技术领域
[0001] 本
申请涉及一种用于为
电动车辆充电的装置和方法。
背景技术
[0002] 本节中的陈述仅提供涉及本申请的背景信息，并不构成
现有技术。
[0003] 正在开发电动车辆作为通过石油基
燃料(例如
汽油)提供动
力的车辆的替代品。电动车辆可以消除或减少在燃烧过程中原本会排出的排放污染物，并使得车辆噪声减小。
[0004] 电动车辆通常通过
电池提供动力，其涉及对所述电池的周期性再充电以便继续运行。通常，电动车辆在车辆停放的地方充电，或者从车主家中的
墙壁插座充电，或者在道路上的预定
位置的专用充电站充电，例如在服务站。
[0005] 随着电动车辆变得越来越多，对充
电解决方案的需求也在增加。在一些社区中，充电装置直接嵌入道路中以使得经过装置的车辆即使在运行时也会充电。然而，完全耗尽电量的车辆不能移动，并且没有充电站时可能会被实质上废弃。
发明内容
[0006] 通过本文提供的说明，其它应用领域将变得明显。应当理解，本
说明书和具体实施方案仅是旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本申请的保护范围。
[0007] 本申请提供一种无线的车辆对车辆的充电设备与方法。
[0008] 本申请涉及一种用于车辆的
车轮。所述车轮可以包括：车轮中心；圆柱筒，其围绕所述车轮中心径向地布置，所述圆柱筒限定了内表面和外表面。所述车轮可以包括多个
轮辐，其从所述车轮中心向所述圆柱筒径向地延伸。所述车轮可以包括导电元件，其从第一端向第二端延伸，所述导电元件围绕所述圆柱筒的外表面缠绕以限定线圈以及布置在所述车轮中心上的所述第一端和所述第二端。所述车轮可以包括
铁氧体层，所述铁氧体层布置在所述圆柱筒的内表面的至少一部分上方。所述多个轮辐的至少一个可以包括铁氧体层。所述线圈可以布置在填充材料的层内，所述填充材料的围绕所述圆柱筒的外表面布置。
[0009] 本申请描述了一种用于车辆的充电系统。所述充电系统可以包括车轮。所述车轮可以包括车轮中心以及围绕所述车轮中心径向布置的圆柱筒。所述圆柱筒可以限定内表面和外表面。所述车轮可以包括多个轮辐，所述多个轮辐从所述车轮中心向所述圆柱筒径向地延伸。所述车轮可以包括导电元件，所述导电元件从第一端向第二端延伸，所述导电元件围绕所述圆柱筒的外表面缠绕以限定线圈以及布置在所述车轮中心上的所述第一端和所述第二端。所述车轮可以包括铁氧体层，所述铁氧体层布置在所述圆柱筒的内表面的至少一部分上。所述充电系统可以包括与所述线圈电连接的无线充电模
块，所述无线充电模块包括
谐振电路以及整流逆变器，以及与所述无线充电模块电连接的电池。
[0010] 本申请进一步提供一种为电动车辆充电的方法。所述方法可以包括将施主车辆
定位于电动车辆附近以传递电力，所述电动车辆包括布置在其车轮上的第一感应线圈。所述施主车辆可以包括布置在其车轮上的第二感应线圈。所述施主车辆可以定位成使得所述第二感应线圈布置成距离第一感应线圈一定距离处，以有效地传递
电能。所述方法可以包括分析电动车辆的电池状态的步骤。所述方法可以包括将电能从所述施主车辆传递到第一感应线圈。
附图说明
[0011] 为了可以很好地理解本申请，现在参考所附附图，以给出的示例的方式来描述其各种形式，在这些附图中：
[0012] 图1为示出根据本申请的原理的充电结构中的两个车辆的示意图；
[0013] 图2为根据本申请的原理构造的车轮的剖面立体图；
[0014] 图3为沿线3截取的图2的车轮的一部分的截面图；
[0015] 图4A为示出了更多细节的根据本申请的原理构造的车轮的截面图；
[0016] 图4B为根据本申请的原理构造的车轮的一部分的内侧的示意图；
[0017] 图5A为用于本申请的系统与车轮中的适配器的视图；
[0018] 图5B为示出图5A的适配器布置在车轮中心上的情况的示意图；
[0019] 图6为示出根据本申请的原理的无线充电系统的组件的电路示意图；
[0020] 图7示出根据本申请的原理构造的车轮位于充电垫上的视图；
[0021] 图8A为根据本申请的原理的车轮的另一方面的局部截面图；
[0022] 图8B为图8A中所示的设备的连接情况的示意图；
[0023] 图9A为根据本申请的原理的车轮的另一方面的局部侧视图；
[0024] 图9B为图9A中所示的设备的连接情况的示意图；
[0025] 图10为用于如本文所公开的充电系统的轮胎的局部截面图；以及
[0026] 图11为用于描述用于车辆对车辆的无线充电的充电过程的
流程图。
[0027] 本文描述的附图仅用于说明的目的，而并不旨在以任何方式限制本申请的范围。
具体实施方式
[0028] 下面的说明在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本申请、应用或用途。应当理解，贯穿多幅附图，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
[0029] 本申请不限于下面公开的内容，并且将理解成彼此不同的不同形式。所提供的示例仅仅使本申请完整并且为本领域技术人员提供了充分的告知范围。在多幅附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
[0030] 图1示出了在车辆对车辆的无线充电布置中的第一车辆11a和第二车辆11b。车辆11a/11b的每一辆分别具有车轮10a/10b，所述车轮装备有根据以下描述构造的无线充电设备。在图1的图示中，具有所述无线充电设备的车轮是驾驶员侧前车轮，根据本申请的原理的车辆也可以在任何车轮上或在多于一个车轮上具有这样的充电设备。车辆11a/11b定位成使得车轮10a/10b靠近以使得电荷13可以从施主车辆传递到接受车辆。
[0031] 图2示出了用于充电系统中使用的车轮10。车轮10具有车轮中心16，以及围绕车轮中心16径向地布置的圆柱筒12。筒12具有外表面14和内表面19。多个轮辐18从车轮中心16延伸到筒12，例如延伸到筒12的
轮辋15。车轮组件，例如筒12和轮辐18，可以由基本不导电的
碳纤维材料制成。
[0032] 导电元件22围绕筒12缠绕。导电元件22可以是围绕筒12缠绕成多个绕组24的
导线。在一个方面，导电元件22可以是
利兹线，包括缠绕、交织或编织在一起的多个线股。为了本说明书的目的，导电元件22也可以指线圈，但是可以不盘绕导电元件22的整个长度。线圈可以由金属制成(包括
铜)，或者由适用于产生和传输电荷的任何材料制成。
[0033] 根据本申请的车轮10可包括在其上由铁氧体材料制成的元件。例如，如图3中能够看见，车轮10可以包括位于筒12的内表面19上的铁氧体层30，铁氧体层30增强了线圈22的绕组24之间的耦合。任选地，轮辐18的一些或者全部可以具有在其外部表面上方布置的铁氧体层20。
[0034] 本申请的充电系统具有双向充电能力；即，充电系统能够将电荷传输到车辆或从车辆接收电荷。在这方面，车轮的轮胎不受充电组件的影响或干扰，并且简单地装配在车轮上，就像在传统的车轮上所做的那样。
[0035] 图3为图2的车轮的截面图。线圈或导电元件22的绕组24为了机械
稳定性可以布置在
灌封材料的层32中。灌封材料可以是基本电绝缘的材料，例如
聚合物(例如包括聚
氨酯)。
[0036] 图4A和图4B示出了导电元件22的不是其盘绕部分的部分。位于导电元件22的第一端26和第二端27处的导线可以附接到轮辐18的内表面并且与车轮中心16连通。在这样的布置中，第一端26和第二端27随着车轮中心16的旋转而旋转。
[0037] 图5A示出了用于将无线充电设备的旋转部分与车辆的电池电耦合的旋转/静止的适配器40。滑动环41围绕车轮中心16径向地布置，与导电刷42、静止联接器44、传输导线46
接触。滑动环41是导电元件，并且可以配置为随着车轮中心16的旋转而旋转，而导电刷42可以配置为在其接触旋转的滑动环41的表面时保持基本静止。
[0038] 静止联接器44和传输导线46同样保持基本静止(而不是旋转运动)。如下所述，传输导线46与导电刷42电连接，并且与无线充电模块57电连接。
[0039] 图5B示出了上下文中的适配器40。车轮中心16与
轮毂组件48接合，轮毂组件48又连接到轮轴50。任选地，适配器40可以经由
滚珠轴承52部分地接触车轮中心16，这有助于在车轮中心16旋转时稳定静止联接器44的不具有导电刷42的部分。为了提供使适配器40可以向车轮延伸的平台，可以使用位于车轮中心16附近的额外的静止
支撑件(未示出)。此外，所述导电刷可以固定到车轮中心附近的静止的适配器。
[0040] 图6示出了用于与车轮10和导电元件22结合使用的无线充电模块57的主要组件。无线充电模块57处于可操作状态并且与附接至车轮的充电组件电连接。
谐振电路54位于整流逆变器56的电路的上游，所述整流逆变器56以连接件58与车辆的电池连接。谐振电路54和整流逆变器56可以布置在电动车辆的
车身上或者车身内。谐振电路54在一些方面可以是与导电元件22并联或者
串联的电容。无线充电模块57的组件可以以不同方式布置，如下文将详细地描述。
[0041] 尽管本文描述的无线充电系统能够以车辆对车辆的方式对电动车辆充电，但是这里提及的组件也能够使用传统的感应充电装置以接收电荷。如图7中所示，具有安装在车轮上的轮胎60的车轮(为清楚起见排除了大部分细节，但示出了导电元件22和内部的铁氧体层30)可以位于地面70的嵌入有充电垫72的部分的上方。充电垫72可以例如包括，铁氧体部74和线圈76，并且是传统的充电垫。这里，充电垫72充当发射器，并且盘绕的导电元件22是接收器。在一个示例中，尽管当具有P275/35R19规格的轮胎安装在车轮上，但是充电垫72的线圈76与导电元件22之间的耦合系数为0.16，足够从充电垫72传输
能量并且对电动车辆的电池充电。
[0042] 图8A和图8B示出车辆对车辆充电系统的组件的另一种排布。如图8A中所示，谐振电路154位于车轮中心116的内部，同时整流逆变器156布置在车辆的车身上或者车辆的车身内。因此，谐振电路154随着车轮中心116旋转。图8B示出了谐振电路的位置对于组件的结构的影响；适配器140位于谐振电路154与整流逆变器156之间，所述整流逆变器156以连接件158与车辆电池连接。这样的结构可能会增加车轮的
质量，但是减少了容纳在车身中而不是车轮中的高
电压组件的数量。
[0043] 图9A和图9B示出了车辆对车辆充电系统的另一方面。在这个方面中，静止的次级导电元件或线圈212围绕初级旋转线圈206布置但不与旋转线圈206接触。静止导线208和210是第二导电元件212的非盘绕的延伸，静止导线208和210延伸至无线充电模块257并且与无线充电模块257电连接。这样的布置使两个线圈共享一个
磁场从而起到类似
变压器的作用。
[0044] 这样的排布可以使得不使用滑动环适配器的充电装置，从而减少由于摩擦的损耗。另外，这样的构造的设备可以将谐振电路254结合到车轮中心内或车辆的车身内。图9B示出电路200，其具有位于电感耦合的线圈系统200的上游的车轮线圈222，以及包括谐振电路254和整流逆变器256的无线充电模块257。嵌套的线圈结构表示一种经由交流电来传输电力的系统。
[0045] 图10示出了车辆对车辆无线充电设备的另一种形式。充电组件容纳在轮胎360内而不是车轮的筒上。在图10的截面图中，可以看见车轮轮辐318和轮辋315支撑着轮胎360的一部分。在轮胎360的内部，例如灌封材料的层332支撑盘绕的导电元件322的绕组324，绕组324沿着轮胎360的内表面延伸，轮胎的中心是每一个绕组324的中心。铁氧体层330也可以嵌入灌封材料层332，或者可以与本申请中其他处描述的车轮筒关联。最后，如这里描述的充电系统的其他形式，在轮胎已经安装在车轮上之后，导线334可以从导电元件322延伸或者成为导电元件322的一部分，并且可以沿着轮辐318的内部固定。
[0046] 相对于通过附接到车轮的筒实现，将导电元件或线圈322在轮胎内结合可以提高线圈的有效直径，在一些情况下可以增加大约9厘米至15厘米。这反过来有助于与另一个车辆的线圈的电感耦合。
[0047] 图11为示出根据本申请的一种形式的对电动车辆充电的方法的流程图。这个方法包含施主车辆和接受车辆，其每一个都装备有无线充电设备，例如本文描述的基于车轮的设备。在方法400的第一步骤410中，施主车辆定位于接受电动车辆附近，以这种方式有助于向接受车辆的线圈传递能量，例如车轮对车轮的方式。任选地，在步骤412中，为了在两个车辆之间传输信息，两个车辆可以建立通信链路，例如通过专用短程通信(dedicated short-range communications，DRSC)装置、WiFi、蓝牙等等。在这个过程期间，如果施主车辆和/或接受车辆是共享充电市场的参与者，那么也可以发起与购买或出售电荷相关的金融交易。
[0048] 在步骤420中，可以分析接受车辆的电池的状态。分析步骤可以帮助识别接受车辆需要多少电荷，电池是否能够接收电荷，以及其他因素。最后，当分析完成时，在步骤430中，施主车辆向接受车辆传递电力，使得接受车辆变成可运行的。
[0049] 在一个示例中，施主车辆的线圈与接受车辆的线圈电感耦合。可以通过利用耦合系数来描述耦合的程度。在一个示例中，当施主车轮和接受车轮都具有安装在它们之上的P275/35R19规格的轮胎时，并且车轮对齐且定位成相距22厘米时，耦合系数为0.105，足够驱动充电。
[0050] 设想了上述方法的数个变化。例如，车辆的音响主机可以具有加载到其上的应用程序，该应用程序允许用户控制车辆对车辆的充电协议，或者手动捐赠电荷或者手动接收电荷。车辆可以具有足够的自动化，以便在电池耗尽或有耗尽危险时寻求帮助。施主车辆可以是自动服务车辆，其配置为自动地执行如上所述的任何单一步骤或者步骤的组合。
[0051] 本领域技术人员将理解，在不脱离所附
权利要求中的本申请的范围和精神的情况下，可以进行各种
修改、添加和替换。
