TW201532366A - 電池共享系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種電池共享系統。該系統包含複數個充電電池組、至少一充電設備，及一監控設備。一部分充電電池組以一共享模式提供給用戶使用，當一使用的充電電池組電量過低時，用戶將該使用的充電電池組，與未提供給用戶使用且充飽的充電電池組之一進行交換。

Description

電池共享系統

本發明係關於一種電池系統。特別是關於一種可以藉由確認電池狀態、提供健康及滿電量電池的共享系統。

隨著充電電池生產技術的進步及環保節能觀念的落實於生活中，鋰質充電電池組漸次取代傳統鉛酸電池，成為大型電動車或電動摩托車的動力來源。但不可避免的，這些充電電池組有著以下的操作困擾：體積大、成本高及充電時間長。體積大造成拆卸維修不易；成本高使得有的消費者對這種環保節能的產品卻步，更有可能引起被盜竊的困擾；長時間的充電則需要車商提供更多的充電設備，以便讓電動車或電動摩托車能利用閒置時間進行充電。

因為有前述的困擾，電動車業界漸漸產生了電池交換的概念與系統。將充電電池組規格化，統一充電電池組的充電介面，並可利用不同的時間點對充電電池組進行充電。一個目前使用的技術如第1圖所描述。一電池交換系統包含了充電電池組1、1A及1B(充電電池組1B為一充電電池交換站4中的備用充電電池組)。充電電池組1A裝在一電動車2 上使用，直到電量變低而無法有效開動該電動車2。至此，電動車2的車主可以將充電電池組1A與充電電池交換站4中的充電電池組1交換。該車主可藉由充電電池交換站4的資料知道這一次電池交換的服務費用是多少(充電電費及營運費用)，並支付該服務費用給充電電池交換站4。

上述的電池交換服務，有效地解決電動車主必須花時間等待充電的困擾，也因而不必廣設充電站。對於充電電池組過重的問題，有的電池交換站甚至以機械式交換設備取代人力搬運，省時亦省人力。但詳究這樣的電池交換系統，有著以下的營運上的困擾。

首先，某一品牌(系統)電動車所適用的充電電池組具有統一的規格，難以與其它品牌(系統)電動車共用。因此，各車商要為了提高服務品質，還是得不斷地擴建充電站，造成了許多資源的浪費，同時也增加了消費者的使用成本。再者，目前電動車的市場是由車主買下充電電池組的所有權。當新車主要進行電池交換時，他會考量換到的充電電池組是否效能跟自己新買的充電電池組相同。很多情況下，交換到的充電電池組已經過了許多次反覆充放電，除了電池滿電量比不上較新的外，若充電電池組安全監控不好，所得到充電電池組還有發生失效意外的可能。

此外，一般的電池交換站所提供的服務，多半是針對某一類型的電動設備(電動車或電動摩托車)設計，殊 不知同一類型的充電電池組，也有可能運用在其他的電動設備(如電動輪椅)上。然而如果要提供跨設備的電池交換站，必須得對各種適用的電動設備提供對應的服務(比如裝卸方便性)，最起碼也要讓各種設備的使用者相信他們拿到交換的充電電池組，不會因為前次使用者的設備不同而會影響效能。為此，充電電池組的電池管理系統需要能跟電池交換站同步運作。另一個衍伸的問題是電池交換站要怎樣管理不同所有權的充電電池組。

是故，考量目前電動車輛的發展前景，以及上述諸多電池交換站目前面臨的營運上困擾，本發明提供了一種新穎的電池共享系統。透過整合性的系統操作，前述問題除可一一獲得解決，更能提供電動車業界甚至充電電池界一種新的營運模式。

已知的電池交換站具有以下的需求：一、能夠有效地提供不同電動設備間使用的充電電池組交換；二、有效監控進行交換的充電電池組，使得使用者除了拿到充滿電量的充電電池組，也是安全及品質佳的充電電池組；三、有效解決使用者對進行交換的充電電池組所有權方面疑慮。本發明所提供的電池共享系統即滿足上述需求。

依照本發明的一種態樣，一種電池共享系統，包含：複數個充電電池組，每一充電電池組包含：複數個充電 電池芯，彼此以串聯或並聯方式電連接，用以提供電能或儲存電能；及一電池管理單元，電連接至每一充電電池芯，用以偵測各充電電池芯的電池狀態、紀錄使用資料及傳輸該電池狀態與使用資料；至少一充電設備，每一充電設備包含：一電源，用以提供充電電力；一電力傳輸單元，用以將該電源提供的充電電力，在接到一充電指令後，對一充電電池組進行充電；及一控制單元，用以收發與該電力傳輸單元連接之充電電池組的電池狀態與使用資料，及當使用資料低於一門檻值時，發出該充電指令至該電力傳輸單元直到該充電電池組充飽為止；及一監控設備，連接至該至少一充電設備的控制單元，接收與該至少一充電設備連接之充電電池組的電池狀態與使用資料，用以決定是否該充電電池組可以進行交換，及控制該至少一充電設備之充電進度。其中，一部分或全部充電電池組以一共享模式提供給用戶使用，當一使用的充電電池組電量過低時，用戶將該使用的充電電池組，與未提供給用戶使用且充飽的充電電池組之一進行交換。

依照本案構想，該電池狀態為健康狀態、電量狀態、溫度、輸出電壓或輸出電流。

依照本案構想，該使用資料為充放電循環次數、使用時間或充滿電至開始使用時間。

依照本案構想，該門檻值為最多充放電循環次數、最長使用時間或最長充滿電至開始使用時間。

依照本案構想，當該充電電池組的電池狀態在充電時的變化未達到充電電池芯的一需維修狀況，可以被交換。

依照本案構想，該需維修狀況為充電電池芯間不平衡狀況超過預設容許值或一充電電池芯的容量低於最低運作容量。

依照本案構想，若充電電池芯已達到該需維修狀況時，該充電電池組需進行維修並替換前述充電電池芯。

依照本案構想，該充電進度為充電設備進行充電時間、同一時間充電電池組充電數量、充電電池組充電順序或暫停充電進行維修。

依照本案構想，該共享模式為以合約長期承租、臨時租用或買斷所有權。

依照本案構想，每一充電電池組進一步包含一電池號碼，該監控設備利用該電池號碼儲存相應充電電池組的電池狀態與使用資料。

依照本案構想，用戶支付交換充電電池組間的電量差價。

本發明所提供的電池共享系統，因為將充電電池組納入系統，有效運作與監控，並採用共享模式進行充電電池組交換，以達成快速充電的目的，因而能滿足目前電池交換站的需求。

1‧‧‧充電電池組

1A‧‧‧充電電池組

1B‧‧‧充電電池組

2‧‧‧電動車

4‧‧‧充電電池交換站

100‧‧‧電池共享系統

101‧‧‧第一充電電池組

102‧‧‧第二充電電池組

103‧‧‧第三充電電池組

104‧‧‧第四充電電池組

105‧‧‧第五充電電池組

106‧‧‧第六充電電池組

107‧‧‧第七充電電池組

110‧‧‧充電電池芯群

1101‧‧‧充電電池芯

120‧‧‧電池管理單元

201‧‧‧第一充電設備

202‧‧‧第二充電設備

210‧‧‧電源

220‧‧‧電力傳輸單元

230‧‧‧控制單元

300‧‧‧監控設備

400‧‧‧市電網路

第1圖顯示電池交換系統的一習知技術。

第2圖為依照本發明之電池共享系統的方塊示意圖。

第3圖為該電池共享系統的一充電電池組之細部結構。

本發明將藉由參照下列的實施例而更具體地描述。

請參閱第2圖與第3圖。第2圖為依照本發明之電池共享系統的方塊示意圖，第3圖為該電池共享系統的一充電電池組之細部結構。

本發明所提供的一種電池共享系統100，乃由7個充電電池組(第一充電電池組101、第二充電電池組102、第三充電電池組103、第四充電電池組104、第五充電電池組105、第六充電電池組106與第七充電電池組107)、2個充電設備(第一充電設備201與第二充電設備202)及1個監控設備300所組成。依照本發明的精神，充電電池組與充電設備的數量並不分別限於7個與2個，而是隨著電池共享系統100的擴大而增加，沒有限制。最少的數量則是要有2個充電電池組與1個充電設備，才能達成共享的目標。

每一充電電池組包含一個充電電池芯群110及一個電池管理單元120。規格上或外觀上來說，7個充電電池組 是一致的。充電電池芯群110包含數個充電電池芯1101，彼此以串聯或並聯方式電連接。充電電池芯1101能提供電能，或儲存外界輸入的電能。請見第3圖，該圖詳細地介紹充電電池芯1101的組裝方式。充電電池芯群110的充電電池芯1101由12個串聯成一子串，24個子串再進行並聯。當然，這樣的組合只是眾多的規格之一，本發明不限定充電電池組的規格，也就是不限定充電電池芯1101的組合方式。

電池管理單元120電連接至每一充電電池芯1101(第3圖僅供示意，並未繪出詳細的電連接方式)，能偵測各充電電池芯1101的電池狀態、紀錄使用資料及傳輸該電池狀態與使用資料。此處的電池狀態可以包含以下的部分資訊或全部資訊：健康狀態、電量狀態、溫度、輸出電壓或輸出電流。而使用資料為充放電循環次數、使用時間或充滿電至開始使用時間。藉由偵測充電電池芯1101的電池狀態，在電池共享系統100中，各充電電池組的即時狀況可以被監控。

第一充電設備201與第二充電設備202皆各由一電源210、一電力傳輸單元220與一控制單元230所組成。在本實施例中，電源210為一市電接頭，連接到一市電網路400，藉以獲得足夠的電力而對充電電池組充電。實作上，電源210也可為發電機，端視設計需求而定。電力傳輸單元220可以將電源210提供的充電電力，在接到一充電指令後，對一個連接的充電電池組進行充電。

控制單元230是用來收發與電力傳輸單元220連接之充電電池組的電池狀態與使用資料。當該充電電池組的使用資料低於一門檻值時，控制單元230會發出該充電指令至該電力傳輸單元230，直到該充電電池組充飽為止。此處所指的門檻值，對應到前段的使用資料，為最多充放電循環次數、最長使用時間或最長充滿電至開始使用時間。舉例而言，電池共享系統100使用充放電循環次數作為使用資料，設定最多充放電循環次數200次作為門檻值。請見第2圖，第二充電電池組102的電池管理單元120顯示使用資料之充放電循環次數已達200次，第二充電設備202的控制單元230便不會將充電指令發出給電力傳輸單元220，第二充電電池組102便不會被充電，轉而進行保養。最多充放電循環次數、最長使用時間或最長充滿電至開始使用時間等具體數值，要根據不同充電電池組而調整，本發明僅提出一參考數值，並未限定。同樣的，其他可供監控充電電池組使用狀況的資料，也可列入使用資料。

監控設備300連接至第一充電設備201與第二充電設備202的控制單元230，接收與第一充電設備201連接之第一充電電池組101，及與第二充電設備202連接之第二充電電池組102的電池狀態與使用資料。監控設備300決定是否第一充電電池組101或第二充電電池組102可以進行交換作業(以下將詳述之)，並可控制第一充電設備201與第二充電 設備202的充電進度。此處，控制充電設備的充電進度指的是控制各充電設備充電作業的各項細項，包括但不限於控制充電設備進行充電時間(比如於離峰時間進行充電)、同一時間充電電池組充電數量(若第二充電設備202可以擴充電力傳輸單元數量，同時對多組充電電池組充電時)、充電電池組充電順序或暫停充電進行維修等。監控設備300對各充電設備有監控的權力，以確保充電電池組能被完整地充電。監控設備300是一個監控伺服器，它可以架設於遠端(如本實施例中所描述)，以電信網路或網際網路連接至各充電設備；也可以與一個充電設備共構，進而管控各充電設備。

在運作方面，一部分或全部的充電電池組是以一種共享模式提供給用戶使用。這裡所說的共享模式包含了合約長期承租、臨時租用或買斷所有權。用戶的設備不包含充電電池組，而是在要使用該設備前，向電池共享系統的擁有單位租或買充電電池組。未依共享模式提供給用戶使用的充電電池組可以保留當作備用品或替換品使用。當然，共享模式不僅僅包含前述三者，任何暫時性或永久性的有價使用充電電池組的模式，都是本發明所主張的共享模式。這樣有兩個好處：第一、用戶可以選擇比較節省的費用購買上述設備(不含充電電池組成本)；第二、用戶得到的充電電池組受到電池共享系統所監控管理。用戶若是以購買的方式取得充電電池芯1101，他買到的還包括了交換優質飽充充電電池芯 1101的服務。參照第3圖，第五充電電池組105是以長期承租方式給用戶，用在一電動腳踏車上(未繪示)。第六充電電池組106與第七充電電池組107則是以買斷方式，由一B用戶拿來並聯使用在一電動摩托車上(未繪示)。本發明並未限定充電電池組的使用方式，無論直接使用或經過轉接設備，只要用戶的設備可以使用該些充電電池組即可，這樣就能夠有效地提供不同電動設備間的充電電池組交換。

關於充電電池組的交換，要遵照一定的規定。某一充電電池組的電池狀態在充電時的變化未達到充電電池芯1101的一需維修狀況，才可以被交換。這裡所說的需維修狀況，指的可以是充電電池芯1101間不平衡狀況超過預設容許值，或某一充電電池芯1101的容量低於最低運作容量，也可以是其他因電池使用安全考量而指定的狀況。這些資料都可以從電池管理單元120獲得。舉例而言，如果第一充電電池組101在充電時，發現充電電池芯1101間的電量狀態差異大於預設容許值5%，第一充電電池組101就超過了需維修狀況，除了不能被交換使用外，還需進行維修並替換前述的充電電池芯1101。

當A用戶的第五充電電池組105電量過低時，A用戶可將第五充電電池組105拿到電池共享系統100，來交換一個充飽電的充電電池組。在電池共享系統100中還剩下4個充電電池組未被提供給用戶使用。第一充電電池組101在 充電中，第二充電電池組102因為充放電循環次數已達200次，要從第二充電設備202上取下維修，第三充電電池組103已充滿電量，可以進行交換，第四充電電池組104等待充電中。是故，A用戶可拿第五充電電池組105跟第三充電電池組103交換。第五充電電池組105便排在第四充電電池組104後，等待充電。因為交換充電電池組，A用戶至少需支付交換充電電池組間的電量差價。

此外，其中每一充電電池組可包含一電池號碼，監控設備300利用該電池號碼儲存相應充電電池組的電池狀態與使用資料。舉例而言，第一充電電池組101的電池號碼為GOT001，第二充電電池組102的電池號碼為GOT002，第三充電電池組103的電池號碼為GOT003，第四充電電池組104的電池號碼為GOT004，第五充電電池組105的電池號碼為GOT005，第六充電電池組106的電池號碼為GOT006，第七充電電池組107的電池號碼為GOT007。監控設備300紀錄GOT001至GOT004在庫，GOT005租給A用戶，GOT006與GOT007賣給B用戶。因監控設備300目前的紀錄中，電池號碼連接相應的電池狀態與使用資料，故所有的充電電池組都能受到良好的管理與監控。

本發明的電池共享系統最重要精神在於，擁有及運作該系統的單位，必須要將充電電池組的建構當做是系統建構的一部分。不同於傳統的電池交換站，每個使用該電池 交換站的用戶，其交換的充電電池組是屬於用戶的。用戶將自己電量已經耗盡的充電電池組與電池交換站充飽電的充電電池組交換，但不確定拿到的充電電池組效能如何。更糟糕的情況是如果有用戶是來自其他電池交換站系統，他的充電電池組並未被監控，交換出去的充電電池組可能是狀況很差的，造成該電池交換站的作業負擔。但本發明的電池共享系統充電電池組是屬於系統本身的。所有的充電電池組的運作，接受前述機制的監控與管理，這樣可以確保用戶拿到的充電電池組，除了電量充滿，都是狀況在一定健康情形之上的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電池共享系統

101‧‧‧第一充電電池組

102‧‧‧第二充電電池組

103‧‧‧第三充電電池組

104‧‧‧第四充電電池組

105‧‧‧第五充電電池組

106‧‧‧第六充電電池組

107‧‧‧第七充電電池組

110‧‧‧充電電池芯群

120‧‧‧電池管理單元

201‧‧‧第一充電設備

202‧‧‧第二充電設備

210‧‧‧電源

220‧‧‧電力傳輸單元

230‧‧‧控制單元

300‧‧‧監控設備

400‧‧‧市電網路

Claims (11)

1. 一種電池共享系統，包含：複數個充電電池組，每一充電電池組包含：複數個充電電池芯，彼此以串聯或並聯方式電連接，用以提供電能或儲存電能；及一電池管理單元，電連接至每一充電電池芯，用以偵測各充電電池芯的電池狀態、紀錄使用資料及傳輸該電池狀態與使用資料；至少一充電設備，每一充電設備包含：一電源，用以提供充電電力；一電力傳輸單元，用以將該電源提供的充電電力，在接到一充電指令後，對一充電電池組進行充電；及一控制單元，用以收發與該電力傳輸單元連接之充電電池組的電池狀態與使用資料，及當使用資料低於一門檻值時，發出該充電指令至該電力傳輸單元直到該充電電池組充飽為止；及一監控設備，連接至該至少一充電設備的控制單元，接收與該至少一充電設備連接之充電電池組的電池狀態與使用資料，用以決定是否該充電電池組可以進行交換，及控制該至少一充電設備之充電進度， 其中，一部分或全部充電電池組以一共享模式提供給用戶使用，當一使用的充電電池組電量過低時，用戶將該使用的充電電池組，與未提供給用戶使用且充飽的充電電池組之一進行交換。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池共享系統，其中該電池狀態為健康狀態、電量狀態、溫度、輸出電壓或輸出電流。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電池共享系統，其中該使用資料為充放電循環次數、使用時間或充滿電至開始使用時間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電池共享系統，其中該門檻值為最多充放電循環次數、最長使用時間或最長充滿電至開始使用時間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池共享系統，其中當該充電電池組的電池狀態在充電時的變化未達到充電電池芯的一需維修狀況，可以被交換。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電池共享系統，其中該需維修狀況為充電電池芯間不平衡狀況超過預設容許值或一充電電池芯的容量低於最低運作容量。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電池共享系統，其中若充電電池芯已達到該需維修狀況時，該充電電池組需進行維修並替換前述充電電池芯。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電池共享系統，其中該充電進度為充電設備進行充電時間、同一時間充電電池組充電數量、充電電池組充電順序或暫停充電進行維修。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電池共享系統，其中該共享模式為以合約長期承租、臨時租用或買斷所有權。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電池共享系統，其中每一充電電池組進一步包含一電池號碼，該監控設備利用該電池號碼儲存相應充電電池組的電池狀態與使用資料。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電池共享系統，其中用戶支付交換充電電池組間的電量差價。