结构件和充电座可具有能够使得接触组件与车辆的充电位点接触的任何结构或形式。例如，充电座可形成从充电结构件延伸的水平柱或悬臂。

在一些实施方式中，充电结构件50可包括竖直柱。替代地，充电结构件可具有可以将充电座和/或充电连接件支承在期望高度的任何其它形状或构造。充电结构件甚至可以是墙壁或事先存在的结构(诸如公共汽车站候车厅)的一部分。在一些实施方式中，充电结构件的长度可以是可调节的，这可使得充电连接件的位置是可调节的。充电结构件可被动地调节，诸如在车辆经过充电连接件下方时被动地调节，并且使得充电结构件调整适应车辆的高度。充电结构件也可主动地调节，诸如在车辆靠近充电站时发出指示车辆类型或高度的信号，使得充电站调节其高度以调整适应正到来的车辆。

在一些例子中，充电座和充电结构件可保持来自接触组件的每一个的电连接件被隔离。例如，来自两个接触组件的电连接件可以在单个集成结构(例如单个集电杆)内被隔离，或者所述结构件可包括可容纳用于每个接触组件的电连接件的两个部件(例如两个集电杆)。在一些执行方式中，充电座和充电结构件可保持将来自接触组件内的导电垫的每一个的电连接件被隔离。

充电站还可包括支架56。支架可为充电结构件(诸如柱)和充电座/充电连接件提供结构支撑。在一些实施方式中，支架可位于充电站的支承结构的基座处，或形成该基座。

充电站还可包括电源54。如前所述，充电站可通过传统电源或替代电源来提供功率。

图5示出了充电连接件的视图。充电连接件可形成为充电架、充电框架、或充电悬架。充电连接件可包括接触组件60a、60b。每个接触组件可包括可辅助形成接触组件和车辆上的充电位点之间的电接触的一个或多个引导特征件61a、61b、61c和61d，诸如引导带或引导条。

接触组件可以期望距离间隔开。例如，两个或更多个接触组件可以任何期望距离间隔开。例如，接触组件可以大约5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、60cm、70cm、80cm、或更大、或更小距离间隔开。优选地，接触组件可以与正靠近的车辆上的充电位点之间的距离基本上相同或非常接近的距离间隔开。

充电连接件还可包括可保持接触组件以预定距离隔开的结构件或特征件。例如，可设置间隔杆62来保持接触组件60a、60b以预定距离隔开。预定距离可对应于车辆顶板上的充电位点之间的距离。预定距离可以是固定的，使得接触组件保持以相同的距离间隔开。替代地，预定距离可以是弹性的。例如，可在间隔杆62内设置弹簧或弹性特征件，使得间隔杆在静止状态以预定距离隔开，但是在沿着间隔杆的长度施加力时，间隔杆的长度可以略微压缩或扩张。这种特征可使得带有以略微不同距离间隔开的充电位点的车辆靠近引导特征件，并且然后使得间隔杆调节其长度，以适应滑动通过接触组件60a、60b的充电位点。

在另一个例子中，间隔杆可包括可使得间隔杆的长度根据需要调节的特征件。例如，不同车辆可具有以不同距离间隔开的充电位点。车辆可向充电站提供关于充电位点之间距离的信号，使得充电站能够调节间隔杆的长度，以适应充电位点距离。可使用用于间隔杆的液压、机械或机电长度调整系统或者传感器。这在使得车辆的不同制造构造或模型可以与以不同距离间隔开的充电位点通电的情形中很有用。就间隔杆进行的此处的任何讨论内容还可以应用于可为接触组件提供其间的固定的或可变的/可控的距离的任何其它结构或部件。

充电连接件还可包括定位杆64。在一些实施方式中，定位杆可以是水平杆，其可连接到联接器66，联接器66连接到充电座。替代地，定位杆可直接连接到充电座。在一些实施方式中，定位杆可以是充电连接件的刚性构件。充电连接件还可包括从定位杆延伸的一个或多个臂65a、65b。这些臂可连接到接触组件和/或间隔杆。在一些例子中，臂可从定位杆向下延伸和/或远离定位杆水平延伸。在一些例子中，臂可远离定位杆并且向下延伸。优选的是，臂可以是刚性构件。臂可通过顺应性连接件或刚性连接件连接到定位杆。类似地，臂可通过刚性连接件或顺应性连接件连接到接触组件和/或间隔杆。定位杆、间隔杆和一个或多个臂可形成为用于充电连接件的架或框架。带有刚性构件和一个或多个顺应性连接件的充电连接件可形成半刚性结构。半刚性充电连接件可有利地提供结构和刚度，该结构和刚度足以对接触组件进行定向来接收车辆的充电位点，同时半刚性充电连接件可有利地提供顺应性，该顺应性足以适应充电位点布置或车辆行驶方向中的变动。

充电连接件还可包括可从导电垫设置的电线63a、63b、63c、63d或其它电连接件。例如，每个接触组件之间的电连接件可以被隔离。在一些例子中，每个导电垫之间的电连接件可被隔离。

在本发明的优选实施方式中，接触组件可处于基本相同的高度。这可适应车辆的充电位点处于基本相同高度的车辆。在一些替代实施方式中，可布置接触组件，使得它们处于不同高度(例如，60a可比60b悬垂得低一些)，这可适应充电位点处于不同高度(例如，一个接触板可从车辆客厢延伸得比另一个接触板高)的车辆。

图6A示出了集电器托架的视图，集电器托架也可被称为接触组件，反之亦然。集电器托架可包括引导特征件，诸如引导带70a、70b。引导特征件可被成形，使得其可捕获充电位点，并且引导充电位点到一个或多个接触垫71a、71b。一对引导特征件可形成为“V”型形状以捕获充电位点，或可具有任何其它形状(诸如“U”型形状)，或可具有将充电位点漏斗式导引或引导到较小开口的较大开口的任何形状。引导特征件可以从间隔一定距离开始，然后它们可以朝着彼此在引导特征件的导电表面处汇聚。该漏斗式形态可使得引导特征件在从车辆捕获充电位点时具有一定的公差。充电位点可在漏斗式部件的宽端部处被捕获，并且朝着可能更靠到一起的导电表面被引导。

引导特征件可包括导电表面，在一些实施方式中可以是接触垫。接触垫71a、71b可以是金属的或非金属的导电垫，并且可以是或不是可更换的。优选的方法是具有可更换的垫，在传导部分被损坏或用旧时可被更换。在一个例子中，接触垫可以是导电碳垫。只要充电位点在接触垫之间滑动时，碳垫的一部分可被刮擦掉。在这样的例子中，碳垫是可更换的。在其它实施方式中可使用任何其它导电材料(诸如金属、或金属合金)。优选的是，接触垫可由可使得充电位点容易地滑动通过的光滑材料形成。

在一些实施方式中，可为每个集电器托架设置两个或更多个接触垫。在其它实施方式中，可为每个集电器托架仅设置一个接触垫。不同集电器托架可以具有或可不具有相同数量的接触垫。充电位点可在集电器托架的导电表面之间滑动，使得充电位点夹持在导电表面(诸如接触垫)之间。优选的是，当充电位点处于导电表面之间时，充电位点正接触着这两个接触垫。

在一些实施方式中，接触垫可提供导电表面区域。在一些实施方式中，导电表面区域可以是1cm²、2cm²、4cm²、6cm²、8cm²、10cm²、12cm²、15cm²、20cm²、25cm²、35cm²、50cm²或更大。

接触垫可具有任何形状，诸如矩形、方形、圆形、卵形、三角形、梯形、六边形等。接触垫还可具有任何尺寸。例如，接触垫可以是0.5cm长、1cm长、2cm长、4cm长、6cm长、8cm长、10cm长、12cm长、15cm长、20cm长、25cm长、30cm长、35cm长、40cm长、50cm长、或更长。类似地，接触垫可以是0.5cm宽、1cm宽、2cm宽、4cm宽、6cm宽、8cm宽、10cm宽、12cm宽、15cm宽、20cm宽、25cm宽、30cm宽、35cm宽、40cm宽、50cm宽、或更宽。在一些实施方式中，接触垫的长度可比宽度大。

在一些实施方式中，接触垫可具有足够的宽度，该宽度足以提供在车辆充电位点的高度上的裕量。例如，在接触垫具有很大的宽度时，甚至即使车辆略微短于或高于平均水平，接触垫可仍然接触车辆的充电位点。充电位点可最终朝着接触垫的顶部或朝着接触垫的底部与接触垫接触。因此，使得接触垫具有很大的表面区域在适应不同车辆高度或车辆高度可能由于地形的不同特征(诸如路面中的凸起)而导致的不规则性方面是有利的。

在一些实施方式中，充电站可包括水平辊子或类似特征件，其可初始地与在车顶板安装的充电位点(例如铜杆)接触，以便调节高度。水平辊子或任何其它引导机构可用于与车辆的顶板接触，并且提供可使得充电站的接触垫获得所需高度的参考或引导。例如，在安装在车辆上的充电位点是在车辆顶板上方大约数英寸时，诸如辊子的高度引导件可设置在接触垫下方几英寸处，使得在辊子接触车辆顶板时，接触垫的高度可被调节成处于期望充电高度。水平辊子可接触车辆顶板，并且滚过车辆顶板，这可使得车辆从其下经过而不会对车辆造成任何损坏。可使用本领域已知的其它相当的机构，诸如可具有扫过车辆顶板的柔软滑动表面的引导件。

在一些实施方式中，接触垫的整个导电表面区域可接触充电位点，诸如车辆上的接触板的侧面。在优选实施方式中，在充电站的集电器托架和车辆的充电位点之间的界面处接触的表面区域可提供增强的导电性以及在充电站和车辆之间的增大的电流，这可使得装置的蓄电池快速充电。

根据本发明的实施方式，在车辆上的接触板与接触垫接触或进入集电器托架内时，车辆可接收信号。该信号可开始控制客车并导致其停止。如果在进行电接触时客车将停止，则客车上的接触板不必非常长。这可有利地减少暴露于电“热”区域。

因此，可有利地提供一对集电器托架和一对充电位点，使得每个集电器托架具有在充电位点两侧上的导电表面，从而增加了充电位点和集电器托架之间的表面区域连接部分。

引导特征件还可包括引导垫72a、72b、72c和72d。引导垫可由可使得充电位点滑动通过的光滑材料形成。在一些实施方式中，聚合物或塑料可用于引导垫。例如，引导垫可由尼龙形成。在一些例子中，引导垫可包括涂层或包覆以光滑材料。

在一些实施方式中，引导垫可非常长，或者接触垫可具有在前后方向上延伸的罩。该罩的长度可足以确保车辆顶板上的充电杆在充电过程中被罩住。这可防止大的鸟类或类似物在两个充电杆之间形成接触。

接触垫71a、71b可电连接到电源。在一些例子中，接触垫可通过电线73a、73b电连接。

在一些实施方式中，充电站可包括一对或更多集电器托架。在一些例子中，在集电器托架与车辆的充电位点接触时，至少一个集电器托架可用于提供与正极的电连接，同时至少一个其它的集电器托架可用于提供与负极的电连接。如果在集电器托架中存在多于一个接触垫，接触垫可用于接触相同类型的电极。例如，可设置两个集电器托架，每个集电器托架均包括两个接触垫。在一个接触组件中的两个接触垫可接触正极，而在另一个接触组件中的两个接触垫可接触负极。在一些执行方式中，在同一个接触组件中的不同接触垫可接触不同电极。例如，可设置一个集电器托架，并且一个接触垫接触负极，而另一个接触垫接触正极。

集电器托架还可包括壳体74。在一些例子中，壳体可为集电器托架提供支承或结构。在一些实施方式中，可设置可以向一个或多个引导特征件70a施加力的压力组件75。在一些例子中，压力组件可向一个引导特征件施加力，而另一个引导特征件被固定。在另一个例子中，可设置两个压力组件，由此每个压力组件在一个引导特征件上施加力。施加在引导特征件上的力可朝着另一个引导特征件。例如，在设置并列布置的一对引导特征件时，一个特征件(例如70a)可具有指向另一个特征件(例如70b)的侧向力，使得引导特征件具有挤压力。这样，每个引导特征件的接触垫在充电位点经过时被压向充电位点，这可确保形成电连接。此外，如前所述，通过使用用于接触垫的大表面区域，可在接触垫和充电位点之间提供大表面区域的电界面。通过向连接部分施加足够大的压力，可确保大表面区域接触，这可确保接合部处的低阻抗。

压力组件可包括本领域已知的可以在接触垫之间提供侧向力且该侧向力足以确保与充电位点的连接的任何机构(例如，接触垫可以夹紧到一起以接收充电位点)。在一些例子中，诸如弹簧或弹性体的特征件可用于压力组件中。例如，如图6A所示，压力组件可使用连接到连杆的多个弹簧和可使接触垫71a保持基本上平行于另一接触垫71b而不会与之直接接触的杆。

图6B示出了接触组件80的另一视图，该接触组件80可包括：引导特征件81a、81b，接触垫82a、82b，引导垫83a、83b、83c、83d，可向一个引导特征件81a施加弹性力的压力组件84，和可将另一个引导特征件81b固定就位的固定组件85。接触组件80还可连接到间隔杆86、和/或可将接触组件80连接到充电座88的任何其它结构87，诸如臂。

图6C示出了根据本发明一种实施方式的压力组件的放大图。压力组件可包括可连接到杆91的多个弹簧90a、90b，其中杆91连接到引导特征件92a。还可设置连杆93a、93b，其可连接到杆91和/或引导特征件92a。压力组件可保持引导特征件92基本上平行于另一个引导特征件92b。此外，压力组件或其它特征件或部件可防止导电垫彼此接触。

在充电器连接的一些实施方式中，具有在车辆进入和/或离开充电臂组件时清洁车辆顶板的顶部杆的清洁刷或机构。这可有利地提供改进的电连接。

图7A示出了根据本发明实施方式的充电架的一部分。接触组件120可位于将接触组件连接到充电座122的连接结构件上，诸如臂121a和横杆121b。接触组件还可连接到间隔杆125。接触组件可连接到间隔杆和/或臂。

接触组件可包括固定组件126，其可使引导特征件124b保持就位。在一些实施方式中，接触组件可包括至少一个压力组件127，和至少一个固定组件。替代地，接触组件可包括多个压力组件。在一些例子中，接触组件可包括多个固定组件，但是优选的是，接触组件包括至少一个压力组件。

充电架可包括顺应性连接件123。顺应性连接件可位于臂和横杆之间。顺应性连接件123可为连接结构臂121b提供顺应性，使得臂121b上的接触组件120可相对于充电座122运动，以适应车辆上的一个或多个充电位点的布置。例如，车辆可被驱动到充电站并被放置成使得一个或多个充电位点略微与一个或多个接触组件偏离。接触组件的引导特征件124a、124b可捕获车辆的充电位点，并且顺应性连接件123可使得接触组件移位以遵循车辆的路径。顺应性连接件123可允许接触组件120相对于车辆行进方向基本上垂直地移位。接触组件可侧向或水平地移位。因此，在车辆被驱动到充电站下方时，顺应性连接件可提供连接结构内的顺应性，其可使得一个或多个接触组件相对于车辆侧向运动，以捕获并接触车辆的一个或多个充电位点。

图7B示出了连接结构件的顺应性连接件的例子。顺应性连接件可具有可为连接结构件提供顺应性的任何设计，包括弹簧、弹性体、铰链、连杆、枢转接头、气动装置、配重、齿轮、液压装置、或用于顺应性连接件的任何其它结构。例如，可设置可使得连接结构件的一部分侧向运动的弹簧130a、130b。连接结构件的杆131可相对于连接结构件132的固定部分向侧面滑动。连接结构件的所述部分可侧向运动，这可使得一个或多个接触组件侧向运动，以捕获车辆的充电位点。顺应性结构件可使得接触组件返回到中央位置，并且可利用弹簧、液压装置或重力使得连接组件在使用后回到中心位置。

在一些实施方式中，可构造顺应性连接件，使得连接结构件的杆可来回摇摆，这可使得接触组件来回摇摆。例如，如果设置枢转接头或铰链，则杆可来回摇摆。诸如弹簧、弹性体、液压装置、或重力等的特征可用于使得杆摆动回到其静止时的初始位置。在其它实施方式中，可设置可使得杆131绕着连接结构件132可转动地摆动的顺应性连接件。例如，杆可绕着连接结构件略微枢转，这可使得位于杆端部处的接触组件相对于连接结构件竖直运动。在一些实施方式中，在杆和连接结构件之间可具有一定弹性，其可导致接触组件的受限的竖直运动。

车辆

车辆可包括定位在车辆的顶部表面上的两个接触板。车辆可包括附接到车辆的顶板的两个杆。在本发明的一些实施方式中，两个杆是导电的并用作在车辆和充电站之间建立连接的接触板。两个杆可以是铜杆或任何其它类型的导电材料。其它类型的导电材料可包括但不限于铜、铝、银、金、或其合金或组合，或者可以被镀以/包覆以导电材料。在一些例子中，杆可以由相同的材料形成，而在其它例子中，对于不同杆可使用不同的材料。杆可以由耐蚀性材料形成。此外，杆可以由光滑或高度润滑的材料形成。在本发明的一些实施方式中，杆类似于SUV上的行李架。两个杆或接触板可在与车辆运动方向平行的方向上延伸。如图1、图2和图3所示，两个杆10、12可在沿着杆的长度的任何位置处与充电连接件建立接触。杆的方位可减小在为车辆充电之前使得车辆在前或后方向上对准的需要。

车辆上可以携载机械和/或电保护装置，以在非接触情况下隔离导电路径。这种装置可被构造成仅在接收到电子讯息(无线、接近开关触点、和/或手动触发器)之后或通过直接机械启动允许能量流动。

杆还可安装在车辆顶板轮廓上方预定间隙高度处，以确保任何积水和/或其它暂时或永久导电物质保持在相对于压差适当的绝缘间隙高度。

车辆可在仪表板上具有用于通知车辆驾驶员关于车辆充电状态的计量表或屏幕。车辆可包括用于指示充电进程的显示器。

车辆可包括充电监视装置，其可将充电状态和车辆快速充电能力与其它地区充电站相通信，以使能量可利用性特征化。该监视系统可用于预测性建模，以估计在路径中的一个或多个充电站处的可利用的能量。路径可以是固定的，使用GPS导航装置控制或自发控制。监视系统可用于确定在充电站处的可利用时间段内车辆可收集多少能量。车辆可包括用于根据充电状态、能量可利用性以及从将要到达的充电站传输的充电量所获得的预测的能量可利用性来预测范围的系统。在本发明的一些实施方式中，落后于预定计划行驶的车辆可根据到达下一能量站所需的能量和/或在下一能量站可利用的能量的预测略过一充电站或限制在充电站花费的时间。在本发明的其它实施方式中，路径可根据在一个或多个充电站处可利用的能量来调整。

在本发明的一些实施方式中，车辆包括快速充电能量存储装置。快速充电能量存储装置可以是钛酸锂蓄电池或本领域技术人员已知的任何其它类型的蓄电池。车辆可以是包括快速充电能量存储装置的电动客车或电混合动力客车。

图8示出了带有至少一个接触杆141的车辆140的例子。车辆可经过充电站下方，该充电站可包括充电座142。接触杆可经过接触组件143。接触组件可包括可引导接触组件接收接触杆的引导特征件144。充电站还可包括连接结构件145，该连接结构件145可以是顺应性的，以使得接触组件能够侧向运动，以允许接触组件接收接触杆141。

在一些实施方式中，车辆的一个或多个接触杆可以是带有圆化的顶部的竖直板。在一些实施方式中，这可有利地允许在结冰状态下进行充电。在一些实施方式中，接触杆可被成形为使得其具有与车辆接触的两个或更多个接触位点。例如，如图8所示，接触杆141可能具有朝着接触杆的前端和后端与车辆顶板接触的接触位点。在其它实施方式中，接触杆可具有与车辆顶板的一个接触位点。例如，接触杆的整个长度可以与车辆顶板接触。可在接触杆和车辆之间设置任意数量的接触位点。

接触杆可具有可使其附接到车辆的任何尺寸。例如，在一些实施方式中，接触杆可以是大约1cm、5cm、10cm、20cm、30cm、50cm、80cm、100cm、120cm、或140cm长、或更长。接触杆可以是大约0.5cm高、1cm高、2cm高、3cm高、4cm高、5cm高、7cm高、10cm高、或15cm高、或更高。在一些实施方式中，接触杆的高度足以使得在接触杆和充电站的接触组件之间进行接触的过程中具有一定顺应性。例如，接触杆的高度足以使得接触组件的接触表面甚至在高度诸如由于路面中的凸起或不同车辆高度而存在一些变化时仍然能够接触接触杆。

接触杆还可具有任何厚度。例如，接触杆可为大约0.2cm厚、0.5cm厚、0.7cm厚、1cm厚、1.5cm厚、2cm厚、3cm厚、4cm厚、6cm厚、或更厚。接触杆的厚度可足以使得在其经过接触组件之间时，接触杆的两侧可以与接触组件的引导带接触，优选沿着引导带的导电表面。接触杆的厚度还足以使得在接触杆经过引导带之间时，足够大的压力施加在接触杆上，以确保强的电连接和低的阻抗。压力的大小还足以确保整个导电表面区域与接触杆接触，而不是仅与部分表面接触。优选的是，接触杆的厚度比在处于静止时接触组件的导电表面之间的空隙略大。这可确保接触组件的引导带可充分夹持、挤压、夹钳、或保持接触杆，以提供稳固的电连接，同时仍然允许接触杆在引导带之间滑动。

两个或更多个接触杆还可以在车辆的顶板上间隔开。接触杆可以任何期望距离间隔开。例如，接触杆可以大约5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、60cm、70cm、80cm、或更大、或更小距离间隔开。优选的是，接触杆基本上彼此平行。

方法

公交客车可在重复路径系统中运行，其中在该重复路径系统中客车至少每小时重复其路径。这样，随着时间过去，公交客车可以小时为基准经过公共位点，并且在该位点等候重复路径的指示。在很多情形中，这可能涉及10至20分钟的等候。本发明的方法提供一种公交客车，其可利用等候时间为公交客车充电。公交客车可包括能够在10分钟内完全再次充电的快速充电能量存储装置。在一些例子中，公交客车可在5分钟、3分钟、2分钟、或1分钟内完全或基本上(例如超过75％)充电。快速充电能量存储装置可以是钛酸锂蓄电池或多种其它化学电池中的一种。

在本发明的一些实施方式中，能量存储装置可仅仅部分充电。为能量存储装置部分充电可通过减小在单次充电过程中传递到能量存储装置的充电量来增加能量存储装置的寿命。例如，此处描述的根据本发明设计的电动公共客车可以每小时行进平均11至13英里并且消耗为大约每英里1.5-3.0kWh。在电动公共客车包括具有大约56kWh能力的能量存储装置时，根据驾驶应用，电动公共客车可容纳足以推动该电动公共客车大约两至四小时而不充电的能量。这可允许电动公共客车以每小时充电能量存储装置的能力的大约25％来无限期地运行。该充电过程可相对于给能量存储装置从完全耗尽状态充电的充电过程增加能量存储装置的寿命。

在本发明的一些实施方式中，可通过将车辆定位于充电站下方来为车辆充电。充电站可包括充电连接件，该充电连接件通过调节其位置来接合。车辆中的控制装置可用于将指令传递给充电站和/或充电连接件，以在充电连接件和车辆之间建立电连接。

在本发明的一些实施方式中，充电连接件可包括一对接触组件，且接触组件之间具有对应于车辆顶板上的充电位点之间的距离的已知距离。这些充电位点可使用一系统来使它们返回到中央位置，该系统可使用弹簧、液压装置或重力来在使用之后将连接组件重新返回中心位置。

在一个例子中，接触组件可包括带有引导件的导电垫，以确保组件相对于车辆行进方向侧向或竖向地运动。为减小复杂程度，在用于组件的支承结构可相对大于所传递电压的电压绝缘时，可为整个组件赋能。接触垫可以是金属或非金属的导电垫，并且可以是或不是可更换的。优选的方法可具有可更换的垫，在导电部分损坏或用旧时进行更换。通过使用弹簧接触以及相对于传递的电流的量而言大的表面区域，组件可确保接合部处的低阻抗。在一些实施方式中，可通过利用激光或类似检测装置对准的电子引导装置来调整进入充电夹紧装置的引导。

车辆和/或能量存储控制系统可监测车辆路径时刻表的性能。如果可用于再充电时间的过多，控制系统可选择减小充电器功率和/或电流，以与路径中的可用中断时间匹配。这样，由于调整充电性能可增加效率和系统寿命。

在一些替代实施方式中，充电站还可用作放电器。例如，在车辆(例如在车载蓄电池中或能量存储单元中)具有大量存储能量时，可能需要为车辆放些电，并将该能量传输到充电站的能量存储单元，或提供给公共设施。充电站可以操作来为车辆充电和放电。

所述系统和方法可利用或结合本领域中已知的或之前使用过的任何方法、技术、特征或部件。参见例如美国专利No.Re 29994；美国专利No.3955657；欧洲专利申请No.EP 2 014 505 A1；欧洲专利申请No.EP 1 997 668 A1；PCT公布文献No.WO 2008/107767 A2；美国专利公布文献No.2008/0277173；PCT公布文献No.WO2009/014543，这些文献通过引用全文结合入本文。

由上述应当理解，尽管已经示出和描述了特定执行方式，但是可对其进行各种变型，并且此处可预想到所述各种变型。还应当注意的是，本发明不受说明书中提供的具体例子的限制。尽管已经参照前述说明书描述了本发明，但是此处的优选实施方式的描述和示出并不意味着限制性解释。此外，应当理解的是，本发明的所有方面并不限于此处给出的具体描绘、构造或相对比例，其取决于多种状况和变量。本领域技术人员可了解本发明的实施方式的形式和细节的各种变型。因此可以想到，本发明还应当覆盖任何这种变型、改变和等同物。

Claims (27)

1.一种充电站，所述充电站包括：

充电架，所述充电架包括一对集电器托架，每个集电器托架形成有间隔开的引导带，所述引导带具有用于与电极接触的导电表面，所述充电架机械地连接到充电座并且离开所述充电座向下延伸，

其中所述引导带提供所述一对集电器托架的位置和方向；

柱，所述柱机械地连接到所述充电座；以及

支架，所述支架机械地连接到所述柱并且支承所述柱和充电座。

2.如权利要求1所述的充电站，其中，所述集电器托架的引导带形成至少一对汇聚表面。

3.如权利要求2所述的充电站，其中，每个集电器托架包括用于向所述集电器托架的引导带提供力的施力部件，其中所述力朝着所述集电器托架的另一引导带。

4.如权利要求3所述的充电站，其中，所述施力部件包括以下的至少一种：弹簧、弹性部件、气动装置、磁体、配重、或齿轮。

5.如权利要求1所述的充电站，其中，第一集电器托架的导电表面被构造成与正极接触，并且第二集电器托架的导电表面被构造成与负极接触。

6.如权利要求1所述的充电站，其中，所述导电表面具有8cm²或更大的表面区域。

7.如权利要求1所述的充电站，还包括使得两个或更多个集电器托架间隔开的间隔杆。

8.如权利要求7所述的充电站，其中，所述充电架借助联接器连接到充电座。

9.如权利要求8所述的充电站，其中，所述充电架包括连接到所述联接器的定位杆、和连接到所述定位杆并且连接到集电器托架或所述间隔杆的至少一个臂。

10.如权利要求1所述的充电站，还包括选自包括能量存储装置、功率转换器和通信装置的组的部件。

11.一种车辆，所述车辆包括：

蓄电池；以及

具有用于电接触的表面区域并且定位在所述车辆的顶部表面上的一对接触板，

其中所述一对接触板电连接到所述蓄电池，

其中两个或更多个接触板相对地平行于所述车辆的运动方向地定位并且沿着所述车辆的所述顶部表面间隔开，并且

其中一个接触板是正极，并且另一个接触板是负极，从而电连接到电源来为所述蓄电池充电。

12.如权利要求11所述的车辆，其中，所述接触板由具有圆化的顶部的竖直板形成。

13.如权利要求11所述的车辆，其中，两个或更多个接触板在所述接触板的两侧上形成有导电材料。

14.如权利要求11所述的车辆，其中，所述车辆包括通信装置。

15.一种充电站，所述充电站包括：

带有刚性结构部件的充电悬架，所述充电悬架安装到充电座并且离开所述充电座向下延伸，

其中所述充电悬架包括安装到横杆的一对集电器托架，并且

其中所述集电器托架通过顺应性连接件安装到所述横杆，使得所述集电器托架能够相对于所述横杆运动；并且

机械地连接到所述充电座并且支承所述充电座和充电悬架的竖直支承结构件。

16.如权利要求15所述的充电站，其中，所述集电器托架相对于所述横杆水平运动。

17.如权利要求15所述的充电站，其中，所述充电悬架还包括连接到所述集电器托架的一对臂，其中所述臂和所述横杆由刚性材料形成。

18.如权利要求15所述的充电站，其中，所述充电悬架借助联接器安装到充电座。

19.如权利要求18所述的充电站，其中，所述联接器是顺应性的并能够使得所述充电悬架相对于所述充电座竖直运动。

20.如权利要求15所述的系统，其中，所述顺应性连接件包括以下的至少一种：弹簧、弹性部件、气动装置、磁体、配重、或齿轮。

21.如权利要求15所述的系统，其中，每个所述集电器托架形成有间隔开的引导带，所述引导带具有用于与电极接触的导电表面。

22.如权利要求21所述的系统，其中，所述引导带被构造成在所述引导带之间提供挤压力，使得第一集电器托架的引导带用于向正极提供挤压力，并且第二集电器托架的引导带向负极提供挤压力。

23.一种用于为车辆充电的方法，包括：

将包括两个或更多个接触板的车辆运动到充电座下方的位置处，

其中所述充电座连接到两个或更多个集电器托架，每个集电器托架具有一对引导带；以及

在第一集电器托架和第一接触板之间、以及在第二集电器托架和第二接触板之间建立电连接。

24.如权利要求23所述的方法，其中，建立电连接包括使引导带的导电表面区域与安装在所述车辆顶部表面上的接触板的导电表面接触。

25.如权利要求24所述的方法，其中，所述接触板被挤压在至少两个引导带之间，使得第一引导带的导电表面区域与所述接触板的第一侧接触，并且第二引导带的导电表面区域与所述接触板的第二侧接触。

26.如权利要求23所述的方法，还包括监测所述车辆的充电状态。

27.如权利要求26所述的方法，还包括将所述车辆的充电状态与中央站、充电站或另一车辆进行通信。

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