CN104701953A - 具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，该交换充电器包含：一充电装置、多个输出单元、一开关控制单元，及一充电控制单元。充电装置一次只对一个输出单元输出直流电，直到该被充电的充电电池已充饱。本发明的方法，可仅利用一组充电装置，对各个连接的充电电池依序进行充电，节省建置成本与使用空间。此外，充电时间可以设定，配合离峰时间充电，充电成本亦可减省。

Description

具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器

技术领域

本发明是关于一种多功能智能型交换充电器。特别是关于一种具有时间阶段控制的多功能智能型交换充电器。

背景技术

充电电池广泛地应用于许多产品中，诸如笔记本电脑、平板计算机、移动电话，甚至是大型电动车与机器人。虽然充电电池多由充电电池芯串联或并联而组成，然而，依照电源供应对象的不同，有着不同的输出电流与电量的规格。

一般来说，具较小输出电流或电量的充电电池，可由连接的主机提供电力来进行充电，或者连接至外部充电器，通过转换的市电而进行充电。由于电流或电量要求不大，加上本身的体积也小，许多的充电器可以一次对数个充电电池进行充电。然而，随着许多大型移动式设备（如电动车与机器人）渐渐进入生活周遭，其使用的充电电池无论是电量或电流需求，皆远大于前者。这些大电量（或电流）充电电池，通常都使用特制的充电器，或者通过充电站来进行充电。姑且不论这些充电器或充电站太占使用空间而带来的麻烦，光是为了对有限数量的电池充电而需要花费在设置这些充电器或充电站的成本，就很可观。尤其是这些建置的充电器或充电站不是随时都有电池要进行充电，低于负载使用率就形成浪费。

然而，因为大型充电电池的需求旺盛，不可避免的，前述的充电器或充电站就有必要继续生产建置下去。但因为很多大型的电动设备（如电动车或电动脚踏车）可能会使用相同近似规格的电池，而这些电池又有可能在家中或特定地点（如停车场）进行充电。因此，大型多充电电池充电器就有必要提供，以解决太多大型充电器充斥生活环境的困境。

和小型多充电电池充电器的充电原理差不多，大型多充电电池充电器的结构一般如图1所示。图1中，大型多充电电池充电器5包括了一主控电力装置10与数个充电装置11。该主控电力装置10连接至市电20，将市电20传来的交流电降压，并依照充电电量需求，分配适当的电量给各个充电装置11。而任一充电装置11皆在收到来自主控电力装置10的电力时，转换交流电为直流电，对连接在充电装置11上的充电电池（未绘示）进行充电。

从图1中，直觉地就可以了解各充电装置11的设计规划上应该是一致的，也就是将一单一的充电装置复制多组，配合用户的需求组合成大型多充电电池充电器5的一部分。然而，就充电装置11而言，其本身又可以分作多个部分，其中较占成本的就是充电电路与相应的设备。其他如输出端的线路与充电接头，成本低廉。所以，若前述的大型多充电电池充电器5不能维持满载充电，闲置的充电装置11会造成资源浪费；在此情况下，倘若能减少充电电路与相应的设备，除了建置的成本能减少外，相对占据的空间也变少了。

因此，依照上述的构想，有本发明的产生。

发明内容

已知的大型多充电电池充电器在设置时，材料成本偏高且占据的空间也较大，若未满载充电，空闲的装置形同浪费。因此，需要研发能妥善利用建置设备、体型较小甚至能调整充电时间的大型多充电电池充电器。

依照本发明的一种态样，一种具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，包含：一充电装置，连接至一交流电源，用以将该交流电源的交流电，转为定额输出的直流电，以提供一充电电池，进行充电；多个输出单元，每一输出单元与一电力开关连接，经由该电力开关连接至该充电装置，用以将来自该充电装置的直流电，对一充电电池进行充电；一开关控制单元，与多个开关控制线路连接，每一开关控制线路电连接至一电力开关，用以触发该电力开关，控制直流电由该充电装置流向该电力开关所属的输出单元，或不触发该电力开关，阻断直流电由该充电装置流向该电力开关所属的输出单元；及一充电控制单元，由信号连接线路与该开关控制单元及各输出单元电连接，用以侦测各输出单元所连接的充电电池的充电特性，并通过判断该充电特性，控制该开关控制单元以改变各电力开关的触发状态。其中该充电装置一次只对一个充电装置输出直流电，直到该被充电的充电电池已充饱，该开关控制单元最多只触发一个电力开关。

依照本案构想，该开关控制单元，进一步连接至多个信号控制线路，每一信号控制线路与装设在该开关控制单元与一特定输出单元间信号连接线路上的一信号开关连接，用以触发该信号开关，以导通该信号连接线路，或不触发信号开关，以阻断该信号连接线路。

依照本案构想，该电力开关为一三极交流开关。

依照本案构想，该信号开关为一三极交流开关

又该交换充电器的充电控制单元进一步包含一时间控制器，用以在一特定时间内，控制该开关控制单元不触发各电力开关。

依照本案构想，其中该特定时间为市电供应尖峰时间。

依照本案构想，当该充电控制单元控制该开关控制单元以改变各电力开关的触发状态时，未触发的电力开关要在原触发的电力开关停止触发后经过一切换时间，才能被触发。

本发明所提出的交换充电器，其中该充电控制单元进一步包含一交流电源开关，设置于该交流电源与该充电装置间，通过一开关控制线路与该开关控制单元连接，当受该开关控制单元触发时，用以导通该交流电源与该充电装置，或当未受该开关控制单元触发时，用以阻断该交流电源与该充电装置。

依照本案构想，交流电源为发电机或市电供应端。

依照本案构想，信号连接线路符合RS232规范或CAM2.0规范。

依照本案构想，该定额输出的直流电的电流量至少为10安培。

依照本案构想，该充电特性为充电电压或充电电流。

本发明的方法，可仅利用一组充电装置，对各个连接的充电电池依序进行充电，节省建置成本与使用空间。此外，充电时间可以设定，配合离峰时间充电，充电成本亦可减省。

附图说明

图1为一大型多充电电池充电器前案的方块示意图。

图2为依照本发明的交换充电器的方块示意图。

图3描述该交换充电器中各电力开关的触发时间。

图4描述该交换充电器在特定时间内对充电电池充电的情况。

附图标记说明：5-大型多充电电池充电器;10-主控电力装置;11-充电装置;20-市电;100-交换充电器;101-充电装置;102-开关控制单元;103-充电控制单元;111-第一输出单元;112-第二输出单元;113-第三输出单元;121-第一电力开关;122-第二电力开关;123-第三电力开关;124-交流电源开关;131-第一信号开关;132-第二信号开关;133-第三信号开关;200-交流电源;301-第一充电电池;302-第二充电电池;303-第三充电电池;400-信号连接线路;521-第一开关控制线路;522-第二开关控制线路;523-第三开关控制线路;524-第四开关控制线路;531-第一信号控制线路;532-第二信号控制线路;533-第三信号控制线路。

具体实施方式

本发明将通过参照下列的实施例而更具体地描述。

请参阅图2至图4。图2为依照本发明的交换充电器的方块示意图。图3描述该交换充电器中各电力开关的触发时间。图4描述该交换充电器在特定时间内对充电电池充电的情况。

本发明所提供的一种具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器100，包含了一充电装置101、三个输出单元（一第一输出单元111、一第二输出单元112与一第三输出单元113）、一开关控制单元102与一充电控制单元103。该充电装置101经一交流电源开关124，连接至一交流电源200。交流电源开关124的功用为开启或关闭充电装置101与交流电源200的线路，以让充电装置101获得或不获得交流电源200所提供的交流电，其内容细节与操作方式会于稍后内容中解说。但要注意的是，交流电源开关124是为了让充电装置101能通过切断电源重开而重置，以便切换不同输出单元，对不同充电电池进行充电。充电装置101的功用是将交流电源提供的交流电，转为定额输出的直流电，以提供一充电电池，进行充电。

在本实施例中，该交流电源200为一市电供应端（市电插座）。实务上，也可以是一台发电机。任何可供应交流电的机具或设备，都是本发明所称的交流电源。在本实施例中，较佳的定额输出直流电具有48V及电流10A。由于大型电动机具，如电动车等，所需要的驱动电池的电流，相对普通电池驱动的小家电所需的电流都来的大得多。因此，在设计上，该定额输出直流电至少要有10A以上的电流，10A到20A间的电流量是较适合的。

三个输出单元，第一输出单元111、第二输出单元112与第三输出单元113，每一输出单元都与一特定的电力开关连接，经由该电力开关连接至充电装置101，可用以将来自该充电装置101的直流电，对一充电电池进行充电。参照图2可以得知：第一输出单元111与一第一电力开关121连接，可以对一第一充电电池301进行充电；第二输出单元112与一第二电力开关122连接，可以对一第二充电电池302进行充电；第三输出单元113与一第三电力开关123连接，可以对一第三充电电池303进行充电。各充电电池的外型可以一样，也可以不一样；充放电量的规格可以一致，也可不一致。充电电池仅需其内部的电池管理系统能接受定额输出的直流电（具有48V最大电压及电流10A）对其充电即可。

第一输出单元111、第二输出单元112与第三输出单元113的设计上，需要满足输出端接口能与对应充电电池的正负极端的位置相接合。然而，依照本发明的精神，输出单元的数量不限于三个，由于是交换充电器100可以对多个电池分时段充电，只要输出单元数量大于或等于两个即可。第一电力开关121、第二电力开关122与第三电力开关123在实作上是以三极交流开关为佳，但其它适合用于控制较大电流的电力开关也可以被使用，并不限定其种类。

开关控制单元102，与四个开关控制线路连接。一第一开关控制线路521电连接至第一电力开关121，一第二开关控制线路522电连接至第二电力开关122，一第三开关控制线路523电连接至第三电力开关123，一第四开关控制线路524电连接至交流电源开关124。第一开关控制线路521、第二开关控制线路522与第三开关控制线路523可用来触发相对应的电力开关，进而控制直流电由充电装置101流向该电力开关所属的输出单元。第一开关控制线路521、第二开关控制线路522与第三开关控制线路523亦可不触发相对应的电力开关，阻断直流电由充电装置101流向该电力开关所属的输出单元。因第四开关控制线路524电连接至交流电源开关124，使得当交流电源开关124受开关控制单元102触发时，可导通交流电源200与充电装置101，或者当交流电源开关124未受开关控制单元102触发时，阻断该交流电源200与该充电装置101。

充电控制单元103通过一信号连接线路400，与开关控制单元102、第一输出单元111、第二输出单元112与第三输出单元113连接。信号连接线路400符合RS232规范。实作上，符合CAM2.0规范设计的信号连接线路400也可被使用。因此，虽然图2所绘制的信号连接线路400在充电控制单元103处没有连贯，但熟知RS232的人能了解，信号连接线路400用作电子产品内部的信息联系，并不因未通过多个装置而有不同的功能差异或中断联系的情形发生。充电控制单元103可侦测各自与第一输出单元111、第二输出单元112与第三输出单元113连接的第一充电电池301、第二充电电池302与第三充电电池303的充电特性。此处，充电特性为各充电电池的充电电压或充电电流，可由信号连接线路400，在第一输出单元111、第二输出单元112与第三输出单元113处，与各对应充电电池内部的电池管理系统沟通，进而取得的。充电控制单元103能通过所得到的充电特性，判断充电电池是否已经充饱，可以对下一颗充电电池进行充电，或者是所有连接的充电电池都已充饱，交换充电器100可以暂停充电工作，因而控制开关控制单元102以改变各电力开关的触发状态。比如说，当充电控制单元103得知第一充电电池301的充电电流已经在定电压阶段降至一默认的截止充电电流时，可以停止对第一充电电池301充电。并在一段时间之后，进行对第二充电电池302充电。

此处提出几个本发明的重点，充电装置100一次只对一个输出单元输出直流电，直到该被充电的充电电池已充饱。利用一个充电装置但却能对相同或不同规格的充电电池依序充电，节省下购置充电装置的成本并节省使用空间。开关控制单元102最多只触发一个电力开关，当充电控制单元103控制该开关控制单元102以改变各电力开关的触发状态时，未触发的电力开关要在原触发的电力开关停止触发后经过一切换时间，才能被触发。为了对这一点有更详尽的解说，请见图3。图3合并比较第一电力开关121、第二电力开关122与第三电力开关123在时序上的触发状况。以高电压状态表示接受到触发电压驱动。第一电力开关121由时间0到t1被触发，第一充电电池301进行充电；第二电力开关122由时间t2到t3被触发，第二充电电池302进行充电；第三电力开关123由t4被触发，第三充电电池303持续进行充电。其中t1与t2间的时段Ta及t3与t4间的时段Tb即所谓的切换时间，切换时间的存在是为了让充电装置101能有时间通过切断电源重开而重置，以便切换不同输出单元，对不同充电电池进行充电。Ta与Tb在设计上可以相同，也可以不同。时间阶段控制以此手段达成。

此外，开关控制单元102进一步连接至三个信号控制线路（一第一信号控制线路531、第二信号控制线路532与第三信号控制线路533），每一信号控制线路与装设在该开关控制单元102与一特定输出单元间信号连接线路上的一信号开关连接。此及第一信号控制线路531与连接至第一输出单元111的一第一信号开关131连接，第二信号控制线路532与连接至第二输出单元112的一第二信号开关132连接，第三信号控制线路533与连接至第三输出单元113的一第三信号开关133连接。开关控制单元102可触发该些信号开关，以导通对应的信号连接线路，或不触发信号开关，以阻断对应信号连接线路。第一信号控制线路531、第二信号控制线路532、第三信号控制线路533、第一信号开关131、第二信号开关132与第三信号开关133的设计是方便充电完成后切断信号连接线路，以免充电控制单元103会在充电电池取走后，收到许多噪声。实作上，上述信号开关可以是三极交流开关。

此外，依照本发明的精神，充电控制单元103可进一步包含一时间控制器（未绘示），可以在一特定时间内，控制开关控制单元102不触发各电力开关。这个设计，可以配合市电供应离峰时间进行充电（市电供应尖峰时间就是该特定时间）。一方面，离峰时间电价较低；另一方面，也可以让充电装置100获得休息。关于操作上的说明，请见图4。图4描述一充电电池在不同时间点被充电的情形。横轴代表时间轴，由第一天0:00AM到第三天0:00AM。由于同时描述充电电压（实线）与充电电流（虚线），纵轴就针对各个位置点进行说明，未限定任何物理量。

设定每日的0:00AM到8:00AM是离峰时间，一锂电池进行充电。由于该充电电池预估要充16小时才能充满，因此，必定得跨两个充电时段。该充电电池由第一天0:00AM开始到第一天4:00AM在预充阶段，充电电压开始稳定上升，此时充电电流尚低。在过了第一天4:00AM，在第一天8:00AM前，该充电电池进入限定电流阶段，充电电流升至限定充电电流量，而充电电压持续稳定上升。第一天8:00AM到第二天0:00AM设为前述特定时间内，控制开关控制单元102不触发各电力开关以进行充电。过了第二天0:00AM，在第二天3:00AM之前，充电电池还是在限定电流阶段。进入第二天3:00AM，在第二天8:00AM前，该充电电池进入限定电压阶段。充电电压维持在一限定充电电压值，充电电流则下降。待充电电流降至一预设的截止充电电流时，充电结束。如果充电结束前已进入特定时间（8:00AM到次日0:00AM），充电还得延续到第三天。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，包含：

一充电装置，连接至一交流电源，用以将该交流电源的交流电，转为定额输出的直流电，以提供一充电电池，进行充电；

多个输出单元，每一输出单元与一电力开关连接，经由该电力开关连接至该充电装置，用以将来自该充电装置的直流电，对一充电电池进行充电；

一开关控制单元，与多个开关控制线路连接，每一开关控制线路电连接至一电力开关，用以触发该电力开关，控制直流电由该充电装置流向该电力开关所属的输出单元，或不触发该电力开关，阻断直流电由该充电装置流向该电力开关所属的输出单元；及

一充电控制单元，由信号连接线路与该开关控制单元及各输出单元电连接，用以侦测各输出单元所连接的充电电池的充电特性，并通过判断该充电特性，控制该开关控制单元以改变各电力开关的触发状态；

其中该充电装置一次只对一个输出单元输出直流电，直到该被充电的充电电池已充饱，该开关控制单元最多只触发一个电力开关。

2.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该开关控制单元，进一步连接至多个信号控制线路，每一信号控制线路与装设在该开关控制单元与一特定输出单元间信号连接线路上的一信号开关连接，用以触发该信号开关，以导通该信号连接线路，或不触发信号开关，以阻断该信号连接线路。

3.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该电力开关为一三极交流开关。

4.根据权利要求2所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该信号开关为一三极交流开关。

5.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该充电控制单元进一步包含一时间控制器，用以在一特定时间内，控制该开关控制单元不触发各电力开关。

6.根据权利要求5所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该特定时间为市电供应尖峰时间。

7.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，当该充电控制单元控制该开关控制单元以改变各电力开关的触发状态时，未触发的电力开关要在原触发的电力开关停止触发后经过一切换时间，才能被触发。

8.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该充电控制单元进一步包含一交流电源开关，设置于该交流电源与该充电装置间，通过一开关控制线路与该开关控制单元连接，当受该开关控制单元触发时，用以导通该交流电源与该充电装置，或当未受该开关控制单元触发时，用以阻断该交流电源与该充电装置。

9.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该交流电源为发电机或市电供应端。

10.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该信号连接线路符合RS232规范或CAM2.0规范。

11.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该定额输出的直流电的电流量至少为10安培。

12.根据权利要求1所述的具时间阶段控制的多功能智能型交换充电器，其特征在于，该充电特性为充电电压或充电电流。