CN106953397A - 充电站及充电站系统 - Google Patents

Abstract

一种充电站及充电站系统，设置在道路2，用于对负载9充电。道路2包括上层21及下层22。充电站3包含热电转换元件31、蓄电单元33、充放电管理单元34。热电转换元件31，设置于道路2的上层21及下层22间，将上层21及下层22的温度差转换而生成电能并输出。蓄电单元33，用以储存电能。充放电管理单元34，电连接至蓄电单元33与热电转换元件31，接收热电转换元件31所生成的电能以储存于蓄电单元33，且进一步电连接至负载9，对负载9充电。藉此，可以妥善地利用道路上的太阳能，而不会影响路面应有的摩擦系数或是造成不必要的反光，也不受日晒或地面温度高的影响，具有良好的效率。

Description

充电站及充电站系统

【技术领域】

本发明有关于发电、变电或配电技术，特别是指一种供电或配电的电路系统及电能存储系统。

【背景技术】

近年来，追求纯净能源为主要的能源发展目标之一，如美国政府计划于公路铺设太阳能砖以进行发电。

现有技术中，中国大陆专利CN200710189753.1披露一种交通道路上的太阳能发电场，利用路基两边空间资源或道路中间空间资源安装太阳能电池板建立太阳能发电场，通过并入电网方式或自成独立电力网络进行供电，形成绿色能源基地。在高速公路或普通公路或铁路两侧铺设太阳能电池板，以科学方式排列太阳能电池板，并将太阳能电池连接起来形成大容量、大功率的发电设施。

现有技术中，中国大陆专利CN200810060724.X披露一种利用太阳能电池供电的道路，太阳能公路路面或太阳能铁路路面由太阳能电池板构成，电力汽车或电力火车通过路面导电杆充电，电线以及导电杆与太阳能电池板电连接。

太阳能板是吸收太阳之光能转换而生成电能，其较佳之施行方式为具有平滑之收光表面，但因道路表面须具有一定程度的摩擦力且不能反光影响驾驶视觉，因此，上述太阳能砖必须另外处理为粗糙不平的表面，但此举会降低其太阳能转换效率。同时，太阳能板在日晒后面板温度升高，如果地面温度也很高，就会因无法散热而使面板温度居高不下，一般太阳能板的效率以板面温度25摄氏度为基础，每上升一度，发电效率就会降低0.5％，以夏天日晒下太阳能板温度升高到70摄氏度为例，效率就会降低22.5％，此高温下之太阳能转换效率亦不理想。

因此，如何更妥善利用道路上之太阳能，仍有研究发展空间。

【发明内容】

因此，本发明的目的，即在提供一种可妥善地利用道路2的太阳能的充电站3及充电站系统。

本发明首先提出一种充电站3，设置在一个道路2，用于对一个负载9充电，道路2包括一个上层21及一个下层22，充电站3包含一个热电转换元件31、一个蓄电单元33、以及一个充放电管理单元34。

热电转换元件31，设置于道路2的上层21及下层22间，将上层21及下层22的温度差转换而生成电能并输出。蓄电单元33，用以储存电能。充放电管理单元34，电连接至蓄电单元33与热电转换元件31，接收热电转换元件31所生成的电能以储存于蓄电单元33，且进一步电连接至负载9，并输出蓄电单元33所储存的电能对负载9充电。

较佳的，该热电转换元件31生成的电能为电位差形式。

较佳的，还包含一个极性翻转单元32，电连接于该热电转换元件31及该充放电管理单元34之间，接收该热电转换元件31输出的电位差，并转换为呈绝对值的正电位差后，输出至该充放电管理单元34。

较佳的，该热电转换元件31包括第一输出端311及第二输出端312，电连接至该极性翻转单元32。

较佳的，该极性翻转单元32包括一個极性侦测模块321、一個切换模块322、第一极性输出端323与第二极性输出端324，该切换模块322一端连接至该第一输出端311及该第二输出端312，另一端连接至该第一极性输出端323与该第二极性输出端324，该第一极性输出端323与该第二极性输出端324用于输出该正电位差。

较佳的，该极性侦测模块321电连接至该切换模块322，侦测该第一输出端311及该第二输出端312的电位差，其中，当该第一输出端311与该第二输出端312的该电位差为正值时，该切换模块322切换该第一极性输出端323电连接于该第一输出端311、切换该第二极性输出端324电连接于该第二输出端312；当第一输出端311与该第二输出端312的该电位差为负值时，该切换模块322切换该第一极性输出端323电连接于该第二输出端312，切换该第二极性输出端324电连接于该第一输出端311，藉此使该第一极性输出端323与该第二极性输出端324输出该正电位差。

较佳的，该充放电管理单元34依据该负载9的电量状况，调整对该负载9的充电电流大小。

进一步的，本发明更提出一种充电站系统，用于对负载9充电，包含一个道路2与一个充电站3。道路2包括一个上层21及一个下层22，充电站3为前述的充电站3。

本发明提出的充电站及充电站系统的功效在于，能妥善利用道路上方的太阳能，尤其指太阳的热能。藉由设置热电转换元件31将道路2的热能转换而生成电能，并搭配蓄电单元33与充放电管理单元34对外部的负载提供充电功能。相较于现有技术把太阳能板设置在路面上，不会影响路面应有的摩擦系数或是造成不必要的反光，也不受日晒或地面温度高的影响，具有良好的效率。

【附图说明】

图1是本发明充电站及充电站系统的实施架构示意图。

附图中的符号说明如下：

2 道路

21 上层

22 下层

3 充电站

31 热电转换元件

311 第一输出端

312 第二输出端

32 极性翻转单元

321 极性侦测模块

322 切换模块

323 第一极性输出端

324 第二极性输出端

33 蓄电单元

34 充放电管理单元

9 负载

【具体实施方式】

本发明主要披露一种通过热能转换的充电系统，其中所使用的充电的电化学基本原理已为相关技术领域的技术人员所熟知，故以下文中的说明，不作完整描述。同时，以下文中所对照的附图，主要表达与本发明特征有关的结构示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，在先说明。

参照图1，本发明的第一实施例，为一种充电站3，设置在一个道路2，用于对一个负载9充电，道路2包括一个上层21及一个下层22，在上层21与下层22之间，因太阳照射及道路的材料特性具有一个温度差。充电站3用于对负载9充电，其中，负载9可以为各种可循环充放电的电池，尤其指电动摩托车或电动汽车的电池。

道路2包括一个上层21及一个下层22，其中，上层21及下层22可依据道路2的应用需求而选择不同的材料，例如，上层21可为柏油，碎石子搅拌的混合物，下层22则可为人工制造的路基主体或是天然土石。

充电站3包括一个热电转换元件31、一个极性翻转单元32、一个蓄电单元33，及一个充放电管理单元34。

热电转换元件31是采用温差发电原理，主要是利用材料的Seebeck效应，通过载流子(电子和空穴)进行能量的输运。此效应于1821年由德国人Seebeck发现，在两种不同金属(锑与铜)构成的回路中，如果两个接头处存在温度差，其周围就会出现磁场。通过进一步的实验，Seebeck发现回路中存在电动势。Seebeck效应是制作测温热电偶、温差发电和温差电传感器的基础。

热电转换元件31设置于道路2的上层21及下层22间，将上层21及下层22的温度差转换为电位差形式的电能输出。热电转换元件31包括相配合输出电位差的第一输出端311及第二输出端312。第一输出端311及第二输出端312间的电位差即为上述的电位差，此处的电位差会因为热电转换元件31两端所使用的材质不同而有所差异，且会因为上层21及下层22的温度差不定而有正负值的变化，例如，当白天或日照强烈时，上层21的温度通常会大于下层22的温度，此时，假设电位差为正值；则当晚上或是积雪时，下层22的温度通常会大于上层21的温度，此时，电位差则为负值。

极性翻转单元32电连接于热电转换元件31及充放电管理单元34间，接收热电转换元件31输出的电位差，并转换为呈绝对值的正电位差后，输出至充放电管理单元34，亦即，无论热电转换元件31所输出的电位差为正值还是负值，极性翻转单元32皆输出对应为正值的正电位差。

极性翻转单元32包括一极性侦测模块321、一切换模块322、第一极性输出端323与第二极性输出端324。其中，第一极性输出端323与第二极性输出端324电连接至充放电管理单元34，相配合输出转换后的正电位差。

极性侦测模块321侦测第一输出端311及第二输出端312的电位差，并输出一相关的侦测信号至切换模块322。举例说明，极性侦测模块321可以是将第一输出端311及第二输出端312的电压相减，以得出相关于第一输出端311与第二输出端312的电位差为正值或负值的侦测信号。

切换模块322根据侦测信号以切换第一输出端311、第二输出端312与第一极性输出端323、第二极性输出端324之间的电连接关系。当第一输出端311与第二输出端312的电位差为正值时，切换模块322切换第一极性输出端323电连接于第一输出端311，切换模块322切换第二极性输出端324电连接于第二输出端312。当第一输出端311与第二输出端312的电位差为负值时，切换模块322切换第一极性输出端323电连接于第二输出端312，切换模块322切换第二极性输出端324电连接于第一输出端311。

蓄电单元33用以储存电能，较佳的，为一种大型的锂电池。

充放电管理单元34电连接蓄电单元33，并经极性翻转单元32接收热电转换元件31所产生的电能以储存于蓄电单元33，且适用于电连接负载9，并可视蓄电单元33所储存的电量多寡而决定是以蓄电单元33所储存的电能供负载9充电，或是直接利用热电转换元件31所产生的电能对负载9充电。

其中，充放电管理单元34可依据负载9的电量状况，调整对负载9的充电电流大小，例如，于负载9的电量较低时，提供较大的电流，而当负载9的电量接近充满状态时，提供较小的电流，借此，以在充电时间及对负载9的保护间获得较佳的平衡。

请续见图1，本发明进一步提供第二较佳实施例，为一种充电站系统，用于对负载9充电，包含一个道路2与一个充电站3。道路2包括一个上层21及一个下层22，充电站3为前述第一较佳实施例的充电站3。

经由以上的说明，可将本发明的优点归纳如下：

一、藉由设置热电转换元件31将道路2的热能转换而生成电能，并搭配蓄电单元33、充放电管理单元34以提充电能，可以妥善地利用道路2上的太阳能，提供纯净无污染的电能，且由于热传导并不受限于形状或是平滑表面，热电转换元件31又是设置于道路2的上层21下方，因此，上层21仍然可以依据不同的应用而铺设为不同的材质，并不会影响路面应有的摩擦系数或是造成不必要的反光，也不受日晒或地面温度高的影响，相反地，当道路2的上层21受日晒而温度上升时，更是可以增加上层21与下层22间的温度差而提高充电站3的发电效率。

二、再者，由于此充电站3是利用道路2上的太阳能，因此适合大量地设置于长途公路，并直接将充放电管理单元34设置于路旁，以提充电动车沿路充电之用。

此处须说明的是，电动车由于在整体周期的排碳量较低，符合现今的环保趋势而逐渐普及，但由于电动车的电池售价不低，且须保持在理想电量范围之内，才能减少电池损伤，因此若能在电池需要充电时就马上对其充电，即可大幅延长电池寿命，而能降低电动车的维修及持有成本，因此，将本发明的充电站系统沿涂设置于长途公路，不仅可以降低电动车的维修及持有成本而利于推广电动车的使用，也可藉由沿路可得的充电站3，解决纯电动车所产生的里程焦虑(range anxiety)问题。

三、藉由设置极性翻转单元32，将热电转换元件31所输出的电位差转换为呈绝对值的电位差后输出，可以确保充放电管理单元34所接收的电能皆为正值，因此，不仅可以避免充放电管理单元34因为接收到不合适范围的电压而损坏，也可积极利用负值范围(晚上或积雪时)的电能，而不需为了配合充放电管理单元34的耐受电压限制而屏弃负值区段的电能。

四、藉由充放电管理单元34的配置，可根据蓄电单元33所储存的电量状况而决定是以蓄电单元33所储存的电能对负载9充电，或是直接利用热电转换元件31所产生的电能对负载9充电，可以提供实际应用上的灵活性，增加使用上的便利性。

综上所述，故确实能达成本发明的目的。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求的涵盖范围中。

Claims (8)

1.一种充电站(3)，设置在一个道路(2)，用于对一个负载(9)充电，该道路(2)包括一个上层(21)及一个下层(22)，该充电站(3)包含一个热电转换元件(31)、一个蓄电单元(33)、以及一个充放电管理单元(34)；其特征在于：

该热电转换元件(31)，设置于该道路(2)的该上层(21)及该下层(22)间，

将该上层(21)及该下层(22)的温度差转换而生成电能并输出；

该蓄电单元(33)，用以储存该电能；

该充放电管理单元(34)，电连接至该蓄电单元(33)与该热电转换元件(31)，接收该热电转换元件(31)所生成的该电能以储存于该蓄电单元(33)，且进一步电连接至该负载(9)，并输出该蓄电单元(33)所储存的该电能对该负载(9)充电。

2.根据权利要求1所述的充电站(3)，其特征在于，

该热电转换元件(31)生成的电能为电位差形式。

3.根据权利要求2所述的充电站(3)，其特征在于，

还包含一个极性翻转单元(32)，电连接于该热电转换元件(31)及该充放电管理单元(34)之间，接收该热电转换元件(31)输出的电位差，并转换为呈绝对值的正电位差后，输出至该充放电管理单元(34)。

4.根据权利要求3所述的充电站(3)，其特征在于，

该热电转换元件(31)包括第一输出端(311)及第二输出端(312)，电连接至该极性翻转单元(32)。

5.根据权利要求4所述的充电站(3)，其特征在于，

该极性翻转单元(32)包括一個极性侦测模块(321)、一個切换模块(322)、第一极性输出端(323)与第二极性输出端(324)，该切换模块(322)一端连接至该第一输出端(311)及该第二输出端(312)，另一端连接至该第一极性输出端(323)与该第二极性输出端(324)，该第一极性输出端(323)与该第二极性输出端(324)用于输出该正电位差。

6.根据权利要求5所述的充电站(3)，其特征在于，

该极性侦测模块(321)电连接至该切换模块(322)，侦测该第一输出端(311)及该第二输出端(312)的电位差，其中，当该第一输出端(311)与该第二输出端(312)的该电位差为正值时，该切换模块(322)切换该第一极性输出端(323)电连接于该第一输出端(311)、切换该第二极性输出端(324)电连接于该第二输出端(312)；当第一输出端(311)与该第二输出端(312)的该电位差为负值时，该切换模块(322)切换该第一极性输出端(323)电连接于该第二输出端(312)，切换该第二极性输出端(324)电连接于该第一输出端(311)，藉此使该第一极性输出端(323)与该第二极性输出端(324)输出该正电位差。

7.根据权利要求1所述的充电站(3)，其特征在于，该充放电管理单元(34)依据该负载(9)的电量状况，调整对该负载(9)的充电电流大小。

8.一种充电站系统，用于对一个负载(9)充电，包含一个道路(2)与一个充电站(3)，其特征在于：

该道路(2)包括一个上层(21)及一个下层(22)；以及

该充电站(3)为权利要求1至7其中任一项所述的充电站(3)。