CN201616692U - 节能型快速充电装置 - Google Patents

Abstract

一种节能型快速充电装置，用以由外部电源取得输入电力，进而对连接的储能装置进行充电。此节能型快速充电装置包括一电源转换模块、至少一快速充电型储能器、一配电模块以及一控制模块。电源转换模块耦接于外部电源取得输入电力转换为内部直流电力输出；当控制模块未侦测到储能装置时，控制电源转换模块以内部直流电力对快速充电型储能器进行快速充电；反之，于侦侧到储能装置时，则控制电源转换模块输出内部直流电力至配电模块，并控制配电模块同时以内部直流电力以及快速充电型储能器的储存电力对储能装置进行快速充电，从而可降低快速充电时的用电量，连带减少用户用电需量。

Description

节能型快速充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种充电装置，尤指一种节能型快速充电装置。

背景技术

电动车采用电能驱动，取代石化燃料的使用，可改善人类对石油资源的依赖与全球自然环境恶化等问题，为一项正蓬勃发展的新兴产业。

电动车的储能装置藉由充电装置辅助充电，以供应车辆运作用电。请参阅图1，一已知技术的充电装置对电动车进行充电动作的系统架构示意图。如图所示，充电装置10用以对电动车18所装设的储能装置19进行充电。充电装置10包括一控制模块11、一电源转换模块12以及一配电模块13。控制模块11为装置控管核心，用以控制周边的电源转换模块12与配电模块13。电源转换模块12耦接于外部电源17，以取得交流电或直流电形式的输入电力转换为符合运作需求的内部直流电力输出。配电模块13用以连接储能装置19，接受控制模块11的控制，将电源转换模块12输出电力以特定传输模式(例如：定电压模式、定电流模式、脉冲模式等)输出，对储能装置19进行充电。

电动车18的储能装置19一般采用蓄电池，好的电动车蓄电池应具备高能量密度、高电力密度、快速充电与深度放电等性能。传统铅酸电池与镍氢电池在快速充电方面的表现并不优异，电动车辆往往必须耗费十余小时才能够完成充电。甫问世的锂铁电池具备高安全性、长寿命、可大电流/高功率输出、快速充电能力等优异特性，充电速率可高达5C～20C以上，使充电时间大幅降低。举例来说，假使充电速率为12C，则完成充电仅需5分钟，充电时间大幅降低。

相对地，充电装置10则应具备快速充电能力，所述快速充电系指短时间内即供应储能装置19大量电能。故而充电装置10将具极高的输出功率，电源转换模块12为达成大功率电力转换功能，必须提升内部控制架构与变压器等零组件的电性规格等级，而致使电力需求增高与制造成本增加。

另一方面，非一般住宅的电费计价方式中，基本电费与用电单价将随用户最高需量调整。对充电站营运据点而言，假使同时设置多组快速充电装置，则其尖峰负载将巨幅增加，而必须与电力公司签订相当高的用电需量。从而，用户将承担高额电费，而电厂为负荷末端负载用电量，势必将进一步扩充发电机组设备，不仅增加开销支出，更形成资源浪费，如此将与电动车产业的环保节能理念背道而驰。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种节能型快速充电装置，其可降低电源转换模块的功率转换等级，从而降低其制造成本，同时可降低装置进行快速充电时的用电量，连带减少用户用电需量，从而不仅将减轻用户电费负担，并可避免电厂过度扩充系统设备，杜绝资源浪费。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种节能型快速充电装置，系用以由一外部电源取得一输入电力，进而对一连接的储能装置进行充电，该节能型快速充电装置包括：

一电源转换模块，耦接于该外部电源取得该输入电力转换为一内部直流电力输出；

至少一快速充电型储能器，耦接于该电源转换模块；

一配电模块，耦接于该快速充电型储能器以及该电源转换模块，该配电模块用以连接该储能装置；以及

一控制模块，耦接于该快速充电型储能器、该电源转换模块以及该配电模块，该控制模块侦测外部是否连接有该储能装置，以进行周边控制；

其中，于该控制模块未侦侧到该储能装置时，控制该电源转换模块以该内部直流电力对该快速充电型储能器进行快速充电；

其中，于该控制模块侦侧到该储能装置时，控制该电源转换模块输出该内部直流电力至该配电模块，并控制该配电模块同时以该内部直流电力以及该快速充电型储能器的储存电力对该储能装置进行快速充电。

该快速充电型储电器为一快充型锂铁电池或一超级电容器。

该电源转换模块对该快速充电型储能器的充电速率高于1C，且该配电模块对该储能装置的充电速率高于1C。

该控制模块具有一储电模式以及一充电模式，该控制模块侦测该配电模块是否连接有该储能装置，而选择性地进入该储电模式或该充电模式，于该控制模块未侦测到该储能装置时，进入该储电模式，于该控制模块侦测到该储能装置时，进入该充电模式。

该配电模块同时接收该电源转换模块的内部直流电力以及该快速充电型储能器的储存电力，再以一特定传输模式输出至该储能装置，进行快速充电。

该输入电力为一交流电力，该电源转换模块包括一交流直流电源转换器电路，用以将该交流电力转换为该内部直流电力。

该输入电力为一直流电力，该电源转换模块包括一直流电压转换器电路，用以将该直流电力转换为该内部直流电力。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型藉由设置快速充电型储能器，以预先储存电力，再与电源转换模块共同输出电力对储能装置作快速充电，可降低电源转换模块的功率转换等级，而降低其制造成本，同时并可降低装置进行快速充电时的用电量，连带减少用户用电需量，从而不仅将减轻用户电费负担，并可避免电厂过度扩充系统设备，杜绝资源浪费。

以上概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本实用新型为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本实用新型的其它目的及优点，将在后续的说明及图式中加以阐述。

附图说明

图1为一已知技术的充电装置系统架构示意图；

图2为本实用新型节能型快速充电装置第一具体实施例的系统架构示意图；

图3为本实用新型节能型快速充电装置第一具体实施例为储电模式的示意图；

图4为本实用新型节能型快速充电装置第一具体实施例为充电模式的示意图；

图5为本实用新型节能型快速充电方法步骤流程图；以及

图6为本实用新型节能型快速充电装置第二具体实施例的系统架构示意图。

标号说明

10            充电装置

11、21、51    控制模块

12、22、52    电源转换模块

13、24、54    配电模块

17、30        外部电源

18            电动车

19、40        储能装置

20、50           节能型快速充电装置

23、53a、53b     快速充电型储能器

S11、S12、S13    各个步骤流程

具体实施方式

本实用新型提出一种节能型快速充电装置，其主要特点为利用快速充电型储能器辅助供应快速充电电力，以降低电源转换模块的功率转换等级与装置进行快速充电时的用电量。

请同时参阅图2-图4，图2为本实用新型节能型快速充电装置第一具体实施例的系统架构示意图，图3为节能型快速充电装置为储电模式的示意图，图4为节能型快速充电装置为充电模式的示意图。如图所示，一节能型快速充电装置20用以耦接于一外部电源30，以取得一输入电力，进而对一储能装置40进行充电。储能装置40为一装设于电动车上方的快速充电型储能器，例如：一快充型锂铁电池或一超级电容器，可接受快速充电。所述快速充电系指充电速率达到1C以上的情形。节能型快速充电装置20包括一控制模块21、一电源转换模块22、一快速充电型储能器23以及一配电模块24。控制模块21为装置控管核心，由微处理器与控制器组成，由内部储存的韧体控制，依照预设程序，对周边电源转换模块22、配电模块24下达控制讯号，以达成装置预定功能。

外部电源30可为一交流电力源或一直流电力源。电源转换模块22耦接于外部电源30，取得输入电力转换为一符合运作需要的内部直流电力，其系接受控制模块21的控制，可选择性地将内部直流电力输出至快速充电型储能器23或配电模块24。于一具体实施例，外部电源30为一交流电力源，此交流电力源可为一耦接于发电厂的交流市电源，或为一柴油发电机，输出交流电力。电源转换模块22包括一交流直流电源转换器电路，将交流电形式的输入电力转换为内部直流电力。

于另一具体实施例，外部电源30为一直流电力源，以风力、太阳能等再生能源发电，输出直流电力。电源转换模块22包括一直流电压转换器电路，将直流电形式的输入电力转换为符合运作需要的内部直流电。

附带一提的是，电源转换模块22工作时将释放大量热能，因此模块上方可加装散热鳍片或热管等散热装置，来加速热能散逸，以防止温度过高而损坏零组件。

快速充电型储能器23耦接于电源转换模块22与配电模块24，可接受电源转换模块22输出的内部直流电力进行快速充电，当配电模块24外接有负载时，则将储存电力快速输出至配电模块24，以辅助供应对外快速充电用电。实务上，快速充电型储能器23可选用一具备快速充放电能力的快充式锂铁电池或超级电容器。

配电模块24耦接于控制模块21、电源转换模块22以及快速充电型储能器23，其用以外接储能装置40。配电模块24系接受控制模块21的控制，接收电源转换模块22输出的内部直流电力与快速充电型储能器23的储存电力，再以特定传输模式输出至储能装置40，进行快速充电。所述传输模式可为定电流模式、定电压模式或者对电流振幅进行调变的脉冲模式，配电模块24的硬件架构配合该特定传输模式来达成。

本案节能型快速充电装置20的主要特点在于具备快速充电型储能器23，而控制模块21具有一储电模式以及一充电模式，经由侦测配电模块24是否连接有储能装置40，选择性地进入储电模式或充电模式，以进行周边控制。如图3所示，节能型快速充电装置20未外接储能装置40时，控制模块21侦测到配电模块24无外接装置，系进入储电模式，控制电源转换模块22以内部直流电力对快速充电型储能器23进行快速充电。图4则显示储能装置40外接于节能型快速充电装置20，控制模块21侦侧到配电模块24连接有储能装置40，系进入充电模式，控制电源转换模块22输出内部直流电力至配电模块24，并控制配电模块24同时以内部直流电力以及快速充电型储能器23的储存电力对储能装置40进行快速充电。

由于节能型快速充电装置20对外进行快速充电前，预先对内部快速充电型储能器23进行充电，以使用其储存电力与电源转换模块22共同对储能装置40进行快速充电。因此实务上，电源转换模块22将不必采用符合充电功率的大功率电力转换架构，而可降低其功率转换等级，以较低成本的电路架构来实现。

再者，节能型快速充电装置20对储能装置40进行快速充电时，并非由电源转换模块22提供全部充电电力，而是由快速充电型储能器23分担用电。如此一来，将可降低快速充电的用电量，连带减少用户用电需量，不仅可以减轻用户电费负担，并可避免电厂过度扩充系统设备，造成整体资源浪费。

必须强调的是，本案重点在于节能型快速充电装置20增设快速充电型储能器23，及其相关控制模式技术概念，并非涉及电路设计，且电源转换模块22、配电模块24的相关技术为已知技术，因此在此不再多作赘述。

继续说明本实用新型节能型快速充电方法，请参阅图5，本实用新型节能型快速充电方法的步骤流程图，其中相关系统架构，请同时参照图2-图4。此节能型快速充电方法系适用于一节能型快速充电装置20的功能控制，包括下列步骤：

首先，控制模块21侦测判断配电模块24外部是否连接有一储能装置40(步骤S11)；

其次，假如根据步骤S11的侦测判断结果，控制模块21并未侦测到储能装置40，便以电源转换模块22输出的内部直流电力对快速充电型储能器23进行快速充电(步骤S12)；

反之，假如根据步骤S11的侦测判断结果，控制模块21侦测到储能装置40，则同时以电源转换模块22输出的内部直流电力以及快速充电型储能器23的储存电力对储能装置40进行快速充电(步骤S13)。

值得一提的是，本案第一具体实施例中，节能型快速充电装置20仅设置单一快速充电型储能器23，然于其它实施例，节能型快速充电装置亦可设置多个快速充电型储能器23，以达到用电功率配置最佳化。请参阅图6，节能型快速充电装置50包括一控制模块51、一电源转换模块52、二快速充电型储能器53a、53b以及一配电模块54。此实施例中，于外部尚未连接储能装置要求充电时，控制模块51控制电源转换模块52对快速充电型储能器53a、53b次序完成充电。于外部连接储能装置时，快速充电型储能器53a、53b可同时与电源转换模块52供应快速充电电力，以进一步降低电源转换模块52的功率转换等级与快速充电用电量。

综上所述，本案节能型快速充电装置，系以电源转换模块与快速充电型储能器的电力共同对储能装置进行快速充电，将可降低电源转换模块的功率转换等级，而降低其制造成本。同时，本案将可降低装置进行快速充电的用电量，连带减少用户用电需量，从而不仅可以减轻用户电费负担，并可避免电厂过度扩充系统设备，杜绝资源浪费，让快速充电设施符合电动车追求环保节能的目标。

Claims (7)

1.一种节能型快速充电装置，系用以由一外部电源取得一输入电力，进而对一连接的储能装置进行充电，其特征在于该节能型快速充电装置包括：

一电源转换模块，耦接于该外部电源取得该输入电力转换为一内部直流电力输出；

至少一快速充电型储能器，耦接于该电源转换模块；

一配电模块，耦接于该快速充电型储能器以及该电源转换模块，该配电模块用以连接该储能装置；以及

一控制模块，耦接于该快速充电型储能器、该电源转换模块以及该配电模块，该控制模块侦测外部是否连接有该储能装置，以进行周边控制；

其中，于该控制模块未侦侧到该储能装置时，控制该电源转换模块以该内部直流电力对该快速充电型储能器进行快速充电；

其中，于该控制模块侦侧到该储能装置时，控制该电源转换模块输出该内部直流电力至该配电模块，并控制该配电模块同时以该内部直流电力以及该快速充电型储能器的储存电力对该储能装置进行快速充电。

2.根据权利要求1所述的节能型快速充电装置，其特征在于，该快速充电型储电器为一快充型锂铁电池或一超级电容器。

3.根据权利要求1所述的节能型快速充电装置，其特征在于，该电源转换模块对该快速充电型储能器的充电速率高于1C，且该配电模块对该储能装置的充电速率高于1C。

4.根据权利要求1所述的节能型快速充电装置，其特征在于，该控制模块具有一储电模式以及一充电模式，该控制模块侦测该配电模块是否连接有该储能装置，而选择性地进入该储电模式或该充电模式，于该控制模块未侦测到该储能装置时，进入该储电模式，于该控制模块侦测到该储能装置时，进入该充电模式。

5.根据权利要求1所述的节能型快速充电装置，其特征在于，该配电模块同时接收该电源转换模块的内部直流电力以及该快速充电型储能器的储存电力，再以一特定传输模式输出至该储能装置，进行快速充电。

6.根据权利要求1所述的节能型快速充电装置，其特征在于，该输入电力为一交流电力，该电源转换模块包括一交流直流电源转换器电路，用以将该交流电力转换为该内部直流电力。

7.根据权利要求1所述的节能型快速充电装置，其特征在于，该输入电力为一直流电力，该电源转换模块包括一直流电压转换器电路，用以将该直流电力转换为该内部直流电力。

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